5 Tepelná ochrana budov a dřevostavby

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________

5 Tepelná ochrana budov a dřevostavby 5.1 Úvod – širší souvislosti Hlavními úkoly tepelné ochrany budov (stavební tepelné techniky, součásti stavební fyziky) je přispět ke kvalitnímu vnitřnímu prostředí pro uživatele budov, nízké energetické náročnosti budov i k zajištění odpovídající životnosti stavebních prvků a konstrukcí. Ke stavební fyzice dále patří zejména stavební akustika a osvětlení. Požadavky z těchto vzájemně se ovlivňujících oblastí by měly v ideálním případě všechny být v harmonickém souladu s celkovým architektonickokonstrukčním řešením budov. V posledních letech se stále více diskutuje o potřebě navrhovat skutečně energeticky úsporné budovy. V každé souhrnné zprávě o stavebním průmyslu a budovách nalezneme konstatování mimořádně velkého vlivu budov na spotřebu energie a na životní prostředí vůbec [1]. Např. OECD považuje v tomto smyslu za klíčové tři oblasti – energetickou náročnost provozování budov (především s ohledem na produkci CO2), kvalitu vnitřního prostředí v budovách a zacházení se stavebním a demoličním odpadem. Provoz budov je ve vyspělých zemích zodpovědný za více než 40 % potřeby energie a tomu odpovídající množství emisí CO2. Potenciál úspor energie a snižování environmentálního zatížení v souvislosti s budovami jsou lákavé především pro jejich značný rozsah, nezpochybnitelnou dlouhodobost na rozdíl od jiných oblastí výroby a služeb, skutečnou využitelnost jejich podstatné části již dnes známými a ověřenými technologiemi, i ekonomickou atraktivnost při využívání alespoň části tohoto potenciálu, a to i při dnešních cenách energie. K tomuto pohledu se jako významný argument obvykle přiřazuje i výhoda tvorby nových pracovních míst v souvislosti s výstavbou nových budov a zejména při energetické obnově budov. Čím níže se budeme dostávat v deklarované potřebě tepla na vytápění, tím více se budeme muset zabývat ostatními energetickými potřebami provozu budov a dále uvažovat v obecnějších souvislostech. Ke konci devadesátých let dvacátého století se z terminologie udržitelného rozvoje společnosti začínají odvozovat požadavky na výstavbu a objevují se dosud neznámé pojmy udržitelné výstavby (sustainable construction, sustainable building). Pro technické řešení budovy můžeme z obecných úvah odvodit snadno srozumitelný dílčí závěr [2], že je vhodné navrhovat taková řešení budov, aby bylo požadavku nízké energetické náročnosti dosahováno efektivně, tedy zejména s nízkou investiční náročností a s malou zátěží pro životní prostředí, po celý životní cyklus budovy. Výsledné energetické vlastnosti budovy lze zpravidla nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Taková koncepce by měla být charakterizována mj. vyvážeností objemového a konstrukčně technologického řešení všech prostorů a konstrukcí, při nejnižší energetické náročnosti budovy. Nedávno schválená směrnice EU o energetické náročnosti budov (červen 2010) [3] má znamenat další významný impuls. Po roce 2020 by měly všechny nově stavěné budovy být energeticky nulové (!) nebo být takovému cíli velmi blízko.

5.2 Tepelná bilance budovy 5.2.1 Základní pojmy Uvedené nejzákladnější pojmy většinou odpovídají definicím v [4 aj.], kde je možné najít další upřesnění. vytápěný prostor – místnost nebo uzavřený prostor vytápěný na požadovanou teplotu nevytápěný prostor – místnost nebo uzavřený prostor, které není součástí vytápěného prostoru

Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb

-1-

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ vytápěná zóna – část vytápěného prostoru s danou požadovanou vnitřní teplotou, uvnitř kterého se odchylky vnitřní teploty považují za zanedbatelné. Budova se pro účely energetických výpočtů může skládat z jedné nebo více zón. Pravidla pro takové rozdělení jsou uvedena v [4]. výpočtové období – časový úsek pro výpočet tepelných ztrát a zisků a pro sestavení energetické bilance budovy. Obvyklým výpočtovým obdobím je jeden měsíc, pro jednoduché domy se výpočty provádí i pro celé otopné období vcelku. vnitřní teplota – aritmetický průměr teploty vzduchu a střední sálavé teploty ve středu místnosti (vnitřní suchá výsledná teplota) požadovaná teplota – návrhová vnitřní teplota potřeba tepla na vytápění – teplo, které je třeba dodat vytápěnému prostoru pro zajištění požadované teploty vytápěného prostoru v daném období při ideální otopné soustavě potřeba energie na vytápění – tepelná energie, kterou je třeba dodat otopné soustavě pro pokrytí potřeby tepla přerušované vytápění – způsob vytápění, při kterém se období normálního vytápění střídá s obdobími s redukovaným vytápěním (snížení výkonu, vypnutí) měrný tepelný tok – podíl tepelného toku mezi dvěma teplotními zónami a rozdílu teplot v obou zónách měrná tepelná ztráta – podíl tepelného toku z vytápěného prostoru do vnějšího prostředí a rozdílu teplot mezi nimi tepelná ztráta budovy – množství tepla odvedeného za danou dobu z vytápěného prostoru do vnějšího prostředí prostupem tepla a větráním Poznámka: Definice je tedy principiálně odlišná od dřívějších zvyklostí české technické praxe. Jako tepelnou ztrátu budovy označovala starší „topenářská“ norma veličinu výkonu ve wattech, charakterizující maximální potřebný výkon pro návrh otopné soustavy. ztráta prostupem tepla – tepelná ztráta prostupem tepla obvodovými konstrukcemi a přes přiléhající zeminu tepelná ztráta větráním – tepelná ztráta v důsledku odvádění vzduchu z vytápěného prostoru exfiltrací (únik vzduchu spárami a netěsnostmi obálky budovy) a větráním (cílenou výměnou vzduchu) tepelné zisky – teplo vznikající ve vytápěném prostoru nebo vstupující do vytápěného prostoru z jiných zdrojů, než je otopná soustava a systém ohřevu teplé vody. Obsahují vnitřní tepelné zisky a solární zisky. vnitřní tepelné zisky – teplo vznikající uvnitř budovy od osob (citelné metabolické teplo) a od spotřebičů jiných než je otopná soustava a systém ohřevu teplé vody, tedy osvětlení, domácí spotřebiče, kancelářské vybavení apod. solární zisky – teplo vznikající slunečním zářením pronikajícím do budovy okny a pasivními solárními systémy, jako jsou zimní zahrady, transparentní tepelné izolace a solární stěny stupeň využití – činitel redukující celkové měsíční nebo sezónní zisky ke stanovení výsledného snížení potřeby tepla. Charakterizuje praktickou využitelnost tepelných zisků, v průběhu roku se jeho hodnota mění. zpětně získané teplo – množství tepla získaného z okolního prostředí nebo z otopné soustavy nebo systému přípravy teplé vody (včetně pomocného zařízení), pokud není přímo zahrnuto ve snížení ztrát otopné soustavy zpětně získané teplo z větrání – teplo získané z odpadního vzduchu


-2-

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ potřeba konečné energie na provoz budovy – množství dodané energie, které je třeba pro provoz budovy. Obvykle zahrnuje energii na vytápění (případně i chlazení), ohřev teplé vody a energii na pokrytí tepelných ztrát způsobených vlastním energetickým systémem. měrný tepelný příkon – odpovídá nejvyššímu potřebnému výkonu tepelného zdroje pro vytápění budovy za smluvních výpočtových podmínek, vztaženému na podlahovou plochu budovy [3] potřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů na provoz budovy – výpočtem stanovené množství primární energie, tedy energie, která musí být přeměněna, aby bylo zajištěno potřebné množství konečné energie na provoz budovy. Obsahuje přeměnu energie například v elektrárně, energetické náklady na distribuci energie a další vyvolané energetické náklady. Uplatní se zde faktor energetické přeměny [2], který je výrazně odlišný podle použitého energetického média. ekvivalentní emise skleníkových plynů – výpočtem stanovené množství emisí CO2, které jsou uvolňovány do ovzduší v souvislosti s provozem budovy. Další skleníkové plyny jsou přepočítávány podle svého účinku na ekvivalenty CO2.

