JIŘÍ VAVERKA A KOLEKTIV STAVEBNÍ TEPELNÁ TECHNIKA A ENERGETIKA BUDOV

JIŘÍ VAVERKA A KOLEKTIV STAVEBNÍ TEPELNÁ TECHNIKA A ENERGETIKA BUDOV

vav2006-patitul.indd 1

24.4.2006 20:15:13

Lektorovali:


prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD. Ing. Zbislav Panovec, CSc.

24.4.2006 20:15:13

J I Ř Í VAV E R K A A KO L E K T I V

stavební tepelná technika a energetika budov

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ NAKLADATELSTVÍ VUTIUM 2006


24.4.2006 20:15:13

Kniha vychází s laskavou podporou společností IMOS a UNISTAV, partnerů VUT v Brně

© 2006 Editor Jiří Vaverka © 2006 Jiří Hirš, Miloslav Meixner, Al Hajar Nizar, Vladan Panovec, Iveta Skotnicová, Jaroslav Solař, Jiří Vaverka © 2006 Vysoké učení technické v Brně ISBN 80-214-2910-0


24.4.2006 20:15:13

OBSAH

PŘEDMLUVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 ÚVOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.

JEDNOTKY VE STAVEBNÍ TEPELNÉ TECHNICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.6.1 1.6.2

2.

Základní pojmy a veličiny užívané ve stavební tepelné technice Šíření tepla ve stavebních konstrukcích Šíření tepla vedením Šíření tepla prouděním Šíření tepla sáláním Prostup tepla konstrukcí

37 41 41 44 46 51

FORMULACE OKRAJOVÝCH PODMÍNEK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4

vav2006-kap00.indd 5

21 22 23 24 25 25 25 34

TEORETICKÝ ZÁKLAD TEPELNÝCH DĚJŮ VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH . . . . 37 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4

3.

Normalizované násobné a podílové jednotky Převod dřívějších jednotek na jednotky SI Převod jednotek užívaných v USA a Kanadě na jednotky SI Jednotky používané ve Velké Británii a jejich převod na jednotky SI Přepočet měrných tepelných ekvivalentů Specifikace veličin Značky, jednotky a veličiny Označování indexů

Podnebí a orografie České republiky Klimatické podmínky uplatňované ve stavební tepelné technice Návrhové hodnoty parametrů venkovního prostředí Relativní vlhkost venkovního vzduchu Proudění venkovního vzduchu Základní parametry slunečního záření

53 53 54 64 67 68

23.4.2006 17:31:56

6 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4

4.

4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 4.2.2 4.2.2.1 4.2.2.2 4.3 4.3.1 4.3.2

Fyziologické základy tepelných procesů v lidském organismu Mikroklimatické podmínky v interiéru budov Tepelně vlhkostní podmínky v pracovním prostředí Optimální a přípustné mikroklimatické podmínky vnitřního prostředí Dlouhodobě únosné mikroklimatické podmínky Krátkodobě únosné mikroklimatické podmínky Ukazatel WBGT Tepelná pohoda ve světle indexů PMV a PPD Předpokládaný střední stupeň tepelné pohody Předpokládané množství nespokojených osob Činitele ovlivňující kvalitu mikroklimatu Nerovnoměrnost kvality mikroklimatu Vliv sousedních nevytápěných prostorů na teplotní stav interiéru

81 86 88 90 96 97 97 98 99 104 106 106 108

TEPELNĚ TECHNICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ A VÝROBKŮ . . . .111 5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2

5.5.3 5.6


72 73 73 73 74 75

TEPLOTNÍ STAV V INTERIÉRU BUDOV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.1 4.2 4.2.1 4.2.1.1

5.

