1. Stavebn energetické vlastnosti budov Energetické chování budov v zimním období se v současné době hodnotí buď s pomocí průměrného součinitele prostupu tepla nebo s pomocí měrné potřeby tepla na vytápění.
1.1. Požadavky ů
1.1.1. Pr m rný sou initel prostupu tepla ě
č
ů
Požadavky na pr m rný sou initel prostupu tepla jsou uvedeny v ČSN 730540-2 v čl. 9.3. Vyjadřují vliv samotného stavebního řešení na úsporu energie na vytápění – nezohledňují tedy žádné nejisté faktory, jako je chování uživatelů či vliv klimatických podmínek. Hodnocená budova (nebo její ucelená část) musí mít podle citovaného článku průměrný součinitel prostupu tepla takový, aby splňoval podmínku U em ≤ U em, N , [W/(m2.K)] (1) ě
č
kde Uem je průměrný součinitel prostupu tepla budovy ve W/(m2.K). Požadovaná maximální hodnota průměrného součinitele prostupu tepla budovy Uem,N se stanovuje v závislosti na typu objektu a na převažující vnitřní návrhové teplotě: •
pro všechny obytné budovy ze vztahu
U em, N = 0,30 +
0,15 , A /V
[W/(m2.K)]
(2)
kde A je celková plocha konstrukcí ohraničujících vytápěný objem budovy v m2 a V je vytápěný objem budovy v m3. Obě veličiny se stanovují z vnějších rozměrů. •
pro nebytové budovy s běžně prosklenou fasádou (do 50% plochy obalových konstrukcí v nadzemní části) a převažující vnitřní návrhovou teplotou od 18 do 24 °C včetně ze vztahu (2)
•
pro nebytové budovy se značně prosklenou fasádou (nad 50% plochy obalových konstrukcí v nadzemní části) a převažující vnitřní návrhovou teplotou od 18 do 24 °C včetně ze vztahu
U em, N = 0,35 + •
0,20 . A /V
[W/(m2.K)]
(3)
pro ostatní budovy ze vztahu
U em, N = U em, N , 20 θ
700 , θ im (θ im − θ e )
[W/(m2.K)]
(4)
kde Uem,N,20 je průměrný součinitel prostupu tepla ve W/(m2.K) stanovený ze vztahu (2) nebo (3), im je převažující vnitřní návrhová teplota ve °C a e je návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období ve °C. θ
Doporu ené hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla budovy se stanoví obdobným způsobem. Pro obytné budovy a pro nebytové budovy s běžně prosklenou fasádou a převažující vnitřní návrhovou teplotu od 18 do 24 °C se používá vztah č
U em, N = 0,25 +
0,10 , A /V
[W/(m2.K)]
(5)
zatímco pro značně prosklené nebytové budovy s převažující vnitřní návrhovou teplotu od 18 do 24 °C se použije vztah (2). Má-li nebytová budova převažující vnitřní návrhovou teplotu nižší než 18 °C nebo vyšší než 24 °C, použije se stanovení doporučené hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla vztah (4). Průměrný součinitel prostupu tepla stanovený ze vztahů (2) až (5) se vždy zaokrouhluje na setiny. Faktor tvaru budovy A/V se přitom uvažuje v maximálním rozmezí od 0,2 do 1,0 m2/m3 (překročí-li vypočtený podíl A/V uvedené mezní hodnoty, ztotožní se s nimi).