5.2.2 Bilanční schéma Jednoduché bilanční schéma podle je na obr.1: Ztráta prostupem tepla (QT) a výměnou vzduchu (QV) musí být kompenzována dodanou energií. Příznivě se zde projeví zpětně získané teplo z větracího vzduchu (QVr). Dodaná energie se z části skládá z vnitřních tepelných zisků Qg, přesněji řečeno jejich využitelné části ηQg – od osob (Qm), spotřebičů (Qoa) a proměnlivých pasivních solárních zisků (QS). Druhá část musí být dodána pomocí otopné soustavy (Qh). Otopná soustava často také řeší ohřev teplé vody (Qww). Na vstupu do objektu musíme dodat dostatečné množství energie (Q) tak, abychom kromě skutečné potřeby pokryli i tepelné ztráty technického systému v důsledku úniků tepla i nevhodné regulace (Qhs). V některých případech můžeme využít i nějakou zpětně získanou energii z technologických procesů (Qr), například odpadní teplo ve výrobním areálu. Takovou celkovou bilanci je možné sestavit pro krátký časový úsek, pro jednotlivé měsíce i pro celý rok. Proporce jednotlivých prvků bilance budou pochopitelně odlišné. Uvedená bilance se nezabývá chlazením budovy. Schéma komplexnějšího přístupu k energetické bilanci, kdy se podle typu budovy a potřebné podrobnosti výsledku volí konkrétní výpočtový postup, je uvedeno na obr.2. Obr.3 naznačuje rozšíření energetické bilance budovy o environmentální souvislosti zajištění energetických služeb.


-3-

Jan Tywoniak


Obr.1 Schéma energetické bilance (podle ČSN EN ISO 13790 [4]). (Číslem 1 je označena budova, 2 příprava teplé vody, 3 otopná soustava se zdrojem tepla a 4 celek)

Obr.2 Schéma pro podrobnější výpočty energetických bilancí budov. Vybírá se mezi jednoduchou bilanční metodou s měsíčními úseky výpočtu, obdobnou metodou, kdy se v letních měsících dá do výpočtu zjednodušeně zahrnout i strojní chlazení budovy (je-li požadováno), a výpočtem pro celý rok s hodinovým krokem výpočtu.


-4-

Jan Tywoniak


Schéma rozšířené energetické bilance budovy [5]

energetické služby

Obr.3 Schéma rozšířené energetické bilance budovy

5.2.3 Základní určení tepelných ztrát a tepelných zisků Při členění tepelných ztrát můžeme pro názornost vycházet ze schématu na obr.4, ať je řešená budova jakkoli složitá. Tepelné ztráty můžeme rozdělit na ztráty prostupem tepla a ztráty výměnou vzduchu. Prostup tepla probíhá konstrukcemi přímo, pokud jsou v kontaktu s venkovním vzduchem, nebo nepřímo, pokud je mezi vytápěným prostorem a exteriérem prostor nevytápěný. Dalším a složitějším případem je prostup tepla přes zeminu přiléhající k budově. Sem se řadí situace, kdy je pod vytápěnou budovou jen základová konstrukce na zemině, nevytápěný suterén, otevřený průlezný prostor i suterén v části nebo zcela vytápěný. Většina těchto výpočtům je vyhrazena specialistům.

Obr.4 Schématický přehled tepelných ztrát budovy


-5-

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ Ztráty prostupem tepla Měrná ztráta prostupem tepla HT [5] se vypočte podle vztahu: HT = LD + LS + HU kde je: LD tepelná propustnost obvodovým pláštěm mezi vytápěným prostorem a vnějším prostředím, LS ustálená tepelná propustnost přes zeminu, HU měrná ztráta prostupem tepla přes nevytápěné prostory. Před výpočtem měrné ztráty prostupem tepla se musí jednoznačně stanovit vytápěný prostor posuzované budovy. Ztrátu prostupem tepla uvažujeme na hranicích vytápěného prostoru (vytápěné zóny). Hranice mezi „podzemní“ částí, zahrnující prostup tepla zeminou, a „nadzemní“ částí budovy, která má přímou tepelnou ztrátu do vnějšího prostředí, jsou podle ČSN EN ISO 13370 [6] stanoveny takto: • pro budovy s podlahou na terénu, se zvýšenou podlahou a nevytápěným suterénem: rovina vnitřního povrchu podlahy přízemí, • pro budovy s vytápěným suterénem: úroveň vnějšího terénu. Přímý prostup tepla do vnějšího prostředí Měrná ztráta prostupem tepla obvodovým pláštěm budovy oddělující vytápěný prostor a vnější vzduch se stanoví podle vztahu: LD = Σi Ai Ui + Σk ℓk ψk + Σj χj První člen vztahu (suma) odpovídá prostupu tepla v ploše konstrukcí, druhý člen přídavnému prostupu tepla v důsledku napojení konstrukcí mezi sebou (lineární tepelné mosty) a třetí člen, který bývá velmi často ve výpočtech zanedbáván, odpovídá přídavnému bodovému prostupu tepla (bodovému tepelnému mostu). Energetický vliv lineárního tepelného mostu je objasněn na obr.5. Ve výše uvedeném vztahu je: A plocha prvku i obvodového pláště. Plochy oken a dveří se uvažují rozměry otvoru ve stěně; Ui součinitel prostupu tepla prvku i obvodového pláště [W/(m2K)], stanovený podle ČSN EN ISO 6946 [7] pro neprůsvitné prvky nebo podle ČSN EN ISO 10077-1 [8] pro zasklené prvky, ℓk délka lineárního tepelného mostu k [m], ψk lineární činitel prostupu tepla tepelného mostu k [W/(m.K)], převzatý z katalogu nebo vypočtený podle ČSN EN ISO 10211-1 [9], χj bodový činitel prostupu tepla tepelného mostu j [W/K], vypočtený podle [9] Bodové tepelné mosty, které jsou součástí plošných prvků a již jsou zahrnuty v jejich součiniteli prostupu tepla, se zde neobjeví. Pokud je hlavní izolační vrstva souvislá bez přerušení a má všude stejnou tloušťku, mohou být lineární činitele tepelné propustnosti zanedbány, jsou-li použity vnější rozměry. Hlavní izolační vrstvou je myšlena vrstva s nejvyšším tepelným odporem. Paušální přirážky na blíže nespecifikovaný vliv tepelných mostů mohou někdy vést k nesprávným závěrům.