Referenční klimatický rok Návrhové hodnoty parametrů vnitřního prostředí Návrhová vnitřní teplota v zimním období Návrhová teplota vnitřního vzduchu v zimním období Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu Návrhová průměrná měsíční relativní vlhkost vnitřního vzduchu

Objemová hmotnost, hustota a pórovitost Vlhkost ve stavebních materiálech Součinitel tepelné vodivosti Atributy ovlivňující hodnotu součinitele tepelné vodivosti Měrná tepelná kapacita Návrhové hodnoty tepelných vlastností stavebních materiálů, výrobků a jejich vlastnosti z pohledu ČSN 73 0540 Normové a návrhové hodnoty tepelných a vlhkostních vlastností stavebních materiálů Normové a návrhové hodnoty tepelných a vlhkostních vlastností stavebních materiálů a výrobků pro nášlapné vrstvy podlah Normové hodnoty vlhkostních vlastností materiálů se zanedbatelnými tepelně izolačními vlastnostmi Návrhové hodnoty tepelných a vlhkostních vlastností netransparentních prvků, zdiva a jejich vlastnosti

111 112 114 114 117 117 118

136 136 139

23.4.2006 17:31:56

7 5.7 5.7.1 5.7.2 5.7.3 5.7.4 5.7.5 5.7.6

6.

145 145 152 152 153 154 156

NORMATIVNÍ POŽADAVKY A PŘEDPISY V TEPELNÉ TECHNICE . . . . . . . . . .159 6.1 6.2 6.2.1 6.3 6.3.1 6.3.2

7.

Návrhové hodnoty tepelně technických vlastností transparentních prvků, výplní otvorů a jejich částí Součinitel prostupu tepla oken a dveří Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu výplně otvoru Součinitel spárové průvzdušnosti výplní otvoru Součinitel prostupu tepla rámů výplní otvorů Součinitel prostupu tepla zasklení Sálavé vlastnosti zasklení

Vývoj normativních požadavků v České republice Normativní požadavky v České republice Kriteriální požadavky dle ČSN 73 0540-2 Normativní požadavky v zahraničí Energetické požadavky na budovy Porovnání některých normativních požadavků

159 161 162 164 165 168

VELIČINY PRO NAVRHOVÁNÍ A OVĚŘOVÁNÍ STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ ČSN 73 0540 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171

A BUDOV PODLE

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

8.

171 172 172 173 174

SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA KONSTRUKCÍ . . . . . . . . . . . . . . . . . .175 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.2.5 8.2.6 8.2.7 8.2.8


Stavební konstrukce z hlediska šíření tepla Stavební konstrukce z hlediska šíření vlhkosti Stavební konstrukce a budova z hlediska šíření vzduchu Vnitřní prostory budov z hlediska tepelné stability Stavebně energetické vlastnosti budov

Součinitel prostupu tepla, základní vztahy, požadavky Výpočtové postupy součinitele prostupu tepla a tepelného odporu Součinitel prostupu tepla stejnorodých konstrukcí Součinitel prostupu tepla konstrukce s vlivem tepelných mostů Tepelný odpor vzduchových vrstev Celkový součinitel prostupu tepla Součinitel prostupu tepla z horní a dolní meze Součinitel prostupu tepla stanovený z řešení teplotního pole Součinitel prostupu tepla konstrukce a přilehlých nevytápěných prostorů Součinitel prostupu tepla konstrukce a přilehlé zeminy

176 182 184 195 197 201 203 209 211 212

23.4.2006 17:31:57

8 8.2.9 8.2.10 8.2.11 8.2.12 8.2.13

9.

Součinitel prostupu tepla (výplní otvorů) transparentních prvků Lineární a bodový činitel prostupu tepla Průměrný součinitel prostupu tepla konstrukcí místnosti Průměrný součinitel prostupu tepla budovy Součinitel prostupu tepla zabudované konstrukce

213 221 225 226 226

NEJNIŽŠÍ VNITŘNÍ POVRCHOVÁ TEPLOTA KONSTRUKCE . . . . . . . . . . . . .229 9.1 9.1.1 9.1.2 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.3 9.4 9.4.1 9.4.2 9.5 9.6

Požadovaná hodnota nejnižší vnitřní povrchové teploty konstrukce Stanovení kritické vnitřní povrchové teploty stavební konstrukce Stanovení kritické vnitřní povrchové teploty pro výplně otvorů Teplota na povrchu a uvnitř konstrukce Vnitřní povrchová teplota konstrukce Jednorozměrné šíření tepla (1D) Dvojrozměrné šíření tepla (2D) a trojrozměrné šíření tepla (3D) Transformace výsledků pro jiné přestupy tepla Teplota ve hmotných vrstvách konstrukce Šíření tepla ve vzduchových vrstvách Teplota v nevětrané vzduchové vrstvě Teplota ve větrané vzduchové vrstvě Teplotní útlum konstrukce v letním období Fázové posunutí teplotních kmitů v letním období

