Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav pozemního stavitelství
BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D. Průběh zkoušky, literatura Tepelně technické vady a poruchy konstrukcí Základní způsoby šíření tepla Ustálený teplotní stav Součinitel prostupu tepla
Literatura: Studijní opory: • BH10 Tepelná technika budov Normy:
• • • • •
• •
ČSN 73 0540 – Tepelná ochrana budov Část 1: 2005 Terminologie Část 2: 2011+ Z1:2012 Požadavky • Část 3: 2005 Návrhové hodnoty veličin Část 4: 2005 Výpočtové metody •
•
V ČSN 73 0540-2 jsou uvedeny závazné požadavky pro navrhování a ověřování budov s požadovaným stavem vnitřního prostředí (s • výjimkou památkově chráněných budov)
Související normy: ČSN EN ISO 13788 Tepelně vlhkostní chování stavebních konstrukcí a stavebních prvků – Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce – Výpočtové metody ČSN EN ISO 13789 Tepelné chování budov– Měrná ztráta prostupem tepla – Výpočtová metoda ČSN EN ISO 10211 – 1: Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Výpočet tepelných toků a povrchových teplot – Část 1: Základní metody ČSN EN ISO 10777 – 1 Tepelné chování oken, dveří, okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla – Část 1: Zjednodušená metoda
a další……
Starší skripta a knihy : fyzikální děj se nemění, ale návrh a posouzení konstrukcí je podle už neplatných norem
• Platná energetická legislativa : • Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů • Vyhláška MPO č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov ve znění pozdějších předpisů
Stavební tepelná technika pojednává o tom, jak správně navrhnout stavební konstrukce s ohledem na zajištění: jejich bezchybné funkce tepelné pohody vnitřního prostředí nízké energetické náročnosti
ZÁKLADNÍ ZPŮSOBY ŠÍŘENÍ TEPLA Teplo se může šířit v jakémkoli prostředí, když jsou na různých místech tohoto prostředí různé teploty.
Proces sdílení tepla probíhá třemi způsoby: • vedením (kondukcí) • prouděním (konvekcí) • sáláním (radiací)
Sdílení tepla vedením Sdílení tepla vedením – dochází k němu tehdy, jestliže v tělese vzniká rozdíl teplot, nebo jestliže se dotýkají dvě tělesa různé teploty.
Teplejší, rychleji kmitající molekuly předávají svou kinetickou energii sousedním, pomaleji kmitajícím molekulám.
Základní hodnotou při vedení tepla je součinitel tepelné vodivosti λ [W/(m.K)]. Součinitel tepelné vodivosti závisí na různých vlivech, z nichž nejdůležitější jsou: – – –
objemová hmotnost vlhkost směr tepelného toku v anizotropních látkách
Sdílení tepla prouděním a sáláním Sdílení tepla prouděním – způsob sdílení tepla, při němž přechází teplo z plynů, par a tekutin na pevnou látku a naopak.
Podstata tohoto druhu sdílení tepla spočívá v tom, že k povrchu tělesa přichází stále nové částice plynů, par nebo tekutin, tzn. stále noví nositelé tepla.
Sdílení tepla sáláním – způsob sdílení tepla, při kterém je tepelná energie vyzařovaná ze hmoty.
Ustálený teplotní stav O ustáleném teplotním stavu mluvíme za předpokladu, že se teplota v jednotlivých místech konstrukce v čase nemění.
Prostup tepla konstrukcí : přestup tepla na vnitřní straně
q1 = hi (θai – θsi)
vedení tepla stěnou
q2 = λ/d (θsi – θse)
přestup tepla na vnější straně
q3 = he (θse – θe)
Hustota tepelného toku q = q1+ q2+ q3 Hustota tepelného toku q (W/m2) – podíl tepelného toku a příslušné plochy, kterou tepelný tok prostupuje, závisí především na tepelně izolačních schopnostech stavebních konstrukcí.