-6-

Jan Tywoniak


Obr.5 Schéma ke stanovení energetického vlivu tepelné vazby v napojení obvodové stěny a ploché střechy Základní hodnoty součinitele prostupu tepla jsou velmi nízké a každá nehomogenita se zde projeví relativně výrazně více než u konstrukcí dosud obvyklých. Hodnoty lineárních a bodových činitelů prostupu tepla se stanoví vyhodnocením výpočtů vícerozměrného vedení tepla. K tomu je k dispozici potřebný software vycházející z mezinárodních norem. Ve výpočtech se vždy pracuje s vnějšími rozměry konstrukcí. Výpočtové normy umožňují pracovat i s jinou soustavou rozměrů, například s vnitřními rozměry, výsledek je ovšem na zvolené soustavě rozměrů závislý, což bývá zdrojem nedorozumění při porovnávání hodnot. Hodnoty lineárního činitele prostupu tepla pro nároží obvodových stěn bez omezení tepelně izolační vrstvy mohou být i záporné. Mimořádně pečlivě je třeba přistupovat k volbě odpovídajícího modelu výpočtu (rozhodnutí, zda se jedná o dvourozměrné nebo obecné trojrozměrné vedení tepla, rozhodnutí o velikosti posuzovaného výřezu konstrukce, možnosti zjednodušení tvaru i zanedbání některých vrstev, i o způsobu vyhodnocení výsledků výpočtů). Tyto výpočty mají provádět pouze specialisté. Spíše výjimečně uvádí hodnoty výrobci stavebních systémů a oken. Pro určitou orientaci je možné využít publikovaných katalogů obvyklých tepelných mostů. Hodnoty lineárních činitelů prostupu tepla je možné nalézt v již hotovém katalogu v tištěné nebo elektronické formě. Tepelná propustnost přes zeminu Tepelná propustnost přes zeminu se vypočítá podle ČSN EN ISO 13370 [6]. Zde jsou uvedeny výpočtové vztahy postihující odlišnou „cestu tepelného toku“ z interiéru do exteriéru přes základové konstrukce a přiléhající zeminu v konkrétním případě. Ve výpočtu je zohledněn vliv vícerozměrného vedení tepla při obvodu budovy i případného umístění přídavné tepelně izolační vrstvy při okrajích základové desky i základových pasů (pro pruhy svisle i vodorovně umisťované izolace). Několika vztahy se pak nahrazuje jinak potřebný výpočet vícerozměrného vedení tepla. Hrubě zjednodušený výpočet, využívající korekčního součinitele podle druhu konstrukčního uspořádání (přítomnost nebo nepřítomnost suterénu apod.) a podle výškového vztahu mezi suterénní stěnou a okolní zeminou, není pro dobře izolované konstrukce nízkoenergetických domů příliš vhodný. Tepelná ztráta přes nevytápěné prostory Měrná ztráta prostupem tepla mezi vytápěným prostorem a vnějším prostředím přes nevytápěné prostory se stanoví podle vztahu:


-7-

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ HU = Liu b

b=

H ue H iu + H ue

kde je Liu Hiu Hue b

tepelná propustnost mezi vytápěným a nevytápěným prostorem [W/K], měrná tepelná ztráta z vytápěného prostoru do nevytápěného [W/K], měrná tepelná ztráta z nevytápěného prostoru do vnějšího prostředí [W/K], redukční součinitel [-], který charakterizuje odlišnost teploty nevytápěného prostoru od teploty vnějšího prostředí. Hiu a Hue zahrnují tepelnou ztrátu prostupem tepla a větráním, podrobněji v [5]. Jednodušší postup, kdy se redukční součinitel přímo stanoví z tabulky hodnot podle druhu a konstrukčního řešení přiléhajícího nevytápěného prostoru, není pro nízkoenergetické domy zpravidla příliš vhodný. Tepelné ztráty výměnou vzduchu Známe-li množství vzduchu, které je z vytápěné místnosti odváděno a na jehož místo je přiváděno stejné množství vzduchu čerstvého, není obtížné určit tepelnou ztrátu s tím spojenou. Měrná tepelná ztráta výměnou vzduchu HV [W/K] se stanoví podle vztahu: HV = ρ · c · V kde je: V objemový tok vzduchu [m3/s] ρ hustota vzduchu [kg/m3], c měrná tepelná kapacita vzduchu [J/(kg.K)]. Tepelná kapacita vzduchu ρ . c se uvažuje hodnotou 1200 J/(m3K), což odpovídá 0,33 Wh/(m3K). Množství přiváděného čerstvého vzduchu by mělo odpovídat hygienickým a dalším požadavkům, účelu místnosti, aktuálnímu obsazení osobami atd. Často se v technické praxi používá hodnota intenzity výměny vzduchu n [h–1], ta by ovšem měla být chápána jako hodnota odvozená. Norma [2] požaduje, aby intenzita výměny vzduchu v místnosti n v době, kdy je užívána, splňovala v zimních podmínkách podmínku: nN < n < 1,5 nN kde je: nN požadovaná intenzita výměny vzduchu v užívané místnosti [h–1], přepočítaná z minimálních množství potřebného čerstvého vzduchu stanovených v jiných předpisech (směrnicích, vyhláškách, zákonech). Pro obytné budovy leží požadovaná intenzita výměny vzduchu, stanovená z minimálních množství potřebného čerstvého vzduchu obvykle mezi hodnotami nN =0,3 h–1 až nN = 0,6 h–1. Pro pobytové místnosti se zpravidla požaduje zajistit nejméně 15 m3/h na osobu při klidové aktivitě s produkcí metabolického tepla do 80 W/m2 a při aktivitě s produkcí metabolického tepla nad 80 W/m2 až nejméně 25 m3/h na osobu. V učebnách se požaduje výměna vzduchu 20 m3/h až 30 m3/h na žáka. V administrativních budovách se (obvykle) požaduje 50 m3/h na pracovníka. Výměna vzduchu v hygienických zařízeních se zpravidla uvádí v m3/h vztažených na jednotku zařízení (na sprchu, šatní místo apod.). Uvedené hodnoty je třeba zajistit v provozní době, obvykle celoročně. Požadavek současně zajišťuje přiměřenou potřebu energie v důsledku výměny vzduchu v chladné části roku. Do výměny vzduchu se zahrnou všechny prvky, které zajišťují výměnu vzduchu v přítomnosti uživatele. Pokud je místnost užívána v prokazatelném pravidelně proměnlivém režimu (např. koupelny, kuchyně, učebny základní školy), je možné výše uvedenou podmínku posuzovat s uvážením proměnlivých požadavků na výměnu vzduchu v čase (v denním nebo týdenním cyklu).


