FAST, VŠB TU OSTRAVA WORKSHOP. Pracovní skupina Prostředí staveb. Ing. Jiří Labudek, Ph.D. Ing. Naďa Zdražilová. Ing. Jiří Teslík

  FAST, VŠB – TU OSTRAVA             

WORKSHOP   Pracovní skupina Prostředí staveb              Ing. Jiří Labudek, Ph.D.  Ing. Naďa Zdražilová  Ing. Jiří Teslík   

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                    

Workshop č. 1  Porovnání spotřeby energie ve městě a mimo město  4. 11. 2013 

         

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti       Předmětem  Workshopu  č.  1.  bylo  sestavení  skupiny  studentů,  kteří  se  zúčastní  série  workshopů  konaných v rámci projektu „Partnerství v oblasti energetiky CZ.1.07/2.4.200/31.0080“.    Cílem  prvního  tématu  bylo  donutit  studenty  přemýšlet  nad  energetickou  provázaností  moderních  energeticky úsporných budov a osobní denní dopravy do místa realizace stavby.    Součásti  výstupu  je  analýza  formátu  „standardní  české  rodiny“  z pohledů  studentů.  Studenti  definovali rodinu cestující pomocí MHD a osobními automobily.   Studenti,  také  definovali  pasivní  dům  a  ekonomicky  porovnávali  solitérní  bydlení  v městské  aglomeraci a ve venkovském rodinném domě.    

  Výstupní dokument – viz. příloha   

  Pracovní skupina – FAST 229 – VN1PSF01               

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                    

Workshop č. 2 a č. 3   „Superizolační konstrukce“ ‐  1, 2  11. a 18. 11. 2013   

 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti     V návaznosti  na  Workshop  č.  1.  bylo  definováno  pro  Workshop  č.  2  a  č.  3  téma:  „Superizolační  konstrukce“ pro stavby budoucnosti.   Cílem  tohoto  tématu  bylo  studentům  předvést  fyzikální  limity  stavebních  materiálů.  V souvislosti  s EPBD  II  (evropská  směrnice  o  energetické  náročnosti  staveb)  jim  byl  zadán  velmi  náročný  úkol  spočívající v návrhu konstrukce o špičkových izolačních parametrech U = 0,07 W/m2K. Tato extrémní  hodnota  směřuje  ke  stavebním  konstrukcím  potřebných  pro  udržení  nastartovaného  cíle  (až  k roku  2050) a dynamiky vývoje stavebních konstrukcí až k budovám v „nulovém standardu“.    Studenti během realizace svých prací (viz. přílohy – elaboráty + fotodokumentace z přednášek) učinili  závěr,  že  současné  materiály  nebudou  dostačovat  pro  současný  trend  snižovaní  energetických  potřeb, limitně se blížící se nule,  nutných pro provoz moderních budov.   Přínosem  pro  studenty  bylo  zjištění,  že  současné  materiály  jsou  na  svých  fyzikálních  limitech   – obzvláštně v oblasti součinitele tepelné vodivosti λ (téma pro Workshop č. 5 a č. 7).   

 

  Přednes studentů – dosažené výsledky + diskuze 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                           

Workshop č. 4  Denní osvětlení, proslunění moderních staveb  25. 11. 2013 

 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti   Účelem  workshopu  je  seznámení  s potřebami  lidského  organismu,  které  jsou  spojeny  se  světelnými  podmínkami  v interiéru  budovy  a  zároveň  s potřebou  přímého  slunečného  záření,  které  má  přímý  vliv  na  biologické  pochody  organismu.  Požadavky  jsou  popsány  v ČSN  73  0580  –  2.  Na  základně  těchto  normových  požadavků  je  úkolem  navrhnout  v dané  místnosti  vhodný  osvětlovací  tvor. Následně je pak posouzeno, jakým způsobem se tento otvor podílí na tepelné ztrátě obvodové  konstrukce, zde je demonstrován význam volby vhodného okna jak z hlediska jeho velikosti, tak co se  týká volby zasklení.  Dále je pak proveden výpočet nejvyšší denní teploty vzduchu v dané místnosti,  neboť  její  povolená  hodnota,  blíže  specifikovaná  v ČSN  73  0540  –  2  na  27°C,  bývá  vlivem  osazení  nadměrně velkých otvoru velice často překračována.   Za tímto účelem jsou použity výpočtové programy WDLS 4.1, Teplo 2011, Simulace 2011.     1) Denní osvětlení prostoru    Počet skel okenního otvoru: 2  Selektivní vrstvy: ano/ne  Propustnost slunečního záření g (jednoho skla): 0,92  Navržený rozměr okna: 1,2 x 2,0 m  Celková plocha okna:  2,4 m2        Hodnoty činitele denní osvětlenosti D v bodech  D1 [%]  0,93 