Norma ČSN 730540-2 připouští rovněž alternativní hodnocení stavebně energetických vlastností budov. Pro budovy s plochou výplní otvorů do 15% z celkové podlahové plochy lze totiž splnit normové požadavky i podstatně jednodušším způsobem než vyčíslením průměrného součinitele prostupu tepla. Pro takto málo prosklené objekty je možné vyhodnotit pouze součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na hranici vytápěné části budovy. Pokud žádná z těchto konstrukcí nebude mít součinitel prostupu tepla vyšší, než je doporučená hodnota podle ČSN 730540-2 (viz kap. Chyba! Nenalezen zdroj odkaz .), budou automaticky splněny i požadavky ČSN 730540-2 na budovu jako na celek. ů
A závěrem ještě několik důležitých poznámek. Hodnocení průměrného součinitele prostupu tepla se požaduje i při změnách a opravách dokončených budov, pokud se v rámci rekonstrukce mění více než 25% obvodového pláště. Samozřejmě se toto hodnocení požaduje i v rámci zpracování energetických auditů nebo energetických certifikátů budov. Není-li splnění požadavku na průměrný součinitel prostupu tepla technicky možné nebo ekonomicky vhodné, lze to prokázat energetickým auditem. Norma pak připouští nesplnění požadavků, přičemž ale nesmí docházet k poruchám a vadám. 1.1.2. M rná pot eba tepla na vytáp ní ě
ě
ř
Požadavky na měrnou potřebu tepla na vytápění jsou uvedeny ve vyhlášce č. 291/2001 Sb. Zohledňují nejen vliv stavebního řešení objektu, ale i vliv chování uživatelů, provozu v objektu a vnějších klimatických faktorů. Vyhláška č. 291/2001 Sb. je závazná pro všechny stavby a změny staveb, které jsou financované z veřejných prostředků, a pro všechny soukromně financované stavby a změny staveb s roční spotřebou energie vyšší než 700 GJ. M rná pot eba tepla na vytápění budovy musí podle uvedené vyhlášky splňovat podmínku ě
ev ≤ ev , N = 20,64 + 26,03 ⋅
A , V
ř
[kWh/(m3.a)]
(6)
kde A je celková plocha konstrukcí ohraničujících vytápěný objem budovy v m2 a V je vytápěný objem budovy v m3. Obě veličiny se stanovují z vnějších rozměrů. Hodnotí se vždy buď celá budova nebo její ucelená část. Požadavek (6) se nevztahuje na otevřené budovy, nafukovací haly, mobilní buňky, skleníky, chladírny a mrazírny. U budov s vnitřními trvalými technologickými zisky nad 25 W/m3 se požadavek (6) uplatňuje jen tehdy, pokud je navrhované řešení ke snížení spotřeby tepla ekonomicky efektivní. Pro budovy památkově chráněné a budovy uvnitř památkových rezervací platí požadavek (6) přiměřeně k možnostem – vždy však tak, aby nedocházelo k poruchám a vadám.
1.2. Postup výpo tu č
ů
1.2.1. Pr m rný sou initel prostupu tepla ě
č
Průměrný součinitel prostupu tepla budovy nebo její ucelené části se stanoví podle ČSN 730540-4 ze vztahu
U em =
HT , A
[W/(m2.K)]
(7)
kde A je celková plocha konstrukcí ohraničujících vytápěný objem budovy nebo její části v m2 a HT je měrná tepelná ztráta prostupem tepla budovy nebo její části ve W/K. Měrnou tepelnou ztrátu prostupem tepla HT lze stanovit v různé úrovni přesnosti např. podle ČSN EN 12831, ČSN EN ISO 13789 nebo podle ČSN 730540-4. Pro základní výpočty se používá zjednodušený vztah H T = Ai ⋅ U i ⋅ bi + A ⋅ ∆U tbm , [W/K] (8)
∑
zatímco pro přesnější analýzy je vhodnější vztah
H T = ∑ Ai ⋅ U i ⋅ bi + ∑ li ⋅ψ i ⋅ bi + ∑ χ i ⋅ bi ,
[W/K]
(9)
kde Ai je plocha i-té konstrukce ohraničující vytápěný prostor v m2, Ui je součinitel prostupu tepla i-té konstrukce ve W/(m2.K), li je délka i-té tepelné vazby na hranici budovy v m, i je lineární činitel prostupu tepla i-té tepelné vazby na hranici budovy ve W/(m.K), i je bodový činitel prostupu tepla ψ
χ
i-té tepelné vazby ve W/K (obvykle se zanedbává), bi je činitel teplotní redukce pro i-tou konstrukci nebo tepelnou vazbu stanovený podle vztahů (11) až (13), A je celková plocha konstrukcí ohraničujících vytápěný objem budovy nebo její části v m2 a Utbm je průměrný vliv tepelných vazeb na hranici budovy či její části ve W/(m2.K). Hodnota Utbm se obvykle odhaduje na základě kvality navržených detailů. Standardně se uvažuje Utbm = 0,1 W/(m2.K). Pro objekty s důsledně optimalizovanými tepelnými mosty se může podle ČSN 730540-4 hodnota Utbm snížit až na 0,02 W/(m2.K), zatímco naopak pro budovy se zanedbaným řešením tepelných mostů může snadno překročit i hranici 0,2 W/(m2.K). Jsou-li známy parametry tepelných vazeb, lze průměrný vliv tepelných vazeb Utbm stanovit i přesněji ze vztahu
∆U tbm =
∑ l ⋅ψ i
i
⋅ bi + ∑ χ i ⋅ bi A
[W/(m2.K)]
.