-8-

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ Pro hodnocení potřeby energie na vytápění, například při dimenzování zdrojů či v energetických auditech, se celková intenzita výměny vzduchu v budově nebo její ucelené části stanoví jako vážený průměr podle vzduchových objemů jednotlivých místností. Přitom je možné přiměřeně uvažovat nesoučasnost obsazení místností. Norma [2] uvádí i doporučení pro minimální větrání v době nepřítomnosti uživatelů a další podrobnosti. Vnitřní tepelné zisky Značný vliv na celkový výsledek energetické bilance má započítávání vnitřních tepelných zisků. Aby byly výsledky porovnatelné pro odlišné varianty téže budovy nebo při kontrole splnění energetického cíle, musí být i přístup k započítávání vnitřních tepelných zisků jednotný. Protože se v tomto případě jedná o výpočet potřeby tepla na vytápění, měly by být vnitřní tepelné zisky uvažovány realistickými, spíše nižšími hodnotami, aby nebyl jejich pozitivní příspěvek v chladné části roku přeceňován. V metodice PHPP [10] pro pasivní domy se současně uplatňují dva principy: a) užití jednotných smluvních hodnot (ve W/m2), b) zjištění co nejpřesnější hodnoty vnitřních zisků podle vybavení elektrickými spotřebiči a jejich předpokládaného užití v čase. Současně se použijí buď obvyklé (ze statistik vycházející) hodnoty „standardního obsazení“ (tedy údaje o charakteristické obytné nebo užitkové ploše připadající na osobu v budově), nebo konkrétní údaje o počtu osob, pro které je dům navrhován. Obdobný přístup je použit v české metodice publikované v TNI 73 0329 a TNI 73 0330 (kap.5.4). Protože se v tomto případě jedná o výpočet potřeby tepla na vytápění, měly by být vnitřní tepelné zisky uvažovány realistickými, spíše nižšími hodnotami, aby nebyl jejich pozitivní příspěvek v chladné části roku přeceňován. Pasivní solární zisky Jedná se o energii, která proniká do interiéru budovy prosklenými plochami v obvodovém plášti (okny, jinými transparentními plochami, jako jsou zasklení atrií, prosklené plochy zimních zahrad a dalšími). Pro výpočet jsou zásadní tyto údaje: • celková plocha A [m2] zaskleného prvku (například okna včetně rámu); • celková energetická propustnost slunečního záření g [-], která charakterizuje zasklení včetně případné trvalé sluneční ochrany. Udává podíl energie pronikající skrz zasklení do interiéru (tabulková hodnota); • korekční činitel rámu FF [-], podíl průsvitné plochy a celkové plochy okenní konstrukce uvažované ve výpočtu. Je třeba si uvědomit, že tento poměr se u stejně konstruovaných oken podle jejich velikosti liší. U velmi malých oken může plocha rámu tvořit například 40 % velikosti okenního otvoru, u velkých oken třeba méně než 15 %, tomu by pak odpovídaly hodnoty korekčního činitele rámu FF 0,6 a 0,85; • korekční činitel stínění FS [-] vyjadřuje vliv okolních budov a dalších vyvýšených objektů a horizontu. Pro stanovení této hodnoty je rozhodující úhel spojnice posuzovaného okna a horní hrany stínícího objektu s vodorovnou rovinou. Stínit mohou pochopitelně i konstrukce navrhované budovy – nadokenní markýzy, boční stínicí žebra apod. Hodnoty jsou uvedeny v tabulkách v [4] a odpovídajících výpočetních programech. Pozor: Hodnoty mohou být tedy odlišné pro různě situovaná okna na téže budově; • korekční činitel clonění FC [-] charakterizuje vliv clonících prostředků na oknech, jako jsou závěsy, žaluzie apod. Obvyklé hodnoty jsou také uvedeny v tabulce v [4]; • účinná sběrná plocha AS [m2] okna nebo jiného zaskleného prvku se pak stanoví z jednoduchého vztahu: AS = A · FS · FC · FF · g.


-9-

Jan Tywoniak


5.3 Tepelně-technické vlastnosti Obvodové a další konstrukce, oddělující prostory s rozdílnými teplotami vzduchu, musí splnit řadu požadavků, v případě nízkoenergetických domů zpravidla výrazně přísnějších než u výstavby dosud převažující. Mezi hlavní, kvantitativně vyjádřené vlastnosti patří zejména: • omezení prostupu tepla – vyjádřeno pomocí součinitele prostupu tepla, • zajištění dostatečné teploty na vnitřním povrchu konstrukcí i za velmi nízkých venkovních teplot, • vyloučení nebo alespoň omezení kondenzace vodních par v konstrukcích – vyjádřeno pomocí roční bilance zkondenzovaného a vypařitelného množství vodní páry, • vyloučení průniku vzduchu skrz konstrukce, omezení průniku vzduchu funkčními spárami a konstrukčně podmíněnými netěsnostmi, • omezení energetického vlivu tepelných mostů (tepelných vazeb) v místech napojení konstrukcí mezi sebou. Součinitel prostupu tepla Současné požadavky jsou podrobněji uvedeny v tab.1. ČSN 73 0540:2 [2] dále uvádí, že pro nízkoenergetické domy je vhodné navrhovat konstrukce se součinitelem prostupu tepla na úrovni přibližně 2/3 normou doporučených hodnot (tab. 2), čímž se dostáváme již k hodnotám potřebným pro pasivní domy (viz též informativní příloha v téže normě). Pozor: V hodnotě součinitele prostupu tepla musí být zahrnut vliv očekávaných lokálních zhoršení v důsledku nejrůznějších nehomogenit, přítomnosti spojovacích prvků apod. Tab.1 Požadavky na konstrukce podle [2]. Hodnoty platí pro budovy vytápěné na obvyklé teploty.

Doporučené hodnoty UN

[W/(m2·K)]

[W/(m2·K)]

Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45° včetně Podlaha nad venkovním prostorem

0,24

0,16

Strop pod nevytápěnou půdou se střechou bez tepelné izolace Podlaha a stěna s vytápěním

0,30

0,20

lehká

0,30

0,20

těžká

0,38

0,25

Podlaha a stěna přilehlá k zemině Strop a stěna vnitřní z vytápěného k nevytápěnému prostoru

0,60

0,40

Strop a stěna vnitřní z vytápěného k částečně vytápěnému prostoru, nebo z částečně vytápěného k nevytápěnému prostoru vytápěné budovy

0,75

0,50

Stěna mezi sousedními budovami 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

Popis konstrukce

Stěna vnější Střecha strmá se sklonem nad 45°


Typ konstrukce

Požadované hodnoty UN

- 10 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ nová

1,70

1,20

uprave ná

2,0

1,40

Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do částečně vytápěného nebo z částečně vytápěného či nevytápěného prostoru vytápěné budovy do venkovního prostředí

3,5

2,3

Šikmé střešní okno, světlík a jiná šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí Pro rámy šikmých výplní otvorů s možností započítání jejich speciálních tepelně izolačních obkladů platí Uf ≤ 2,0 W/(m2·K)

1,50

1,00

Šikmé střešní okno, světlík a jiná šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z částečně vytápěného nebo nevytápěného prostoru vytápěné budovy do venkovního prostředí

2,6

1,70

Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí Pro rámy nových výplní otvorů: Uf ≤ 2,0 W/(m2·K)

Lehký obvodový plášť, hodnocený jako smontovaná sestava včetně nosných prvků, s průsvitnou částí o 2 2 poměrné ploše f w = Aw / A , v m /m , kde A je celková plocha lehkého obvodového pláště. Pro rámy lehkých obvodových plášťů: Uf ≤ 2,0 W/(m2·K)