229 231 234 237 237 238 241 241 242 247 248 249 252 254

10. TEPELNÉ MOSTY A TEPELNÉ VAZBY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .257 10.1 10.1.1 10.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.4 10.4.1 10.4.2 10.5 10.5.1 10.5.2


Tepelné mosty Kouty Tepelné vazby Teplota na povrchu tepelného mostu Přibližná metoda řešení tepelných mostů Teplota na povrchu koutu Metoda teplotních polí Řešení teplotních polí metodou sítí Řešení teplotních polí metodou konečných prvků Příklady řešení tepelných mostů a vazeb pomocí teplotního pole metodou konečných prvků Tepelné mosty Kouty

257 258 259 259 260 263 265 266 268 269 269 273

23.4.2006 17:31:57

9 11. POKLES DOTYKOVÉ TEPLOTY PODLAHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .277 11.1 11.2 11.3 11.4

Požadovaná hodnota poklesu dotykové teploty Pokles dotykové teploty Tepelná jímavost podlahy Příklady posouzení podlahových konstrukcí

277 278 278 282

12. ŠÍŘENÍ VLHKOSTI V KONSTRUKCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10 12.11

Částečný tlak vodní páry ve hmotných vrstvách konstrukce Částečný tlak vodní páry v nevětrané vzduchové vrstvě Částečný tlak vodní páry ve větrané vzduchové vrstvě Difuzní odpor konstrukce Výskyt a oblast kondenzace vodní páry v konstrukci Kritéria pro určení množství vodní páry uvnitř konstrukce Zjištění výskytu kondenzace v konstrukci Roční bilance zkondenzované vodní páry a vypařené vlhkosti Zkondenzované množství vodní páry na vnitřním povrchu konstrukce Vliv nátěrů na difuzi vodních par Difuze vodních par ve spárách

288 290 290 291 293 295 296 305 308 311 311

13. ŠÍŘENÍ VZDUCHU KONSTRUKCÍ A BUDOVOU . . . . . . . . . . . . . . . . . .315 13.1 13.2 13.2.1 13.2.2

Průvzdušnost Výměna vzduchu v místnostech Intenzita výměny vzduchu v neužívané místnosti Intenzita výměny vzduchu v užívané místnosti

315 318 319 320

14. TEPELNÁ STABILITA MÍSTNOSTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .323 14.1 14.1.1 14.1.2 14.1.3 14.1.4 14.2 14.2.1 14.2.2 14.2.3


Tepelná stabilita místnosti v zimním období Pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období Výpočet poklesu výsledné teploty v místnosti Teplota vnitřního vzduchu chladnoucích místností Ekvivalentní tepelná stabilita místností Tepelná stabilita místnosti v letním období Nejvyšší denní vzestup teploty a nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období Výpočet nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti Výpočet nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti

323 324 327 327 334 335 335 338 343

23.4.2006 17:31:57

10 15. ENERGETICKÝ POŽADAVEK NA BUDOVY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347 15.1 15.1.1 15.1.2 15.1.3 15.1.4 15.2 15.3

15.4 15.4.1 15.4.2 15.4.3 15.4.4 15.4.5 15.4.6 15.4.7 15.4.8 15.5

Stavebně energetické vlastnosti budovy Součinitel tepelné ztráty prostupem pláštěm budovy Součinitel tepelné ztráty prostupem nevytápěným prostorem Součinitel tepelné ztráty prostupem vedlejšími vytápěnými prostory Součinitel tepelné ztráty prostupem do přilehlé zeminy Průměrný součinitel prostupu tepla Stupeň tepelné náročnosti Zásady výpočtu spotřeby tepla a energie pro budovy podle ČSN EN ISO 13 790 Rozsah a použití normy Zásady výpočtového procesu a požadovaná data Vliv přerušovaného vytápění Tepelná ztráta při jednozónovém modelu Tepelné zisky Potřeba tepla Roční potřeba tepla na vytápění budovy Potřeba energie na vytápění Příklad výpočtu potřeby energie na vytápění