D2 [%]  0,97   

Dm [%]  0,95 

2) Tepelná ztráta obvodové zdi s osvětlovacím otvorem    Skladba obvodového zdiva:   omítka Porotherm Universal  0,025 m  Porotherm  44 P+D    0,44 m  EPS        0,1 m  omítka Porotherm TO    0,025 m    U = 0,18 W/m2K  Uw = 1,3 W/m2K    Výpočet celkové tepelné ztráty konstrukce:   Q=0,18*8,4*35 + 2*(1,3*1,2*35) = 166,6 W   

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti   1) Tepelné zisky v letním období:   Skladby vnitřních konstrukcí (příčky, stropy):     Příčka:          omítka Porotherm Universal  tl. 25 mm  Porotherm  11,5 P+D    tl. 115 mm  omítka  Porotherm Universal  tl. 25 mm      Strop:      Keramické dlaždice Rako 150x 150mm, tl. 10mm  Lepící tmel Rako, tl. 5mm  Betonová mazanina, tl. 44mm  Separační PE fólie, tl. 1mm  TI Rockwool Steprock ND, tl. 50mm  Porotherm strop tl. 210mm  Omítka Porotherm universal tl. 15mm    Upříčky= 1,54 W/m2K  Ustrop= 0,52  W/m2K    Maximální teplota vnitřního vzduchu v letním období se zateplením:  39,5°C      Provedenou  simulací  bylo  prokázáno,  že  k osvětlení  předem  stanoveného  vnitřního  prostoru  je  při  daném  typu  zasklení  nutno  navrhnout  okno  o  velikosti  2,4  m2  tak,  aby  byly  splněny  veškeré  požadavky  na  vnitřní  osvětlení  a  proslunění  obytného  prostoru.  Při  této  velikosti  otvoru  je  pak  tepelná  ztráta  způsobená  prostupem  pro  celou  konstrukci  oddělující  vnitřní prostor od exteriéru rovna 166,6 W.   Nejvyšší  denní  teplota  vnitřního  vzduchu  v daném  prostoru  byla  stanovena  na  39,5  °C. Při porovnání s normovými požadavky viz. výše se jedná o překročení povolené hodnoty o  12,5  °C.  Je  tedy  nutné  navrhnout  opatření,  které  zabrání  přehřívání  vnitřního  prostoru  v letním  období.  Ideálním  a  nejvíce  účinným  způsobem  je  opatřit  okenní  otvor  vnějšími  stínícími prvky, pokud možno neprůhlednými ve světlém provedení. Tím je zamezeno vnikání  přímých slunečních paprsků do interiéru.      

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                    

Workshop č. 5 + č. 7  Tepelná vodivost izolantů na bázi celulózy,   drcené slámy a jejich směsí  9. a 16. 12. 2013 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti     Součinitel tepelné vodivosti výrazně ovlivňuje součinitel prostupu tepla, kterým se v současné době  hodnotí tepelněizolační kvalita obvodových plášťů moderních budov ( ‐ návaznost na Workshop č. 2  a č. 3.). Nejdůležitější součástí moderních domů s nízkou spotřebou energie je právě vrstva tepelné  izolace,  která  tvoří  tepelně  izolační  obálku  stavby.  Cílem  těchto  workshopů  je  měření  součinitele  tepelné  vodivosti  celulózo  –  slámového  materiálu  (ekologické  izolanty  +  jejich  různé  poměry  směsí  materiálů).  Jedná  se  o  rozvlákněnou,  impregnovanou  směs  slámy  a  celulózového  vlákna   s  konzistencí  přizpůsobenou  pro  použití  ve  všech  typech  standardních  aplikačních  strojů  pro  celulózové  izolace  (Climatizer  Plus).  Aplikace  se  provádí  foukáním  za  sucha  s  pomocí  strojního  zařízení.  Základním  přínosem  je  náhrada  50%  směsi  přírodním  ekonomicky  přínosným  materiálem.  Nespornou  výhodou  této  směsi  je  možná  aplikace  slámového  materiálu  i  mimo  sezónu  přímé  dostupnosti  tohoto  materiálu.  Výrobek  je  vhodný  pro  zateplování  vodorovných,  šikmých  i  svislých  stavebních konstrukcí při dodržení předepsaných objemových hmotností.   Studenti  si  v rámci  těchto  Workshopů  si  sami  namíchali  různé  poměry  směsi  vláknitých  izolantů  (celulóza  +  sláma),  u  kterých  následně  změřili  (na  zařízení  vybudovaného  na  VŠB  TUO,  FAST)  součinitel tepelné vodivosti těchto materiálů. 