(10)
Činitel teplotní redukce b se stanoví buď orientačně z tabulkových hodnot v ČSN 730540-3 nebo ve vyhlášce č. 291/2001 Sb. (Tab. 1), nebo přesněji v závislosti na typu konstrukce a na působících okrajových podmínkách. Používají se vztahy: •
pro konstrukce ve styku s vnějším vzduchem
b=
θi − θe θ im − θ e
[-]
(11)
kde i je návrhová vnitřní teplota působící na danou konstrukci ve °C, e je návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období ve °C a im je převažující návrhová vnitřní teplota ve °C. Pro nejběžnější případ, kdy i = im, vychází b = 1,0. θ
θ
θ
θ
•
θ
pro konstrukce ve styku s nevytápěným prostorem
b=
θi − θu θ − θe H ue ⋅ nebo přesněji b = i θ im − θ e θ im − θ e H iu − H ue
[-]
(12)
kde u je návrhová vnitřní teplota v přilehlém nevytápěném prostoru ve °C (orientační hodnoty uvádí ČSN 730540-3), Hue je celková měrná tepelná ztráta (prostupem i větráním) z nevytápěného prostoru do exteriéru ve W/K a Hiu je celková měrná tepelná ztráta z interiéru do nevytápěného prostoru ve W/K. Hodnoty Hue a Hiu lze stanovit podle ČSN EN ISO 13789. θ
•
pro konstrukce ve styku se zeminou
b=
θi − θ g θ −θe Ls ⋅ nebo přesněji b = i θ im − θ e θ im − θ e ∑ Ai ⋅ U i
[-]
(13)
kde g je návrhová teplota v přilehlé zemině ve °C (orientační hodnoty uvádí ČSN 730540-3), Ls je tepelná propustnost konstrukcemi v kontaktu se zeminou ve W/K stanovená podle ČSN EN ISO 13370, Ai je plocha i-té konstrukce přilehlé k zemině v m2 a Ui je její součinitel prostupu ve W/(m2.K) stanovený bez vlivu zeminy. θ
•
pro výplně otvorů se všechny činitele teplotní redukce stanovené ze vztahů (11) až (13) zvyšují o 15% - podobné zvýšení je v ČSN 730540-4 doporučeno i pro lehké neprůsvitné obalové konstrukce s malou tepelnou setrvačností.