fw ≤ 0,50

0,3 + 1,4·f w 0,2 + 1,0·f w

fw > 0,50

0,7 + 0,6·f w

V současné době (ke konci roku 2010) probíhá revize normy [2]. V prvním návrhu jsou uváděny kromě hodnot požadovaných a doporučených také hodnoty cílové, které přibližně odpovídají hodnotám obvykle potřebným pro dosažení úrovně pasivního domu. Součinitel prostupu tepla – průměrná hodnota Kromě jednotlivých hodnot součinitele prostupu tepla jsou stanoveny požadavky na průměrnou hodnotu součinitele prostupu tepla obálky budovy. I zde pochopitelně dojde v novém znění normy ke změnám a ke zpřísnění hodnot. Teplota na vnitřním povrchu V souvislosti s postupným zpřísňováním požadavků na hodnotu součinitele prostupu tepla docházelo postupně k příznivému zvyšování vnitřních povrchových teplot obvodových konstrukcí. Čím více se teploty povrchů, které obklopují osoby pobývající v místnostech, blíží teplotě vzduchu, tím je vnímáno vnitřní prostředí příznivěji. Nedochází k výrazné asymetrii v sálavé složce přenosu tepla a ani k vyvolávání nepříjemného proudění vzduchu. Pokud budou splněny požadavky z hlediska součinitele prostupu tepla, bude dosaženo dostatečné teploty na vnitřním povrchu konstrukce i při nejnižších teplotách venkovního vzduchu v souladu s normovými požadavky s ohledem na riziko povrchové kondenzace vodní páry. Pozornost je třeba ovšem vždy věnovat místům oslabení konstrukcí – tepelným mostům. Komplikovanější situace je u výplní otvorů, kde výpočtové hodnocení uvažuje i přítomnost/nepřítomnost vzestupného proudu teplého vzduchu z otopné soustavy podél povrchu okna. Bilance vlhkosti Výpočtovým postupem uvedeným v [11] se zjišťuje pro standardizované zimní výpočtové podmínky výskyt kondenzace vodní páry ve skladbě konstrukce. Pokud ke kondenzaci nedochází, je konstrukce vyhovující. Jestliže ke kondenzaci dochází, můžeme konstrukci přesto považovat za vyhovující, pokud: a) přítomnost kondenzátu nemůže ohrozit požadovanou funkci konstrukce, b) množství kondenzátu není velké, c) roční bilance dokládá, že v průběhu let nemůže dojít ke hromadění vlhkosti v konstrukci.


- 11 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ Za ohrožení požadované funkce je obvykle považováno zkrácení předpokládané životnosti konstrukce, snížení vnitřní povrchové teploty konstrukce vedoucí ke vzniku plísní, objemové změny a výrazné zvýšení hmotnosti konstrukce mimo rámec rezerv statického výpočtu, a zvýšení hmotnostní vlhkosti materiálu na úroveň způsobující jeho degradaci. Pro dřevo se za takovou hranici považuje hodnota 18 % hmotnostní vlhkosti. Za malé množství kondenzátu se v souladu s [2] považuje hodnota menší než 0,1 kg/(m2a) v případě jednoplášťových střech, obvodových konstrukcí s vnějším zateplením a všech dalších konstrukcí s málo propustnou vrstvou při vnějším líci. Pro ostatní obvodové konstrukce se za malé množství kondenzátu považuje hodnota menší než 0,5 kg/(m2a). Roční bilance zkondenzované a vypařitelné vodní páry se provádí výpočtovým postupem uvedeným v [11]. Průvzdušnost V doporučeních pro nízkoenergetické domy i v doporučeních a předpisech pro hodnocení energetické náročnosti budov obecně v některých zemích nalezneme požadavek relativní vzduchotěsnosti (nízké průvzdušnosti) budovy. Požadavek je velmi přísný u domů s deklarovanou extrémně nízkou potřebou tepla na vytápění, o něco méně přísný u budov obvyklých s přirozeným větráním. V několika zemích se tento požadavek považuje za naprosto zásadní, je uváděn v projektové dokumentaci, bývá měřen jako součást kontroly kvality a jeho plnění je součástí smluvních vztahů. Měřicí zařízení vlastní v těchto zemích kromě zkušeben a výzkumných pracovišť také inženýrské kanceláře i stavební firmy. V řadě jiných zemí se tento jev (dosud) za tak významný nepovažuje. Mezi první skupinu zemí patří jednak ty, kde je tradičně větší podíl dřevostaveb (tedy budov se skládanými obvodovými konstrukcemi a s tím spojeným velkým množstvím konstrukčních spár), a pak v zemích, které jsou nejvíce pokročilé v prosazování nízkoenergetické výstavby v praxi. Celková průvzdušnost obvodového pláště budovy nebo její ucelené části se ověřuje pomocí celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa [h–1]. Hodnoty se stanovují experimentálně. Doporučuje se [2] splnění podmínky: n50 ≤ n50, N kde n50, N je doporučená hodnota podle tab.2. Tab.2 Doporučené hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa Větrání v budově

n50,N [h-1]

Přirozené

4,5

Nucené

1,5

Nucené se zpětným získáváním tepla

1,0

Nucené se zpětným získáváním tepla v budovách se zvláště nízkou potřebou tepla na vytápění

0,6

Norma současně omezuje spárovou průvzdušnost funkčních spár oken a dveří v závislosti na výšce budovy a způsobu větrání. Stanoví, že průvzdušnost styků a spojů konstrukčních prvků má být prakticky nulová.

5.4 Nízkoenergetické a pasivní domy S očekávaným rozvojem výstavby energeticky optimalizovaných budov se ukázalo jako potřebné sestavit schéma pro hodnocení pro prováděné deklarativní výpočty. Bylo možné využít v maximální míře zkušeností se zahraničními přístupy (PHPP model [10]) a přitom v nejvyšší možné míře respektovat české a evropské technické normy. K tomu účelu byly vytvořeny technické


- 12 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ normalizační informace (TNI) sloužící stavebně-energetickým výpočtům, nejprve pro rodinné domy (TNI 730329) [12], později i pro domy bytové (TNI 730330) [13]. Pro ostatní druhy užívání budov srovnatelné podklady zatím chybí.

5.4.1 Klasifikační schéma Jako nízkoenergetický rodinný dům se označuje dům, který splňuje požadavky č.2 a č.5 podle tab. 3 a současně má hodnotu měrné potřeby tepla na vytápění nejvýše 50 kWh/(m2a). Požadavky 1a, 1b, 3 a 4 jsou doporučené. Požadavek 7 se nehodnotí. Jako energeticky pasivní rodinný dům se označuje dům, který splňuje požadavky č.1a, 1b, 2, 3, 4, 5, 6, 7 podle tab. 3 a současně má hodnotu měrné potřeby tepla na vytápění nejvýše 20 kWh/(m2a). Pro bytové domy je schéma hodnocení obdobné, hodnoty průměrného součnitele prostupu tepla jsou o něco méně přísné, pasivní bytový dům musí ale splnit požadavek 15 kWh/(m2a) v potřebě tepla na vytápění.

Číslo požadavku

Tab.3 – Hodnocení rodinných domů s velmi nízkou energetickou náročností Jev, veličina

Označe ní

Jednot ka

Požadavek

Způsob prokázání

Poznámka

Prostup tepla 1a

Součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici

U

2 W/(m K)

Splnění požadavku na doporučené hodnoty podle ČSN 730540-2, pokud není výjimečně a zdůvodněně jinak.

Výpočet v souladu s ČSN 73 0540-4

Podle konkrétních podmínek se doporučuje splnění hodnot na úrovni 2/3 až 3/4 hodnot doporučených ČSN 73 0540-2.

1b

Průměrný součinitel prostupu tepla

Uem

W/(m2K)

Uem < 0,22 pro energeticky pasivní domy Uem < 0,35 pro nízkoenergetické domy

Výpočet v souladu s ČSN 73 0540-2

Podle konkrétních podmínek se pro energeticky pasivní rodinné domy doporučuje: Uem < 0,15 – 0,18

Kvalita vzduchu a tepelná ztráta výměnou vzduchu 2

Přívod čerstvého vzduchu do všech pobytových místností

--

--

Zajištěn.

3

Účinnost zpětného získávání tepla z odváděného vzduchu

η

%

η > 75


Kontrola projektové dokumentace, slovní hodnocení. Podle ověřených podkladů výrobce technického zařízení (rekuperátoru)

V energetických bilančních výpočtech se užije hodnota snížená o 10 procentních bodů.

- 13 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ 4

Neprůvzdušnost obálky budovy A. ve fázi přípravy stavby

n50

[1/h]

n50 = 0,6 pro energeticky pasivní rodinný dům, n50 = 1,5 pro nízkoenergetic ký dům.