  Studenti při měření Součinitele tepelné vodivosti vláknitých izolantů  

Směs celulóza a slámy ‐ poměř 50/50 % 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                        

Workshop č. 6  Experimentální dům – měření BlowerDoor testu  12. 12. 2013 

 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti   Šíření  vzduchu  konstrukcemi  budovy  a  celou  budovou  vůbec  má  za  následek  významné  zvýšení  celkové  tepelné  ztráty  objektu.  U  moderních  budov  pasivního  charakteru  je  proto  nutno  prokázat celkovou vzduchovou neprůvzdušnost obálky budovy, kde:  n50  n50,N  [h‐1]  n50,N   

je doporučená hodnota celkové intenzita výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa   (4,5 – 0,6 h‐1).  

Požadované hodnoty pro jednotlivé typy budov v závislosti na způsobu větrání objektu 

     Ke zjištění tohoto parametru se v praxi používá zařízení Blowdoor, blower door test,  blowtest. Jedná se o zjištění těsnosti (neprůvzdušnosti) pláště měřeného objektu. Průvzdušností se v  tomto smyslu rozumí celistvost pláště budovy.  Princip zkoušky:   

zjištění objemu vzduchu, který uniká netěsnostmi 

Průběh zkoušky:   

vzduch se vhání do objektu nebo vysává z objektu   (přetlak / podtlak uvnitř objektu), 

 

po dosažení určitého tlakového rozdílu se začíná provádět měření.  

Cíl měření:   

zjištění množství vzduchu, které je potřeba dodat, aby byl tlakový rozdíl zachován. Objem  vzduchu, který dodáme, je roven objemu vzduchu, který unikl netěsnostmi v plášti budovy.  

Netěsnosti jsou v průběhu měření detekovány několika způsoby. Nejčastěji je používán anemometr,  který  je  schopen  zaznamenat  rychlost  proudění  vzduchu  daným  kritickým  místem.  Alternativou  je  pak užití termovizní kamery, kde místa, kudy je při podtlakové zkoušce nasáván vzduch se projevují  jako chladnější. Podmínkou je zde měření v zimním období, aby byl zajištěn potřebný teplotní spád.  

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti  

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti  

      Měřením  bylo  prokázáno,  že  hodnota  neprůvzdušnosti  při  podtlakové  zkoušce  je  n50=0,64  1/h, při přetlakové zkoušce pak bylo dosaženo hodnoty n50=0,84 1/h. Průměrná hodnota, která je pak  porovnávána  s normovým  požadavkem  je  zde  tedy  n50=0,74  1/h.  Z tohoto  výsledku  je  zřejmé,  že  normou požadovaná hodnota (0,6) je  překročena a  detekované  netěsnosti  musí být dále  utěsněny.  Průběh měření a detekce netěsností viz. přiložená fotodokumentace.          

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                        

Workshop č. 8  Termovizní detekce netěsností obvodového pláště  19. 12. 2013 

 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti     Účelem  workshopu  bylo  demonstrativní  měření  termovizní  kamerou,  kde  si  každý  ze  studentů  mohl  vyzkoušet  vlastní  nastavení  přístroje  a  následné  snímkování  fasády  a  konstrukčních  detailů. Měření bylo prováděno v experimentálním výzkumném centru na půdě Fakulty stavební, VŠB  – TU Ostrava.   Infračervená termografie   Je  vědní  obor,  který  se  zabývá  analýzou  rozložení  teplotního  pole  na  povrchu  tělesa  a  to  bezkontaktním způsobem. Úkolem termografie je analýza infračervené energie vyzařované tělesem.  Termografickým měřicím systémem lze zobrazit teplotní pole měřeného objektu, ale pouze na jeho  povrchu. Obor termografie se v širším měřítku rozvinul společně s rozšířením infračervených kamer,  pro které se obecně vžilo slovo termovizní kamera, resp. termovize.     Využití  Dále  jsou  uvedeny  příklady,  kde  může  být  tato  technologie  využita.  Z nich  je  zřejmé,  že  se  jedná o poměrně širokou škálu případů. Jsou to zejména:         

hledání úniků tepla z budov,  sledování elektrických vedení a jejich poškození,  určení poruchy vyhledáním nehomogenit teplotního pole,  neinvazivní detekci zánětů pod kůží,  měření rozložení teploty pro účely vědy a výzkumu,  automatizaci procesů,  detekci pohybu osob v zabezpečených objektech.   