347 350 356 358 358 363 366 371 371 372 375 381 384 385 388 388 388

16. ZÁSADY TEPELNĚ TECHNICKÉHO NÁVRHU STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ A OBJEKTŮ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399 16.1 16.2 16.2.1 16.2.2 16.2.3 16. 3 16.3.1 16.3.2. 16.3.3 16.3.4 16.4 16.4.1 16.4.2 16.4.3 16.4.2 16.5 16.6


Všeobecně Obvodové stěny Tepelně technická problematika obvodových stěn a střešních plášťů Tepelně technické posouzení obvodových stěn Tepelně technické zásady pro navrhování obvodových stěn Střešní pláště Jednoplášťové ploché střechy Dvouplášťové ploché střechy Tepelně technická problematika střešních plášťů Šikmé střechy Spodní stavba Navrhování spodní stavby z hlediska stavební tepelné techniky Tepelně technické posouzení podzemních konstrukcí Řešení detailů spodní stavby z hlediska stavební tepelné techniky Spodní stavba u podsklepených objektů Podlahové konstrukce Okna

399 400 401 405 406 410 415 433 439 446 457 458 459 460 468 470 473

23.4.2006 17:31:58

11 16.7 16.7.1 16.7.2 16.7.3 16.7.4 16.7.5 16.7.6 16.7.7 16.7.8 16.7.9 16.7.10 16.6.11 16.7.12 16.7.13

Zásady navrhování vybraných typů objektů z hlediska stavební tepelné techniky Archivy, depozitáře a výstavní budovy Budovy v horských podmínkách Chladírny a mrazírny Masivní historické budovy Plavecké bazény Sakrální budovy Sauny Sportovní haly Vodohospodářské budovy Výrobní průmyslové budovy Výrobní zemědělské budovy Zimní stadiony Zimní zahrady

481 481 482 484 486 488 489 490 491 491 492 492 493 494

17. BUDOVY S NÍZKOU ENERGETICKOU NÁROČNOSTÍ . . . . . . . . . . . . . . . .497 17.1 17.2 17.3 17.3.1 17.3.2 17.3.3. 17.4 17.4.1 17.4.2 17.4.3 17.4.4 17.5 17.5.1 17.5.2 17.5.3 17.5.4 17.5.5 17.5.6 17.6 17.7 17.7.1 17.7.2 17.8.


Historie nízkoenergetické výstavby Definování budov s nízkou energetickou náročností Navrhování budov s nízkou energetickou náročností Požadavky Zásady návrhu Příklad prokázání splnění požadavku na měrnou tepelnou ztrátu pasivní budovy Stavebně koncepční řešení Volba pozemku a vliv místních klimatických podmínek Tvarové řešení a velikost domu Dispoziční řešení, umístění místností a zónování Umístění a velikost prosklených ploch Stavebně konstrukční řešení Obvodové stěny Střechy Stropy a podlahy Tepelné izolace Okna Dveře Negativní vliv vysoké tepelné ochrany budov na tepelnou pohodu v letních měsících Sluneční energie v architektuře Pasivní solární systémy Aktivní solární systémy Výpočet tepelných ztrát a solárních zisků pasivními prvky obvodového pláště dle ČSN EN 832 a ČSN EN 13 790

497 498 499 499 501 501 503 503 505 506 507 508 508 517 521 523 525 535 537 538 540 548 552

23.4.2006 17:31:58

12 17.8.1 17.8.2 17.8.3 17.8.4. 17.9 17.9.1 17.9.2 17.10 17.10.1 17.10.2 17.10.3 17.10.4 17.11

Přídavná tepelná ztráta a solární zisk větranou solární stěnou (Trombeho stěna) Solární tepelné zisky nevytápěnou zimní zahradou Solární tepelné zisky neprůsvitnými prvky s transparentní izolací Stanovení energetické bilance zasklení Akumulace tepelných zisků Akumulace tepla do stavebních konstrukcí Akumulace tepla do samostatných akumulačních zásobníků (akumulátorů) Soustavy technických zařízení budov Větrání Vytápění Ohřev teplé vody Chlazení Příklady realizovaných domů s nízkou energetickou náročností