Postup výpočtu měrné tepelné ztráty prostupem HT podle vztahu (9) odpovídá v principu postupu podle ČSN EN ISO 13789. Jediným rozdílem jsou činitele teplotní redukce, které ČSN EN ISO 13789 nepoužívá. Pro nejběžnější případ s i = im je zde popsaná podrobnější metodika ČSN 730540-4 zcela shodná s metodikou ČSN EN ISO 13789. θ
θ
Zbývá ještě uvést vztah pro odvozenou veličinu – stupe tepelné náro nosti budovy. Tato veličina vyjadřuje kvalitu obalových konstrukcí budovy s pomocí poměru mezi průměrným součinitelem prostupu tepla a jeho požadovanou hodnotou: ň
STN = 100⋅
U em . U em, N
[%]
č
(14)
Budovy splňující normové požadavky na energetickou náročnost vykazují hodnotu STN nižší než 100%. Stupeň tepelné náročnosti se používá při vytvoření energetického štítku budovy. 1.2.2. M rná pot eba tepla na vytáp ní ě
ě
ř
Výpočet měrné potřeby tepla na vytápění ev se zásadně provádí pro smluvní okrajové podmínky, které nemusí odpovídat skutečnému provozu a umístění objektu. Tím se tento výpočet výrazně liší od výpočtů energetických bilancí např. pro účely energetických auditů, kdy se naopak ve výpočtu co nejpřesněji zohledňuje poloha objektu, způsob jeho větrání, velikost tepelných zisků apod. Na tyto rozdíly je třeba dát pozor. Podmínky, které je třeba uvažovat při hodnocení objektu podle vyhlášky č. 291/2001 Sb., jsou následující: • hodnotí se jen potřeba tepla na vytápění, nehodnotí se potřeba energie na větrání a chlazení • průměrná venkovní teplota je 3,8 °C během otopného období v délce 242 dní • větrání je nepřetržité s násobností výměny vzduchu 0,5 h-1 (bez zpětného získávání tepla) • ve všech výpočtech ploch a objemů se uvažují vnější rozměry objektu • objem vzduchu v objektu se uvažuje jako 80% z jeho celkového vytápěného objemu • tepelné zisky z vnitřních zdrojů se uvažují standardně ve výši Evz = Qi = 6 ⋅ V . [kWh/a] (15) 3 kde V je vytápěný objem budovy v m . 1.2.2.1. Výpo et podle vyhlášky . 291/2001 Sb. č
č
Postup jednoduchého výpočtu měrné potřeby tepla na vytápění podle §4 až §8 vyhlášky č. 291/2001 Sb. je pouze přibližný – především při výpočtu zisků je podstatně méně propracovaný než postup ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790, který bude komentován v kapitole 1.2.2.2. M rná pot eba tepla na vytápění se stanoví ze vztahu ě
ř
ev = Er V ,
[kWh/(m3.a)]
(16)
3
kde V je vytápěný objem budovy v m a Er je výsledná potřeba energie na vytápění ze vztahu
(
)
Er = Evp + Evv − 0,9 ⋅ Evz + Ezs ,
[kWh/a]
(17)
kde Evz jsou vnitřní tepelné zisky podle vztahu (15) a Ezs jsou solární zisky podle vztahu
E zs = 3 ⋅ V .
[kWh/a]
(18)
Potřeba tepla k pokrytí tepelné ztráty větráním Evv se stanoví ze vztahu
Evv = 0,81⋅ (θ im − 3,8) ⋅ V ,
[kWh/a]
(19)
kde θim je převažující návrhová vnitřní teplota ve °C (viz kapitola Okrajové podmínky). Zbývá potřeba tepla k pokrytí tepelné ztráty prostupem Evp, která se stanoví jako
Evp = 5,81 ⋅ (θ im − 3,8) ⋅ (∑ Ai ⋅ U i ⋅ bi + 0,1 ⋅ ∑ Ai ) ,
[kWh/a] 2
(20)
kde Ai je plocha i-té konstrukce ohraničující vytápěný prostor v m , Ui je součinitel prostupu tepla i-té konstrukce ve W/(m2.K) a bi je činitel teplotní redukce pro i-tou konstrukci podle Tab. 1. Součinitelé prostupu tepla konstrukcí ve styku se zeminou a s nevytápěnými prostory se ve vztahu (20) uvažují zásadně bez vlivu zeminy a nevytápěných prostor.