Výstupem z termovizní kamery je infračervený snímek, odborně termogram, resp. termovizní  snímek.  Radiometrické  termokamery  pak  uživateli  umožní  určit  teplotu  v  jednotlivých  bodech  termogramu.  Určení  teploty  však  není  snadné,  protože  závisí  na  několika  parametrech.  Jeden  z  hlavních  parametrů  je  emisivita  tělesa.  Ideálně  černé  těleso  má  emisivitu  1,  lesklá  tělesa  mají  emisivitu velmi malou (až 0,1).  Malá emisivita tělesa většinou  znamená menší přesnost měření. Do  měřeného  zářivého  toku  tělesa  totiž  může  značným  způsobem  vstoupit  zdánlivá  odražená  teplota,  která ovlivňuje naměřený výsledek.  Termogram,  nebo  termovizní  snímek,  resp.  infračervený  snímek  je  obraz  pořízený  termokamerou.  Infračervené  záření  je  pro  lidské  oko  neviditelné  a  proto  se  termovizní  snímky  vizualizují  za  použití  okem  viditelných  palet,  které  přiřazují  barvu  různým  teplotám  (různému  množství  tepelného  toku).  Stejný  snímek  tak  lze  zobrazit  v  odlišných  barevných  paletách  a  tím  zviditelnit nebo zdůraznit jiná místa.       

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti       Příklady termovize    Měřící zařízení FAST, VŠB‐TUO   

 

 

Vstup do objektu 

        Tepelný most u předsazené konstrukce  

 

Rozložení teplot po fasádě objektu 

         Vzájemné napojení konstrukcí   

 

 

 

Komínové těleso při zátopu 

       

 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                        

Workshop č. 9  Experimentální dům – akustické vlastnosti lehkých dělících  konstrukcí  19. 2. 2013 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti   V rámci  workshopu  bylo  provedeno  měření  vzduchové  neprůzvučnosti  dělící  příčky  mezi  dvěma výukovými místnostmi školícího centra, kde tato konstrukce je speciálně navržena jak zvukově  izolační.   Posuzovaná konstrukce                       

  Postup měření stavební vzduchové neprůzvučnosti R´w byl proveden dle normy ČSN EN ISO  140  ‐  4    Akustika  ‐  Měření  zvukové  izolace  stavebních  konstrukcí  a  v  budovách  ‐  Část  4:  Měření  vzduchové  neprůzvučnosti  mezi  místnostmi  v budovách.  Požadavky  pro  polohy  mikrofonů  a  všesměrného zdroje zvuku byly dodrženy následovně: 0,7 m mezi dvěma polohami mikrofonu, 0,5 m  mezi polohou mikrofonu a obvodovými stěnami místnosti a 1,0 m mezi polohu mikrofonu a zdrojem  zvuku. Samotné měření bylo provedeno pomocí sestavy Brüel & Kjær 2260. Komponenty jsou zřejmé  z fotodokumentace.  

   

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti   Protokol o měření 

 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti                                    

Workshop č. 10  Vnitřní mikroklima obytných staveb  12. 3. 2013 

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti  

Zdravé a příznivé vnitřní mikroklima je v dnešní době velice bedlivě sledováno, zejména pak u moderních staveb pasivního charakteru, kde může být díky zamezení přirozeného proudění vzduchu výraznou komplikací zejména zvýšená koncentrace CO2. Účelem tohoto workshopu bylo sledování naměřených koncentrací tohoto plynu a stanovení vlivu rostlin na dané hodnoty. Měření probíhalo v pasivní experimentální dřevostavbě, kde Měření vlivu rostlin na koncentraci CO2 v pasivním domě bylo prováděno v experimentální pasivní dřevostavbě, která se nachází na pozemku FAST, VŠB-TU Ostrava, kde samotného měření (produkce CO2) se účastnily dvě osoby. Parametry účastníků   