Kontrola projektové dokumentac e, zejména úplné celistvosti vzduchotěsni cího systému.

B1: po dokončení stavby

n50

[1/h]

n50 < 0,6 pro energeticky pasivní rodinný dům n50 = 1,5 pro nízkoenergetic ký dům

Měření metodou tlakového spádu a výpočet n50 v souladu s ČSN EN 13829, metoda B.

B2: po dokončení stavby alternativně, pro A/V > 0,6: Neprůvzdušnost obálky budovy vyjádřená hodnotou n50 a současně i vzduchovou propustností budovy q50 . Hodnocení B2 lze použít nejpozději do 31.12.2010.

n50

[1/h]

pro energeticky pasivní rodinný dům: n50 < 0,8

Měření metodou tlakového spádu a výpočet n50 a q50 v souladu s ČSN EN 13829, metoda B.

Vzduchový tok při 50 Pa zjištěný měřením se vydělí plochou obálky budovy AE vypočítanou v souladu s 6.1.2 ČSN EN 13829:2001 z celkových vnitřních rozměrů. Pokud n50 > 0,6, provede se odpovídající přepočet energetické bilance a korekce výsledků EA a PEA.

Výpočet podle ČSN 73 0540-4. Strojní chlazení se nepředpoklá dá.

Ve výpočtu se nezahrnuje chladicí efekt zemního výměníku tepla. Ten slouží jako rezerva při vícedenních vlnách veder (nad hodnotami normového výpočtu)

a součas ně q50:

q 50 =

3 [m /h /m2]

q50 < 1,0

V&50 AE

Projektový předpoklad

Zajištění pohody prostředí v letním období 5

Nejvyšší teplota vzduchu v pobytové místnosti

θa,max

°C

< 27

Potřeba tepla na vytápění


- 14 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ 6

Měrná potřeba tepla na vytápění

EA

kWh/(m2 a)

PEA

kWh/(m2a)

nejvýše 20 pro energeticky pasivní dům, nejvýše 50 pro nízkoenergetic ký dům

Výpočet podle ČSN EN ISO 13790 a dalších norem.

Doporučená hodnota pro energeticky pasivní dům: < 15

nejvýše 60 pro energeticky pasivní rodinný dům

Výpočet podle TNI

Pro nízkoenergetický rodinný dům se nehodnotí

Potřeba primární energie 7

Potřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů na vytápění, přípravu teplé vody a technické systémy budovy

5.4.2 Aktualizace TNI V první polovině roku 2010 byla zpracována aktualizovaná znění obou dokumentů. Některá upřesnění jsou vyvolána skutečností, že s textem pracují i méně zkušení projektanti, často bez znalostí stavební fyziky. Zvýšení jednotlivé hodnoty součinitele prostupu tepla Upřesnění je uvedeno u přirážek k součiniteli prostupu tepla obvodových konstrukcí, které mají charakterizovat vliv nehomogenit v souvrství (tab.4). Ani tak nelze popsat všechny situace, kterou mohou nastat, a z neznalosti problému nebo ze spekulativních důvodů jsou buď přeceňovány (pro hodnocení výchozího stavu) nebo podceňovány (pro navrhovaný stav). Je možné použít hodnoty podle tabulky nebo hodnoty podle výsledku podrobnějších výpočtů uvedených v ČSN 73 0540-4 [11]. Tab.4 − Zvýšení součinitele prostupu tepla ∆U Charakter konstrukce

Zvýšení součinitele prostupu tepla ∆U [W/(m2K)]

Poznámka

Konstrukce zcela bez tepelných mostů

0,00

Izolační vrstva je zcela souvislá a homogenní, nejsou přítomny kotevních a dalších prostupující prvky. 1)

Konstrukce téměř bez tepelných mostů

0,02

Nejčastější případ, doporučený projektový předpoklad pro nízkoenergetické a pasivní domy, pokud je v souladu s řešením konstrukčních detailů.

Konstrukce s mírnými tepelnými mosty

0,05

Konstrukce zpravidla nevhodné pro nízkoenergetické a pasivní domy

Konstrukce s běžnými tepelnými mosty

0,10

Konstrukce nevhodné pro nízkoenergetické a pasivní domy

1) Kotevní a další prostupující prvky mohou být v některých případech již zahrnuty do hodnot tepelné vodivosti odpovídajících vrstev. V takovém případě se jejich vliv již neprojevuje v hodnotě ∆U podle této tabulky.


- 15 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla Pro hodnocení napojení konstrukcí mezi sebou platí shodná poznámka jako výše. Nezávislá kontrola výpočtů je jen obtížně možná, pokud by neměla trvat stejně dlouho, jako výpočet sám. Tabelované hodnoty mohou být tedy vhodnou pomůckou. Vliv tepelných vazeb mezi stavebními konstrukcemi se uvažuje souhrnně podle tab.5 ve formě přirážky k hodnotě Uem. Použití nulové a jiné než tabulkové hodnoty přirážky je možné, pokud je podrobně zdůvodněno výsledkem výpočtů všech tepelných vazeb mezi konstrukcemi na systémové hranici budovy. Zápornou hodnotu zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy ∆Uem nelze ovšem podle TNI pro další výpočty použít. Budova totiž zpravidla obsahuje některé další tepelné mosty a tepelné vazby, které nejsou v době zpracování výpočtů vůbec známy nebo nejsou dostatečně popsané. Patří k nim i nutné průniky prvků technického zařízení budovy. Tab.5 – Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy ∆Uem Celková úroveň řešení

Charakteristika

Nejvyšší

Je zajištěna souvislost tepelně izolačních vrstev ve všech napojeních, převážně v neztenčené tloušťce, podle nejlépe dostupných technických možností.

0,00

Možný projektový předpoklad, pokud je doložen výpočty vícerozměrného vedení tepla ve všech napojeních obvodových konstrukcí 1)

Vysoká

Je zajištěna souvislost tepelně izolačních vrstev ve všech napojeních, převážně v neztenčené tloušťce

0,02

Obvyklý projektový předpoklad, pokud je v souladu s řešením konstrukčních detailů

Střední

Je zajištěna souvislost tepelně izolačních vrstev téměř ve všech napojeních.

0,05

Nízká

Není zajištěna souvislost tepelně izolačních vrstev.

0,10

Častá situace při umisťování tepelně izolačních souvrství z vnitřní strany u zděných konstrukcí

Velmi nízká

Není zajištěna souvislost tepelně izolačních vrstev se zvláště významnými důsledky

0,20

Častá situace při umisťování tepelně izolačních souvrství z vnitřní strany u železobetonových a ocelových konstrukcí


Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy hodnoty ∆Uem [W/(m2K)]

Poznámka

- 16 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ 1)

Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy může být nulové, protože při užití vnějších rozměrů prvků ve výpočtech vícerozměrného vedení tepla mohou být hodnoty lineárních činitelů prostupu tepla jednotlivých tepelných vazeb v řadě případů záporné. Takové případy se vyskytují často v nárožích obvodových stěn s kvalitně řešenými izolačními souvrstvími. Vzduchotěsnost Možnost použití alternativního způsobu vyjádření vzduchotěsnosti pro malé kompaktní rodinné domy je prodloužena do konce roku 2010. Výsledek je možné vyjádřit pomocí vzduchové propustností budovy q50 (objemový tok vzduchu vztažený na 1 m2 obálky budovy). V nové příloze obou TNI jsou uvedeny hodnoty n50 pro výpočty energetické náročnosti starších budov, pokud nejsou k dispozici výsledky měření. Hodnoty jsou opět sestaveny s cílem být na straně bezpečnosti s ohledem na účel výpočtů – porovnáním výchozího a navrhovaného stavu stanovit realistickou hodnotu snížení energetické náročnosti. Hodnoty pro pomocnou elektrickou energii Samostatná příloha [13] se věnuje stanovení roční i potřeby pomocné elektrické energie na chod systémů technického zařízení budovy. Kromě paušálních tabelovaných hodnot je tedy možné stanovit hodnoty pomocné energie podrobněji – podle dostupnosti vstupních údajů v době zpracování výpočtu a jeho účelu.