Tab. 1: Činitele teplotní redukce b podle vyhlášky č. 291/2001 Sb. Konstrukce Typ Neprůsvitná konstrukce ve styku s vnějším vzduchem (stěna, střecha) Výplně otvorů (okna, dveře)1 půda s netěsnou krytinou Podlaha pod půdou půda s těsnou krytinou sousedící převážně s vytápěnými místnostmi (chodby) Konstrukce v kontaktu sousedící z části s venkovním prostředím,bez vnějších dveří s nevytápěnou místností: dtto, ale s vnějšími dveřmi (také vnitřní schodiště) zcela pod terénem Konstrukce v kontaktu se částečně nad terénem - nevětraným sklepem: částečně nad terénem - větraným podlaha na zemině a stěna v hloubce přes 3 m pod terénem Konstrukce přilehlá svislá stěna do hloubky 1 m pod terénem k zemině: svislá stěna v hloubce 1 až 2 m pod terénem svislá stěna v hloubce 2 až 3 m pod terénem
Č
b [-] 1,00 1,15 0,83 0,74 0,14 0,40 0,57 0,43 0,49 0,57 0,40 0,66 0,57 0,49
Č
1.2.2.2. Výpo et podle SN EN 832 a SN EN ISO 13790 č
Výpočtem podle ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790 lze podstatně přesněji vyhodnotit tepelné ztráty přes konstrukce ve styku se zeminou a s nevytápěnými prostory. Tento výpočet také podporuje poměrně exaktní stanovení solárních tepelných zisků, a to nejen okny, ale i speciálními konstrukcemi, jako jsou zimní zahrady, Trombeho stěny či průsvitné tepelné izolace2. Objekt se podle ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790 hodnotí zásadně jako celek, rozdělený maximálně do několika sousedících zón, je-li to třeba. Každá ze zón se vyznačuje určitou převažující vnitřní teplotou, způsobem větrání či velikostí vnitřních zisků. Většinu objektů je obvykle možné považovat za jednu zónu. Příkladem méně časté vícezónové budovy může být výrobní hala s administrativní částí – výrobní hala je první zónou a kanceláře zónou druhou. Pro každou ze zón se pak samostatně stanovuje energetická bilance, přičemž výsledná potřeba tepla je dána součtem dílčích potřeb. M rná pot eba tepla na vytápění se i při použití metodiky ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790 stanovuje ze vztahu (16). Celková potřeba tepla na vytápění Er se ovšem stanoví ze vztahu E r = Qh = Ql − η ⋅ (Qi + Qs ) , [kWh/a] (21) ě
ř
kde Ql je potřeba tepla na pokrytí tepelné ztráty, Qi jsou vnitřní tepelné zisky, které se pro potřeby výpočtu ev uvažují podle vztahu (15), Qs jsou solární zisky a η je využitelnost tepelných zisků. Hodnoty Qs a η se dále stanovují výpočtem, který zde bohužel není možné podrobně komentovat3. Podívejme se nicméně alespoň stručně ještě na veličinu Ql, která se stanovuje ze vztahu
Ql = (LD + LS + H U + H V ) ⋅ (θ im − θ em ) ⋅ t ,
[kWh/a]
(22)
kde LD je tepelná propustnost mezi vytápěným prostorem a vnějším vzduchem, LS je ustálená tepelná propustnost zeminou, HU je měrná tepelná ztráta nevytápěnými prostory, HV je měrná tepelná ztráta větráním (vše v kW/K), θim je převažující návrhová vnitřní teplota ve °C, θem je průměrná venkovní teplota během otopného období ve °C (pro výpočet ev se uvažuje 3,8 °C) a t je délka otopného období v h (pro výpočet ev se uvažuje 242 dní). 1
Hodnota platí pro součinitel prostupu tepla okna či dveří bez 15% přirážky na malou tepelnou setrvačnost. Výpočetní model pro hodnocení budovy je v ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790 obecnější než ve vyhlášce č. 291/2001 Sb. Zvláště vhodný je pro řešení přesných energetických bilancí pro potřeby energetických auditů, protože umožňuje zavést do výpočtu nejen účinnost otopné soustavy, ale i ohřev TUV či nucené větrání s rekuperací tepla. 3 Zmíněné výpočty najde laskavý čtenář např. v čl. 6.2 a 7.2 v ČSN EN 832.