552 557 561 562 563 564 565 568 568 569 573 574 575

18. ZKUŠEBNÍ METODY VE STAVEBNÍ TECHNICE . . . . . . . . . . . . . . . . . .589 18.1 18.1.1 18.1.2 18.1.3 18.2 18.2.1 18.2.2 18.2.3 18.2.4

Fyzikální vlastnosti stavebních látek Struktura materiálu Teplo a teplota Tepelná vodivost, teplotní vodivost a měrné teplo Měření tepelně technických vlastností stavebních materiálů Metoda chráněné teplé desky Metoda měření tepelného toku Metoda měření tepelné izolace na kruhovém potrubí Kontaktní dynamické metody na měření termo-fyzikálních parametrů 18.2.5 Metoda topného drátu 18.2.6 Metoda jehlové sondy 18.2.7 Metoda plošné sondy 18.2.8 Faktory ovlivňující dynamické metody měření 18.3 Stanovení součinitele prostupu tepla otvorových výplní 18.3.1 Okna a dveře – Celkové plochy 18.3.1.1 Tepelné chování oken a dveří ČSN EN ISO 12567-1, část 1: Celková konstrukce oken a dveří Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně 18.3.2 Rámy oken a dveří 18.3.2.1 Tepelné chování oken, dveří a okenic ČSN EN 12412, část 2: Rámy 18.3.3 Střešní okna Tepelné chování oken a dveří EN ISO 12567-2:2005, část 2: Střešní okna a ostatní projektovaná okna Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně


590 590 590 591 592 593 594 595 597 598 599 600 601 602 602

602 604 604

606

23.4.2006 17:31:58

13 18.3.4 Roletové skříně 18.3.4.1 Tepelné chování oken, dveří a okenic ČSN EN 12412-4, část 2: Roletové skříně Stanovení součinitele prostupu tepla metodou teplé skříně 18.3.5 Lehké obvodové pláště 18.4 Stanovení průvzdušnosti otvorových výplní 18.5 Stanovení tepelných hodnot izolačních skel, stavebních materiálů a konstrukcí metodou chráněné teplé desky 18.5.1 Izolační skla 18.5.1.2 Sklo ve stavebnictvíČSN EN 674: Metoda chráněné teplé desky Stanovení součinitele prostupu tepla 18.6 Stanovení tepelných vlastností obvodových konstrukcí 18.6.2 Tepelná izolace ČSN EN ISO 8990: Stanovení součinitele prostupu tepla a tepelného odporu obvodových konstrukcí Stanovení vlastností prostupu tepla v ustáleném stavu – Kalibrovaná a chráněná teplá skříň 18.7 Stanovení difúzní vodivosti stavebních materiálů 18.7.1 Tepelně vlhkostní chování stavebních materiálů a výrobků ČSN EN ISO 12572: Stanovení prostupu vodní páry

608

608 610 611 615 615

615 617

618 621 621

19. LITERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .627 20. REJSTŘÍK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .639