5.4.3 Nulové domy Evropská směrnice o energetické náročnost budov (EPBD) [3] zaostává za ambiciozními požadavky předcházejících usnesení Evropského parlamentu a používá jen velmi obecná vyjádření. Bude tedy vyžadovat zásadní zpřesnění na úrovních jednotlivých členských zemí. Na její vydání zmíněné aktualizované TNI již reagují: Pokud je dům vybaven zařízeními na energetickou produkci (fotovoltaický systém), které jsou součástí budovy, ať již jsou použity pro vlastní potřebu nebo dále distribuovanou produkci, v takovém rozsahu, že roční bilance potřebné dodávané energie na vstupu do budovy a vyprodukované energie stanovená v hodnotách primární energie je vyrovnaná, označuje se dům jako energeticky nulový dům. Zde musí být kvalifikovaně zohledněna využitelnost energetického zdroje pro krytí energetických potřeb a musí být věrohodně stanovena započitatelná produkce, s uvážením její proměnlivosti i poptávky v rodinném domě v průběhu roku. Pokud je fotovoltaický systém zapojen do veřejné sítě, využije se v bilančním výpočtu veškerá produkce elektrické energie. Zjednodušeně se dá říci, že fotovoltaická produkce s faktorem energetické přeměny 0,2 nahrazuje obvyklou výrobu elektrické energie s faktorem energetické přeměny 3,0 podle (tabulkové údaje v TNI). V bilančních výpočtech bude v takovém případě fotovoltaická produkce vystupovat s faktorem energetické přeměny 0,2 – 3,0, tedy -2,8 (záporné číslo) [14].

5.5 Konstrukční souvislosti Mezi nízkoenergetickými stavbami mají dřevěné konstrukce o něco větší podíl než v běžné výstavbě. Do dřevěné obvodové konstrukce bývá zpravidla snazší umístit potřebné množství tepelných izolací, aniž by nepřijatelně narostla jejich celková tloušťka. Tento přirozený „náskok“ dřevostaveb není velký a jiná řešení s využitím tzv. masivních konstrukcí mohou posloužit podobně. Obvodové konstrukce dřevostaveb patří ke skládaným konstrukcím, kde je třeba zvláště pečlivě postupovat jak při konstrukčním řešení, tak při výpočtech tepelně technických vlastností. Výhodná je v tomto smyslu malá tloušťka stěny kombinovaného I-nosníku. Konstrukční systémy lze různými způsoby kombinovat a vytvořit tak například dvojitou konstrukci s minimem propojení vnější a vnitřní části.


- 17 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ Často zmiňovaný problém malých tepelně-akumulačních vlastností dřevostaveb postupně přestává být tak významným – v souvislosti s potřebnou velkou tloušťkou tepelných izolací a s kvalitními okny optimalizované velikosti u nízkoenergetických řešení budov. Obvodové konstrukce musí být navrhovány pečlivě s ohledem na rizika kondenzace vodních par. Zde jednak o pořadí vrstev (výpočtově prokazatelné), ale i o řešení detailů, návazností na okolní konstrukce a problém prostupujících prvků, včetně instalačních.

5.6 Neprůvzdušnost 5.6.1 Měření Intenzita výměny vzduchu při 50 Pa n50 je definována takto: V& n50 = 50 V V& kde je objemový tok vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa [m3/s], 50

V

objem vnitřního vzduchu měřené budovy nebo měřené ucelené části budovy [m3].

Princip měření spočívá ve stanovení závislosti objemového toku vzduchu netěsnostmi v obálce budovy na tlakovém rozdílu. K určení této závislosti se používá metoda tlakového spádu [16]. Hodnocená budova je během zkoušky vystavena sérii uměle vytvořených, odstupňovaných tlakových rozdílů. Na každé úrovni tlakového rozdílu je měřen objemový tok vzduchu netěsnostmi v obálce budovy. Z naměřených hodnot je statistickými metodami nebo graficky odvozena spojitá funkce, ze které je možno vypočítat hledanou hodnotu objemového toku vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa. Měření se provádí pomocí zařízení, často nazývaného Blower-Door [15]. Aparatura sestává ze speciálního, velmi výkonného, ventilátoru s plynule měnitelnými otáčkami ve velkém rozsahu, čidel pro měření tlakového rozdílu a pro měření objemového toku vzduchu, osazovacího rámu a vzduchotěsné plachty s otvorem pro ventilátor. Plachta se pomocí osazovacího rámu napne do vhodného otvoru v obvodové stěně (okno, dveře). Do otvoru v plachtě se nasadí ventilátor a vše se dotěsní. Nainstalují se přístroje pro měření tlakového rozdílu a objemového toku vzduchu. Otáčky ventilátoru se nastaví tak, aby mezi interiérem budovy a vnějším prostředím bylo dosaženo požadovaného tlakového rozdílu. V okamžiku, kdy je tlakový rozdíl konstantní, se změří objemový tok vzduchu transportovaný ventilátorem. Předpokládá se, že stejné množství vzduchu protéká netěsnostmi v obvodovém plášti budovy. Měření se opakuje pro různé úrovně tlakového rozdílu v rozsahu přibližně 20 – 80 Pa. Obvykle se provádí dvě série měření – podtlakem a přetlakem. Moderní zařízení bývají vybavena řídící elektronickou jednotkou, která prostřednictvím osobního počítače a speciálního softwaru kontroluje úroveň tlakového rozdílu, mění otáčky ventilátoru, řídí a okamžitě vyhodnocuje průběh celého měření. Před měřením je ovšem nutné provést i několikahodinovou přípravu budovy – především zkontrolovat napojení sanitárních instalací, vzduchotechnických vedení apod., které často nejsou v době měření zcela dokončeny. Měření je výhodné provádět v průběhu výstavby opakovaně – poprvé před zakrytím dokončených parotěsných a vzduchotěsných vrstev, podruhé po úplném dokončení objektu. Současně s měřením neprůvzdušnosti může proběhnout lokalizace míst zvýšených netěsností – měřením okamžité hodnoty rychlosti proudění vzduchu ručním anemometrem nebo sledováním pohybu barevného kouře vyvíjeného zvláštním přístrojem. Řadu cenných informací může přinést také termovizní snímkování prováděné současně.