Tepelný odpor konstrukce R [m2.K/W] je schopnost konstrukce klást odpor průchodu tepla.
R=
d
d tloušťka materiálu [m]
λ
λ součinitel tepelné vodivosti [W/(m.K)]
Do hodnoty R se započítávají ty vrstvy konstrukce, které jsou účinně chráněny před účinky vlhkosti. U dvouplášťových konstrukcí se započítávají pouze vrstvy vnitřního pláště.
Odpor při prostupu tepla RT [m2. K/W] vyjadřuje úhrnný tepelný odpor, bránící výměně tepla mezi prostředími, oddělenými od sebe stavební konstrukcí o tepelném odporu R s přilehlými mezními vzduchovými vrstvami.
RT = Rsi + R + Rse Rsi (Rse) odpory při přestupu tepla na vnitřní (vnější) straně konstrukce [m2.K/W]
Součinitel prostupu tepla [W.m-2.K-1]
U=
1 RT
Jakou hodnotu λ použijeme pro výpočty? ČSN 730540-3 uvádí následující hodnoty: NORMOVÁ HODNOTA – číselná hodnota veličiny, statisticky stanovená z naměřených hodnot nebo hodnot stanovených výpočtem. CHARAKTERISTICKÁ HODNOTA – hodnota stanovená normalizovaným postupem pro charakteristickou hodnotu vlhkosti materiálu, statisticky vyhodnocená z naměřených údajů. Zahrnuje variabilitu veličiny způsobenou v procesu výroby. Pro tepelně technické výpočty musíme použít návrhovou hodnotu!!! NÁVRHOVÁ (VÝPOČTOVÁ) HODNOTA – jsou číselné hodnoty, stanovené na základě normové nebo charakteristické hodnoty pomocí koeficientů a přirážek, které zohledňují způsob zabudování materiálu ve stavební konstrukci a variabilitu veličiny způsobenou v procesu výroby. Výrobci materiálů udávají většinou deklarovanou hodnotu. DEKLAROVANÁ HODNOTA SOUČINITELE TEPELNÉ VODIVOSTI λ D – je to hodnota, měřená za určitých deklarovaných podmínek (na stavbě jsou podmínky odlišné, proto je nutné přepočítat na návrhovou hodnotu – orientačně lze použít zvýšení o 10% u MW, o 3-5% u XPS, EPS)
Odpor při přestupu tepla (Rsi, Rse) je tepelný odpor mezní vzduchové vrstvy, přiléhající bezprostředně k vnitřní nebo vnější straně konstrukce (ČSN 73 0540-3).
Rsi =
Povrch
1 1 , Rse = hi he Účel výpočtu
- součinitel Vnější prostupu tepla - teplotní faktor Zemina vnitřního povrchu
Vnitřní
- součinitel prostupu tepla
hi (he)
součinitel přestupu na vnitřní (vnější) straně konstrukce
Konstrukce
Tep. opor při přestupu tepla Rse, Rsi
jednoplášťová
Rse =0,04
dvouplášťová
stejně jako Rsi
styk se zeminou
Rse =0,00
stěna (horizontální tep. tok)
Rsi =0,13
střecha (tep. tok vzhůru)
Rsi=0,10
podlaha (tep. tok dolů)
Rsi=0,17
Součinitel přestupu tepla hi, he
1/Rse
1/Rsi
Pro výpočet teplotního faktoru vnitřního povrchu (teploty vnitřního povrchu konstrukce) je tepelný odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce Rsi pro zimní období uvažován u všech konstrukcí hodnotou 0,25.
Součinitel prostupu tepla Součinitel prostupu tepla a tepelný odpor konstrukce jsou základními veličinami charakterizujícími tepelně izolační vlastnosti stavebních konstrukcí. Pro každou stavební konstrukci musí být splněna podmínka:
U ≤ UN U
součinitel prostupu tepla [W.m-2.K-1]
UN
normou požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla [W.m-2.K-1]
Součinitel prostupu tepla konstrukcí U vyjadřuje celkovou výměnu tepla mezi prostory, oddělenými od sebe stavební konstrukcí o tepelném odporu R s přilehlými mezními vzduchovými vrstvami.