23.4.2006 17:31:59

Poděkování Tato publikace, která se zabývá navrhováním a hodnocením stavebních konstrukcí a budov z hlediska stavební tepelné techniky, tematicky navazuje na knihu vydanou nakladatelstvím VUTIUM v roce 2000 „Stavební fyzika 2 – Stavební tepelná technika“. Její vydání a zejména tématické rozšíření o kapitolu „Budovy s nízkou energetickou náročností“ bylo iniciováno výraznou změnou legislativy a to jak normativní, která je limitně kompatibilní s Evropskými normami EN, tak i novými zákony a vyhláškami majícími účinnost od roku 2005. Spolu s prvním a třetím dílem, který vydalo nakladatelství VUTIUM resp. ERA, jež se zabývají problematikou akustiky staveb a denním osvětlením případně insolací jejich interiérů, dotváří komplex posuzování objektů a prostorů z pohledu stavební fyziky. Vedle autorského kolektivu přispěla k tvorbě knihy i řada dalších odborníků, kteří významnou měrou obohatili její obsahovou stránku. Je naší milou povinností všem těmto kolegům poděkovat. Za odborné připomínky k rukopisu a ke korekturám děkujeme lektorům Prof. Ing. Ivanu Chmúrnému, PhD., ze Stavební fakulty Technické univerzity Bratislava a Ing. Zbislavu Panovcovi, CSc., z CSI Zlín. Jejich odborná kritika a doporučení velice přispěly ke kvalitě díla. Významnou měrou se na díle podepsal i Ing. Jan Búřil, který v průběhu zpracování díla aktivně konzultoval s autorským kolektivem textovou a obrazovou grafiku a následně zpracoval sazbu celé knihy. Za ochotu a pochopení děkujeme všem firmám, které se podílely na pokrytí nákladů spojených s vydáním publikace. Jejich stránky jsou zařazeny v příloze knihy a představení jejich výrobků obsahuje CD, které je přílohou publikace. Poděkování patří Fakultě architektury a Fakultě stavební VUT v Brně, rovněž i Fakultě stavební TU Ostrava, že se finančně spolupodílely na vydání této publikace a zejména umožnily jejím pracovníkům Prof. Ing. Jiřímu Vaverkovi DrSc., Doc. Ing. Miloslavu Meixnerovi CSc., Doc. Ing. Jiřímu Hiršovi CSc., Ing. Ivetě Skotnicové Ph.D. a Doc. Ing. Jaroslavu Solařovi Ph.D. účast v autorském týmu při tvorbě této odborné knihy. V neposlední řadě patří dík také nakladatelství Vysokého učení technického v Brně –VUTIUM. Za redakční práci potom její ředitelce PhDr. Aleně Mizerové, která koordinovala činnosti spojené s vydáním knihy. Prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., vedoucí autorského kolektivu


23.4.2006 17:31:59

PŘEDMLUVA

Vydáním odborných publikací Stavební fyzika 1 – Urbanistická, stavební a prostorová akustika v roce 1998 a Stavební fyzika 2 – Stavební tepelná technika v roce 2000 (obě v nakladatelství VUT v Brně VUTIUM), respektive knihou Denní osvětlení a oslunění budov v roce 2002 (nakladatelství ERA, s.r.o.), jsme komplexně zmapovali problematiku oboru stavební fyziky, jak odpovídala soudobému stavu. Pokryli jsme oblast předpisových a normativních požadavků, aplikačního měření prověřovaných předepsaných parametrů konstrukčních prvků, prostorů a objektů i oblast materiálové a konstrukční úrovně při řešení horizontálních a vertikálních dělících konstrukcí. Vzhledem k tomu, že problematika stavební tepelné techniky v posledních dvou letech prochází významnými metodickými, kvalitativními, ale i kvantitativními změnami, vyvstala potřeba publikaci Stavební fyzika 2 – Stavební tepelná technika inovovat ve smyslu nově vydaných norem. Změna se týká respektování aplikace nových technologií a zejména poznatků, které významně spolupůsobí při minimalizaci potřeby energie na vytápění při současné environmentální optimalizaci. Stavební fyzika 2 – Stavební tepelná technika z roku 2000 plnila i funkci pomůcky pro projektanty, investory a uživatele při návrhu a operativním posuzování prvků, prostorů i objektů z hlediska tepelné techniky. Řada uživatelů i vysokoškolských pedagogů nás iniciovala, abychom tuto knihu přepracovali k úrovni roku 2006 s respektováním harmonizace jak norem, tak i předpisů a současně ji doplnili o samostatnou kapitolu zabývající se velice frekventovanou problematikou, a sice zásadami navrhování objektů s nízkou potřebou energie (nízkoenergetických, pasivních, respektive nulových domů). Vzhledem k uvedenému programu publikace a zejména z důvodu současných možností byl nově sestaven i autorský kolektiv, jehož odborná erudice pokrývá celou řešenou problematiku. Jednotlivé kapitoly zpracovali: Úvod kap. 1 kap. 2 kap. 3 kap. 4 kap. 5 kap. 6 kap. 7


prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc. doc. Ing. Miloslav Meixner, CSc. doc. Ing. Jiří Hirš, CSc. doc. Ing. Jiří Hirš, CSc. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., doc. Ing. Jiří Hirš, CSc. doc. Ing. Miloslav Meixner, CSc.