5.6.2 Řešení [15] Snaha o zajištění velmi nízké průvzdušnosti obalových konstrukcí se musí promítnout do všech fází přípravy a realizace budovy, nejedná se jen o problém kvality provedení na stavbě. Konstrukční zásady je možno shrnout do těchto bodů:


- 18 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ • jasné vymezení vrstvy (vrstev), která zajistí nízkou průvzdušnost konstrukce, • volba vzduchotěsného materiálu pro tuto vrstvu (vrstvy), • zajištění spojitosti vzduchotěsné vrstvy, • minimalizace prvků prostupujících vzduchotěsnou vrstvou, • zajištění vzduchotěsného napojení těchto vrstev na navazující a prostupující prvky (okna, potrubí atd.), • volba kvalitních výrobků (lepicích pásek atd.) pro spojování a utěsnění prostupujících prvků – u těchto výrobků musí být garantovaná funkčnost (přilnavost, pružnost) po celou dobu životnosti konstrukce. Vzduchotěsnou vrstvou (vzduchotěsnicí podle [2]) se rozumí spojitě provedená vrstva z materiálu, který je při běžných tlakových podmínkách nepropustný pro vzduch, jako jsou např. plastové fólie (parozábrany) a asfaltové pásy (hydroizolace) s dokonale provedenými spoji nebo i souvislé bednění z některých tuhých desek na bázi dřeva (OSB apod.) s utěsněnými spoji. Funkci vzduchotěsné vrstvy může plnit i omítka, pokud není narušená prasklinami. Naopak běžné sádrokartonové podhledy a obklady rozhodně nemohou být považovány za vzduchotěsné, neboť bývají narušeny velkým množstvím otvorů pro elektroinstalace a jiné rozvody a později může být jejich vzduchotěsnost výrazně snížena zásahem uživatele budovy (kotvením nábytku, zavěšováním dekorací). Spoje sádrokartonových desek, přestože jsou v době výstavby tmelené, mohou po čase popraskat a stát se netěsnými. Ve skladbě konstrukce se sádrokartonovým obkladem by tedy měla být vždy použita jiná vzduchotěsná vrstva. Vzduchotěsné vrstvy by měly být v podobných konstrukcích chráněny proti poškození, je tedy vhodné neosazovat je přímo za sádrokartonový obklad, ale až za pomocný rošt, ke kterému je obklad kotvený. Mezeru mezi vzduchotěsnou vrstvou a obkladem je možno využít pro vedení instalací (tzv. instalační prostor), jejichž průnik sádrokartonovým obkladem již nezvyšuje průvzdušnost konstrukce. Volba materiálu vzduchotěsné vrstvy a její polohy ve skladbě musí být provedena již během projekční přípravy. U skládaných konstrukcí se často jedná o klíčová koncepční rozhodnutí, která mohou mít zcela zásadní vliv na tepelně vlhkostní chování konstrukce. Vzduchotěsné vrstvy musí být nepropustné pro vzduch v celé ploše, tedy i v místech spojů, prostupů a napojení na vzduchotěsné vrstvy přiléhajících konstrukcí a na přiléhající prvky. Zajištění jejich spojitosti je tedy problémem návrhu a realizace stavebních detailů. Projektant by měl zvážit i technologické souvislosti, například: • Dobré přilnutí lepicích pásek je podmíněno stlačením lepeného spoje – lepené spoje měkkých materiálů (např. fólií) je vhodné záměrně umístit na tuhé konstrukční prvky. • Kvalitní provedení všech spojů a prostupů vzduchotěsných vrstev vyžaduje velmi pečlivou ruční práci – okolo prostupů musí být k dispozici dostatečný manipulační prostor pro ruce a nástroje. Pochopení této skutečnosti může vést ke změně některých konstrukčních prvků – například náhradu běžných dvojitých kleštin v krovu za jednostranné. Současný trh nabízí mnoho speciálních prostředků pro lepení, napojování a utěsňování vzduchotěsných vrstev z různých materiálů. Jedná se o výrobky vyvinuté přímo k tomuto účelu s garantovanou životností. Parotěsné lepicí pásky s vysokým difúzním odporem Jsou určené pro lepení parozábran z plastových fólií a k přelepování styků mezi deskami, pokud funkci parozábrany plní například OSB desky. Lepicí pásky s nízkým difúzním odporem Jsou určené pro lepení difúzních fólií a přizpůsobené venkovnímu použití. Speciální pásky pro spoje plastových fólií a silikátových materiálů Slouží pro napojení parozábrany na zdivo, beton atd. Velmi jednoduše, bez použití přítlačné lišty a hmoždinek, řeší např. napojení parozábrany stěny na betonovou podlahu nebo napojení parozábrany šikmé střechy na zděnou štítovou stěnu. Speciální pásky pro napojení plastových fólií na okna a další konstrukční prvky Vyrábí se v mnoha variantách pro vnitřní nebo vnější použití, mohou mít různé difúzní vlastnosti. Lepidlo na těchto páskách není naneseno celoplošně, ale pouze ve dvou úzkých proužcích. Proužky lepidla mohou být naneseny na stejné straně pásky nebo jeden na líci, druhý na rubu, což


- 19 -

Jan Tywoniak

Tepelná ochrana budov a dřevostavby _______________________________________________________________________ může v některých případech velmi usnadnit práci při montáži oken. K dispozici jsou různé šířky pásky pro různé šířky připojovací spáry okna. Pružné pásky pro utěsnění prostupů plastovými fóliemi Umožňují bezproblémové napojení plastové fólie na kolmo prostupující prvek většího průřezu, bez nutnosti komplikované výroby manžet z pruhů fóliové parozábrany. Jsou vhodné např. pro napojení parozábrany na velké prostupující prvky kruhového i obdélníkového průřezu (např. potrubí vzduchotechniky). Manžety pro napojení prostupujících prvků Pružné průchodky a manžety pro utěsnění prostupujících prvků kruhového průřezu. K dispozici jsou různé průměry manžet, ale vhodné jsou především pro utěsnění prostupů tenkých potrubí a kabelů (vodovod, rozvody vytápění atd.), kde není vhodné používat pružné pásky. Vzduchotěsné elektroinstalační krabice Tělo instalační krabice je ze vzduchotěsného plastu a navíc jsou vzduchotěsně řešeny i otvory pro kabely. Používají se především u konstrukcí, u kterých není vhodné nebo možné umístit elektroinstalace do instalačního prostoru a krabice musí procházet vzduchotěsnou vrstvou, například u kompletizovaných obvodových panelů prefabrikovaných dřevostaveb.

Podklady [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17]

Agenda 21 on Sustainable Construction. CIB Report 237. 1999, česky www.substance.cz ČSN 73 0540:2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (přepracování), červen 2010 ČSN EN ISO 13790 Tepelné chování budov – Výpočet potřeby energie na vytápění ČSN EN ISO 13789 Tepelné chování budov – Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním – Výpočtová metoda ČSN EN ISO 13 370 Tepelné chování budov – Přenos tepla zeminou – Výpočtové metody ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce – Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla – Výpočtová metoda ČSN EN ISO 10077-1 Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla – Část 1: Zjednodušená metoda, ČSNI 2001 ČSN EN ISO 10211-1 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Výpočet tepelných toků a povrchových teplot – Část 1: Základní metody PHPP 2007. Passive House Planning Package. Requirements for Quality Approved Passive Houses.Passivhaus Institut Darmstadt, 2007 ČSN 73 0540:4 Tepelná ochrana budov. Část 4: Výpočtové postupy, ČSNI 2005 TNI 73 0329, Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění – Rodinné domy. ÚNMZ 2010 TNI 73 0330, Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění – Bytové domy. ÚNMZ 2010 Tywoniak, J.: Energeticky nulové domy – východiska řešení. Sborník konference Alternativní zdroje energie 2010, Kroměříž. Společnost pro techniku prostředí, Praha Novák, J.: Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov. GRADA 2008 ČSN EN 13829 Tepelné chování budov – Stanovení průvzdušnosti budov – Tlaková metoda Tywoniak, J.: Nízkoenergetické domy. Principy a příklady. 2 GRADA 2008


- 20 -

5 Tepelná ochrana budov a dřevostavby

Recommend Documents