2
Význam jednotlivých měrných ztrát a propustností ve vztahu (22) objasňuje Obr. 1. Systémová Výpočet těchto veličin je podrobně popsán hranice v řadě evropských norem, jejichž celková HU objektu tloušťka může nepřipraveného člověka snadno HV připravit o studijní nadšení. Případní zájemci o podrobnosti by se proto měli před dalším LD LS studiem těchto norem posilnit minimálně psychicky. V ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790 najdou postupy pro určení m rné ztráty v tráním Hv. V ČSN EN ISO 13370 postupy pro stanovení tepelné propustnosti zeminou LS pro podlahy na zemině, pro podlahy nad Obr. 1 Dílčí měrné ztráty objektu průlezným prostorem a pro nevytápěné a vytápěné suterény. A konečně v ČSN EN ISO 13789 vztahy pro výpočet m rné ztráty nevytáp nými prostory HU a tepelné propustnosti konstrukcemi ve styku s vn jším vzduchem LD. Poslední jmenovaný vztah zde pro oživení souvislostí (viz vztah (9)) uveďme: ě
ě
ě
ě
ě
LD = ∑ Ai ⋅U i + ∑ li ⋅ψ i + ∑ χ i ,
[W/K]
(23)
kde Ai je plocha i-té konstrukce ohraničující vytápěný prostor v m2, Ui je součinitel prostupu tepla i-té konstrukce ve W/(m2.K), li je délka i-té 2D tepelné vazby v m, ψi je lineární činitel prostupu tepla i-té tepelné vazby4 ve W/(m.K) a χi je bodový činitel prostupu tepla i-té 3D tepelné vazby ve W/K (obvykle se zanedbává). Vliv tepelných mostů a jejich parametrů je ve vztahu (23) zcela zřetelný. Uvedený vztah odráží realitu moderních dobře tepelně izolovaných objektů, u kterých jsou velmi malé tepelné ztráty prostupem plošnými konstrukcemi a kvůli tomu procentuálně vzrůstá vliv tepelných mostů, který byl u starších objektů většinou zanedbatelný5. K tepelným vazbám a mostům ještě uveďme, že do vztahu (23) lze dosadit i tabulkové hodnoty ψ podle ČSN EN ISO 14683. Na závěr zbývá sdělit, jak se do případného podrobnějšího výpočtu (např. pro potřeby energetických auditů) zahrne účinnost otopného systému. Používá se vztah
Q=
Qh + Qw
ηh
− Qr ,
[kWh/a]
(24)
kde Qh je potřeba tepla na vytápění podle (21), Qw je potřeba tepla na ohřev TUV, Qr je zpětně získané teplo z vytápěcího systému, z odpadní vody atd.6 a ηh je účinnost otopné soustavy. Výpočetní postup podle ČSN EN 832 a ČSN EN ISO 13790, který jsme zde jen v hrubých rysech naznačili, je pro ruční zpracování dosti zdlouhavý. Obvykle se proto provádí s pomocí vhodného aplikačního programu. Při zadávání vstupních dat je třeba dodržovat několik základních pravidel. Především je nutné správně stanovit systémovou hranici vytápěné zóny. Příklady ukazuje Obr. 2. Všimněme si, jaké části objektu se hodnotí jako konstrukce přilehlé k zemině. Neoznačené hranice se zadávají buď jako konstrukce v kontaktu s vnějším vzduchem (u objektů B, C a části A) nebo jako konstrukce se styku s nevytápěnými prostory (stěna přilehlá ke garáži a strop po půdou u objektu A). Důležité je ještě správné zadání áste n podsklepených objekt . Ty se podle ČSN EN ISO 13370 hodnotí jako celoplošně podsklepené, přičemž hloubka podsklepení se stanoví ze vztahu z = ∑ A p ,i ⋅ z i ∑ A p , i , [m] (25) ů