23.4.2006 17:31:59

16 kap. 8 kap. 9 kap. 10 kap. 11 kap. 12 kap. 13 kap. 14 kap. 15 kap. 16 kap. 17 kap. 18

prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D. Ing. Iveta Skotnicová, PhD. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D. doc. Ing. Jiří Hirš, CSc. doc. Ing. Jaroslav Solař, Ph.D., prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc. Ing. Vladan Panovec, doc. Ing. Jiří Hirš, CSc. Ing. Al Hajar Nizar, doc. Ing. Mikuláš Bobík, Ph.D.

Úvodní kapitoly, rejstřík a koordinaci včetně CD, které je přílohou publikace zpracoval ve spolupráci s Ing. Ivetou Skotnicovou, Ph.D. prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc.

prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc., vedoucí autorského kolektivu


23.4.2006 17:31:59

ÚVOD

Jedním z oborů, které výrazně ovlivňují návrh základních prvků objektů pozemního stavitelství bytového, občanského, průmyslového, příp. i zemědělského charakteru, jež jsou převážně součástí sídelního útvaru, je stavební fyzika. Zmíníme se nejprve o jejím vzniku, současnosti a vývoji. Přestože stavební fyzika v minulosti jako samostatný obor neexistovala, u většiny staveb, ať již užitkového, historického nebo kulturního charakteru, byla využívána jak při architektonicko-hmotovém členění, tak v dispozičním řešení. Dominující byly disciplíny prostorové a stavební akustiky. V oblasti tepelné a světelné pohody se objekty parametricky řešily podle požadavků doby, ve které byly realizovány. Vědní obor stavební fyzika lze rozdělit do následujících základních disciplín: • tepelná technika, • akustika, • osvětlení a insolace. Schéma členění oboru stavební fyzika STAVEBNÍ FYZIKA

TEPELNÁ TECHNIKA

AKUSTIKA

OSVĚTLENÍ

OSLUNĚNÍ

Všechny čtyři disciplíny tvoří vzájemný komplex, který významně ovlivňuje nejen energetickou náročnost objektu, ale zejména jeho interiérovou pohodu při bydlení i v pracovním procesu. Optimální řešení prostoru vyžaduje znalost základních parametrů všech výše uvedených disciplín, ale především citlivý přístup při konstrukčním řešení stavby, aby nedošlo ke zdůraznění jedné disciplíny na úkor druhé. Jak již z názvu vyplývá, obor stavební fyziky je kombinací zákonů fyziky a aplikačního oboru stavebních konstrukcí pozemního stavitelství, přičemž se respektují i doplňkové předměty z oboru technického zařízení budov, statiky atd. Stavební fyzika se zabývá disciplínami tepelné techniky, akustiky, osvětlení a insolace. Publikace Stavební fyzika 1 – Akustika urbanistická, stavební a prostorová, vydaná v roce


23.4.2006 17:31:59


PRŮMĚRNÝ SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA Uem

TEPELNÁ STABILITA MÍSTNOSTÍ

ŠÍŘENÍ VLHKOSTI KONSTRUKCÍ Mc,a , Mev,a

POKLES DOTYKOVÉ TEPLOTY PODLAHY %R

ŠÍŘENÍ VZDUCHU KONSTRUKCÍ A BUDOVOU (iLV, n)

LINEÁRNÍ A BODOVÝ ČINITEL PROSTUPU TEPLA Zk Dj

POVRCHOVÁ TEPLOTA Rsi

SOUČINITEL PROSTUPU TEPLA U

TEPELNÁ TECHNIKA

LETNÍ %Rai,max R ai,max

ZIMNÍ %Rv (t)