Zahrnuje vliv všech tepelných mostů včetně vlivu prostupujících hmoždinek a kotev, které jsou součástí konstrukce.
Přibližný vliv tepelných mostů ∆Utbm
Konstrukce téměř bez tepelných mostů 0,02 W.m–2.K–1 Konstrukce s mírnými tepelnými mosty 0,05 W.m–2.K–1 Konstrukce s běžnými tepelnými mosty (dříve standardní řešení) 0,1 W.m–2.K–1 Konstrukce s výraznými tepelnými mosty (zanedbané řešení) 0,20 W.m–2.K–1
Stanovení hodnoty UN závisí na parametrech vnitřního vzduchu, tj. na: převažující návrhové vnitřní teplotě θim relativní vlhkosti vnitřního vzduchu φi Pro konstrukce v objektech s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim od 18 do 22°C včetně a φi do 60% - TABULKOVÉ HODNOTY Pro konstrukce v objektech s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim mimo uvedené rozmezí a s φi do 60% - NÁSLEDUJÍCÍ VZTAH U N = U N , 20 ⋅ e1
e1 =
16 (θ im − 4)
Pro konstrukce v objektech s φi nad 60% se požadovaná hodnota UN stanoví jako nižší ze dvou hodnot dle následujících vztahů - hodnota dle tabulky nebo vztahu U N = U N , 20 ⋅ e1
- hodnota dle podmínky pro zvýšenou vlhkost prostředí 0,6 (θ ai − θ w ) U w, N = Rsi (θ ai − θ e )
Návrhová teplota vnitřního vzduchu θai
θ ai = θ i + ∆θ ai θi návrhová vnitřní teplota [°C], dle ČSN 73 0540-3:2005 nebo projektu; ∆θai
přirážka podle typu objektu a způsobu vytápění [-], vyrovnává rozdíl mezi teplotou vnitřního vzduchu a průměrnou teplotou okolních ploch dle ČSN 73 0540-3 Tab. I.2. Přirážka ∆θai
Budova
Vytápění radiátory ústředního topení
Vytápění sálavé (např. podlahové vytápění)
Vytápění konvenční (konvektory)
Bytová a občanská do roku 1975
2,0
1,0
3,0
Bytová a občanská od 1975 do 1995
1,0
0,5
1,5
Bytová a občanská po 1995
0,6
0,3
0,9
Nízkoenergetická
0
Průmyslová s velmi lehkou a lehkou prací
1,0
0,5
1,5
Průmyslová se středně těžkou a těžkou prací
2,0
1,0
3,0
Požadované a doporučené hodnoty UN pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θim v intervalu 18 až 22°C. vybrané hodnoty z ČSN 73 0540-2:2011 Stavby pro bydlení Druh konstrukce
Požadované Hodnoty UN,20
Stěna vnější 0,30
Součinitel prostupu tepla[ W(/m2. K) ] Doporučené Doporučené Hodnoty hodnoty pro Urec,20 pasivní budovy Upas,20 těžká 0,25 0,18 až 0,12 lehká 0,20
Střecha strmá se sklonem nad 45° včetně
0,30
0,20
0,18 až 0,12
Střecha plochá a šikmá sklonem do 45° včetně
0,24
0,16
0,15 až 0,10
0,24
0,16
0,15 až 0,10
0,30
0,22 až 0,15
1,5
1,2
0,8 až 0,6
1,4
1,1
0,9
1,7
1,2
0,9
se
Strop s podlahou nad venkovním prostorem Podlaha a stěna vytápěného prostoru přilehlá k zemině
0,45 Výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do vnějšího prostředí Šikmá výplň otvoru, se sklonem do 45°, z vytápěného prostoru do vnějšího prostředí Dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do vnějšího prostředí (včetně rámu)