č
č
ě
kde zi je hloubka podsklepení v m pro i-tou půdorysnou plochu Ap,i v m2. Při hodnocení staveb se lze bohužel setkat i s takovými uspořádáními podlahových konstrukcí, o kterých zřejmě autory ČSN EN ISO 13370 nenapadlo uvažovat. Zadávání v takových případech vyžaduje kreativnější přístup – často 4
Podrobnosti k lineárnímu činiteli prostupu tepla a jeho výpočtu uvádí kapitola Chyba! Nenalezen zdroj odkaz .. 5 Tepelné mosty jsou orientačně zahrnuty i do výpočtu podle vyhlášky č. 291 přirážkou 0,1⋅⋅A ve vztahu (20). 6 Nikoli z větracího vzduchu – toto teplo je již obsaženo v měrné ztrátě větráním HV. ů
půda
Systémová hranice objektu
A
nevytápěná garáž
B
C
nevytápěný suterén
vytápěný suterén
části hodnocené jako konstrukce v kontaktu se zeminou podle ČSN EN ISO 13370
Obr. 2 Systémové hranice vytápěných částí různých objektů
pomůže podlahovou konstrukci rozdělit na více částí a každou z nich zadat zvlášť7. ř
1.3. P íklady Na Obr. 3 je uveden schématický řez a půdorys 1. NP jednoduchého částečně podsklepeného rodinného domu (podsklepení je pod ¼ půdorysu, suterén je větraný). V 2. NP jsou okna umístěna pouze na sever a jih – vždy po dvojicích. Skladebné rozměry všech oken jsou 1200 x 1200 mm. Vstupní dveře mají plochu 2 m2. Ostatní parametry jsou uvedeny na Obr. 3. Objem vytápěné části budovy je V = 511,1 m3 (objekt je vytápěn celý bez suterénu a půdy). Plocha obalových konstrukcí činí A = 381,2 m2. Požadavek na průměrný součinitel prostupu tepla budovy stanovený ze vztahu (2) tedy činí U em ,N = 0,30 + 0,15 ⋅ (381,2 / 511,1) = 0,50 W/(m2.K). Měrná potřeba tepla na vytápění nesmí současně překročit e v, N = 20,64 + 26,03 ⋅ (381,2 511,1) = 40,0 kWh/m3.a.
mez stanovenou ze
vztahu (6):
1.3.1. Výpo et m rné pot eby tepla podle vyhlášky . 291/2001 Sb. č
ě
č
ř
Vypočtěme pro tento objekt nejprve měrnou tepelnou ztrátu postupem podle vyhlášky č. 291/2001 Sb. Vnitřní tepelné zisky činí podle vztahu (15) Evz = 6 ⋅ 511,1 = 3067 kWh, solární zisky podle vztahu (18) E zs = 3 ⋅ 511,1 = 1533 kWh. Potřebu tepla na pokrytí tepelné ztráty větráním stanovíme ze vztahu (19) jako Evv = 0,81 ⋅ (20 − 3,8) ⋅ 511,1 = 6707 kWh. Výpočet potřeby tepla na pokrytí tepelné ztráty prostupem podle vztahu (20) provedeme s pomocí Tab. 2. Vychází E vp = 5,81 ⋅ (20 − 3,8) ⋅ 164,7 = 15502 kWh. Po
dosazení
do
vztahu
(16)
vychází
m rná
pot eba
tepla
na
vytápění
ev = [15502 + 6707 − 0,9 ⋅ (3067 + 1533)] 511,1 = 35,4 kWh/(m3.a). Hodnocený objekt tedy splňuje ě
ř
požadavky vyhlášky č. 291/2001 Sb. na měrnou potřebu tepla na vytápění.
7
Tento postup musí ovšem použitý výpočetní program podporovat.