STATISTICKÁ

VLNOVÁ

GEOMETRICKÁ

PROSTOROVÁ

URBANISTICKÁ

AKUSTIKA

STAVEBNÍ FYZIKA

STAVEBNÍ

SDRUŽENÉ

UMĚLÉ

DENNÍ

OSVĚTLENÍ

OSLUNĚNÍ

18 Úvod

23.4.2006 17:32:00

Úvod

19

1998, problematiku akustiky komplexně zpracovala a v současné době se nepředpokládá její inovace. Náplň ostatních disciplin je možné charakterizovat následovně: Tepelná technika patří do souboru disciplín, které nazýváme technicko-fyzikální navrhování konstrukcí budov. To znamená, že navržené obvodové i vnitřní, horizontální i vertikální konstrukce musí zabezpečit tepelnou pohodu vnitřního prostředí se zřetelem k vnějším klimatickým podmínkám a současně respektovat požadované teplotní a vlhkostní parametry. Osvětlení a insolace jsou disciplíny, které významně ovlivňují interiérovou pohodu a mají přímou vazbu na energetickou náročnost objektu. Le Courbusier považoval světlo za jeden ze základních stavebních parametrů a na počátku třicátých let formuloval jeho význam takto: „Historie architektury je staletí starý boj o světlo – boj o okno.” Z velkého schematu je patrný obsah jednotlivých disciplín oboru stavební fyzika, jež se významně podílejí na hmotovém řešení objektu a zejména na komplexním zabezpečení interiérového komfortu. Disciplína stavební tepelná technika je ve schématu členěna na jednotlivé kriteriální požadavky v současné úrovni normativní a předpisové legislativy. V současné době, která přináší ekologické i další problémy, je tento obor ve vyspělých zemích považován za významný nejen ve fázi návrhu nových objektů, ale i při rekonstrukcích novodobých a také historických objektů. Je samozřejmé, že se dnes při aplikaci stavební fyziky používá výpočetní technika jak při výpočtech, tak i v grafickém znázornění návrhu. Při navrhování budov a jejich částí je třeba dbát optimálního naplnění řady požadavků, které přispívají jak k tvorbě kvalitního prostředí v interiérech budov, tak k zajištění nízké provozní energetické náročnosti a přijatelné zátěže životního prostředí v lokálním, regionálním a globálním měřítku, a to po celý životní cyklus budovy. Při analýze požadavků udržitelného rozvoje nutně konstatujeme enormní podíl budov (jako celku) na zatížení životního prostředí. Energie potřebná na jejich provoz tvoří ve vyspělých zemích 30–40 % celkové spotřeby energie – s odpovídající produkcí škodlivin, včetně podílu na skleníkovém efektu a poškozování ozónové vrstvy. Předložená publikace se zabývá základními problémy oboru stavební fyziky, zaměřuje se na disciplínu stavební tepelné techniky. Sehrává aktuální roli nejen při architektonickohmotovém návrhu objektů, ale zejména při návrhu dispozičního řešení objektů s ohledem na zajištění a případné zkvalitnění užitkových parametrů stavby. Obsahuje přímou vazbu na zabezpečení hygienických požadavků interiéru i exteriéru a současně zohledňuje optimální ekologicko-ekonomické dimenze navrhovaného nebo posuzovaného prostoru. To byly vstupní předpoklady při zpracování publikace; tato práce si předsevzala za další cíl sloužit nejen jako učební pomůcka při studiu stavební fyziky na vysokých školách, ale i jako pomůcka projektová, respektive realizační. Svým obsahem, zejména exaktními vztahy a nomogramovými pomůckami uplatněnými na konkrétních příkladech, dále přehledy aktuálně vyráběných materiálů i nových konstrukčních řešení horizontálních a vertikálních prvků, předkládá uživateli postup výpočtu při návrhu a posouzení konstrukčního prvku, prostoru a objektu z hlediska tepelné techniky. Nová samostatná kapitola zabývající se budovami s nízkou energetickou náročností rozšiřuje knihu o současně progresivní a velmi aktuální problematiku týkající se metodiky a navrhování těchto objektů, především ve vztahu k energetické minimalizaci nákladů na provoz při současném respektování interiérové pohody a akceptace vnějších klimatických podmínek. Cílem autorů je tedy nejen seznámit uživatele se základními výpočtovými a normovými materiálovými podklady, ale i předložit


23.4.2006 17:32:00

20

Úvod

vhodné metodické, grafické a aplikační principy pro operativní použití jak v návrhové, tak i posuzovací etapě řešení předloženého problému. Při zpracování byly respektovány všechny nové evropské a novelizované tuzemské normy, nová konstrukčně-technická řešení i materiály.


23.4.2006 17:32:00

JIŘÍ VAVERKA A KOLEKTIV STAVEBNÍ TEPELNÁ TECHNIKA A ENERGETIKA BUDOV

Recommend Documents