Použité rostliny

výška  váha  plocha  (m)  (kg)  těla  (m2) 

Účastník 1  Účastník 2 

179  184 

85  83 

2,060  2,064 

Plochy rostlin v jednotlivých měřeních MĚŘĚNÍ č.2 

MĚŘĚNÍ č.3 

č.  průměrná  průměrná  Počet  Plocha  č. průměrná  průměrná  Počet  Plocha 

1  2  3  4  5  6  7 

šířka  (m) 

délka  (m) 

listů  (ks) 

rostliny  (m2) 

0,140  0,300  0,350  0,320  0,200  0,170  0,110 

0,040  0,045  0,020  0,010  0,100  0,080  0,060  CELKEM 

120  18  27  73  6  38  73 

0,448  0,243  0,189  0,234  0,120  0,345  0,482  2,060 

šířka  (m)  1 2 3 4 5 6 ‐ 

délka  (m) 

0,02 0,08 0,26 0,02 0,09 0,04 0,28 0,17 0,22 0,12 0,3 0,06 ‐  ‐  CELKEM 

 

listů  (ks) 

rostliny  (m2) 

127  28  47  10  7  50  ‐ 

0,203  0,146  0,169  0,476  0,185  0,900  ‐  2,079 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti  

Průběh koncentrace CO2 2500,00

ppm

2000,00 1500,00 1000,00 500,00 0:01 4:01 8:01 12:01 16:01 20:01 0:01 4:01 8:01 12:01 16:01 20:01 23:51 3:51 7:52 11:52 15:52 19:52 23:52 3:52 7:52 11:52 15:52 19:52 23:52

0,00

3.3.2014

4.3.2014 5.3.2014 Date and time

6.3.2014

Průběh relativní vlhkosti v měřící místnosti 60,0

% RH

50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0:01 3:51 7:41 11:31 15:21 19:11 23:01 2:51 6:41 10:31 14:21 18:11 22:01 1:41 5:32 9:22 13:12 17:02 20:52 0:42 4:32 8:22 12:12 16:02 19:52 23:42

0,0

3.3.2014

4.3.2014 5.3.2014 Date and time

6.3.2014

Průběh teplot v interiéru a teplotní gradient v měřené místnosti Temperature gradient

34 32 30 28 26 24 22 20 0:01 3:41 7:21 11:01 14:41 18:21 22:01 1:41 5:21 9:01 12:41 16:21 20:01 23:31 3:12 6:52 10:32 14:12 17:52 21:32 1:12 4:52 8:32 12:12 15:52 19:32 23:12

°C

Temperature in interior

3.3.2014

4.3.2014 5.3.2014 Date and time

6.3.2014

 

Workshop č. 2 – Vliv volby otvorových výplní na tepelnou ztrátu a letní   tepelnou stabilitu místnosti  

Dva muži se v místnosti vyskytovali pouze v nočních hodinách. Vždy před počátkem měření byla místnost důsledně vyvětrána ale i přes to v průběhu 8 hodin spánku byla naměřena taková koncentrace CO2, kterou je možno považovat za nebezpečnou zdraví. Po ranním odchodu přibližně v 7:30 se koncentrace CO2 dostala pod úroveň 2000 ppm, až po 14:00 při prvním měření a17:00 při druhém měření. U jednotlivých měření nebyl prokázán žádný vliv rostlin na koncentraci CO2 (Graf 1). Hodnoty koncentrace CO2 ve všech měřeních pravděpodobně vystoupaly vysoko nad 2000 ppm, ale z důvodu rozsahu čidel není přesně prokázáno, jak vysoko. V pasivních domech s teplovzdušným vytápěním obecně bývá problém s nízkou relativní vlhkostí. Z grafu 2 je patrné že pobyt dvou osob dokáže vlhkost dorovnat na hodnoty kolem 40% a společně s rostlinami se relativní vlhkost dostává až k ideálním 50%. Nejedná se však o vliv rostlin samotných, ale příznivě přispívá především jejich zálivka, která se vlivem výparného tepla odpařuje do okolního prostředí Třetí graf potvrzuje dokonalou izolaci obvodových plášťů, jelikož teplota interiéru vlivem venkovních teplot významným způsobem nekolísá. Dalšími nepříznivými jevy ve vnitřním prostředí budov jsou pak prachy, kapalné aerosoly a mikroby, které významným způsobem narušují zdravé vnitřní mikroklima budov, viz. přiložené prezentace.