8 400 2 x 1 400
2 x 2 500
U = 1,6 W/(m2.K)
U = 0,24 W/(m2.K) 4 800
10 400
U = 0,3 W/(m2.K)
300
R = 1,5 m2.K/W
3 000
podsklepení
R = 0,8 m2.K/W
400
R = 0,3 m2.K/W
U = 1,8 W/(m2.K)
Obr. 3 Schématický řez a půdorys 1. NP rodinného domu Tab. 2: Vlastnosti konstrukcí pro výpočet tepelné ztráty prostupem Konstrukce Okna Dveře Stěny Šikmá střecha Podlaha půdy Podlaha na terénu Podlaha nad suterénem
Plocha 13,0 m2 2,0 m2 183,1 m2 52,0 m2 43,7 m2 65,6 m2 21,8 m2
Souč. prostupu tepla 1,6 1,8 0,30 0,24 0,24 0,60 0,54
Činitel tepl. redukce 1,15 1,15 1,00 1,00 0,83 0,40 0,57
Č
ů
1.3.2. Výpo et pr m rného sou initele prostupu tepla podle tepla na vytáp ní podle SN EN 832 č
ě
č
SN 730540-4 a m rné pot eby
Č
ě
Pro výpočet průměrného součinitele prostupu tepla podle ČSN 730540-4 a měrné potřeby tepla podle ČSN EN 832 pro objekt na Obr. 3 použijeme program Energie 2005. Okrajové podmínky pro výpočet zadané na prvním zadávacím formuláři programu ukazuje Obr. 4. Další vstupní data jsou vidět přehledně na Obr. 5 a Obr. 6. Obr. 4 Okrajové podmínky pro výpočet
ě
ř
80% z objemu vytápěné části
Pro výpočet měrné potřeby se tyto hodnoty nezadávají. V ostatních případech se zadává reálná hodnota.
Ostatní okna (2 východní a 3 jižní) mají stejné parametry – jen jiný počet a orientaci. Zadají se na další formuláře pro okna. Parametry tepelných vazeb není nutné zadávat, protože na formuláři pro popis zóny je zvolen přibližný výpočet vlivu vazeb s pomocí Utbm
Vliv vnitřních záclon
Obr. 5 Zadání okenních konstrukcí a konstrukcí v kontaktu s vnějším vzduchem Z výpočtu programem Energie vychází vnitřní tepelné zisky E vz = 3067 kWh a solární zisky E zs = 1109 kWh. Potřeba tepla na pokrytí tepelných ztrát je celkem E vp + E vv = 22931 kWh.
Detail záložky „Konstrukce na styku s interiérem“
Detail záložky „Konstrukce na styku s exteriérem“
80% z objemu suterénu stanoveného z vnějších rozměrů
Průměrná hloubka suterénu pod celým půdorysem podle vztahu (84)
Obr. 6 Zadání konstrukcí v kontaktu se zeminou a nevytápěnými prostory Měrná potřeba tepla na vytápění podle ČSN EN 832 stanovená s pomocí programu Energie činí ev = 37,5 kWh/(m3.a). Hodnocený objekt tedy splňuje požadavky vyhlášky č. 291/2001 Sb. na měrnou potřebu tepla na vytápění. Srovnáme-li výsledky výpočtu podle vyhlášky č. 291/2001 Sb. a podle ČSN EN 832, vychází měrná potřeba nižší při použití přibližného vyhláškového postupu (o 5%). Příčinou je v tomto konkrétním případě především přecenění solárních zisků, které vyhláška č. 291/2001 Sb. uvažuje dosti hrubým odhadem. Zbývá zmínit se o průměrném součiniteli prostupu tepla budovy Uem, který byl pro hodnocený objekt stanoven programem Energie ve výši 0,46 W/(m2.K). Budova tedy splňuje i požadavek ČSN 730540-2 na průměrný součinitel prostupu tepla. Stupeň tepelné náročnosti budovy STN činí 92%.
