MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ. Lesnická a dřevařská fakulta

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ

Lesnická a dřevařská fakulta Ústav lesnické a dřevařské techniky

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Energetická náročnost dřevostaveb a diagnostika tepelných mostů

2009/2010

Bc. Eva Troppová

Čestné prohlášení

Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Energetická náročnost dřevostaveb a diagnostika tepelných mostů“ zpracovala sama a uvedla jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.

Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených s vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne

........................

podpis studenta ........................

- ii -

Poděkování

Tímto bych chtěla poděkovat vedoucímu své diplomové práce panu Ing. et Ing. Janu Klepárníkovi, za odborné vedení při vypracování práce, dále panu doc. Ing. Petru Koňasovi, Ph.D., za trpělivost a mnoho cenných rad, a v neposlední řadě Ing. Václavu Motejzíkovi a společnosti Haas Fertigbau za poskytnuté informace a spolupráci.

- iii -

Motto:

„Tajemství úspěchu v životě není dělat, co se nám líbí, ale nalézat zalíbení v tom, co děláme“.

Thomas Alva Edison

- iv -

Bc. Eva Troppová

Energetická náročnost dřevostaveb a diagnostika tepelných mostů

Abstrakt: Tato diplomová práce se zabývá energetickou náročností dřevostaveb firmy Haas Fertigbau a diagnostikou tepelných mostů měřením termokamerou. Pro výpočet energetické náročnosti byl využit národní kalkulační nástroj NKN ve verzi 2.06. Diagnostika tepelných mostů byla provedena termokamerou FLIR S65. Ostatní výpočty jsou provedeny dle platných norem zabývajících se tepelně technickými vlastnostmi staveb. V práci je nastíněna možnost využití metody konečných prvků (FEM) pro simulace tepelných mostů reálných konstrukcí, která je dokumentována na trojdimenzionálním (3D) tepelném mostu.

Klíčová slova Tepelné mosty, prostup tepla, součinitel tepelné vodivosti, součinitel prostupu tepla, termokamera, národní kalkulační nástroj, energetická náročnost budov, metoda konečných prvků, tepelný tok, teplotní pole, termografie, povrchová teplota, energetický štítek budovy

-v-

Bc. Eva Troppová

The energy intensity of wooden houses and thermal bridge diagnostic

Abstract: This thesis is intent on studying energy intensity of wooden houses by company Haas Fertigbau and on thermal bridge diagnostics established by infrared detection. For the calculation of energy intensity was used the national costing method (NKN 2.06). The thermal bridge diagnostic was measured by the infrared camera FLIR S65. The other calculations were done due to the valid technical norms. In this thesis is shown the oportunity of using the finite element method for three-dimensional thermal bridge simulations of real constructions.

Key words: Thermal bridges, heat transfer, conductivity, heat transfer coefficient, infrared camera, national costing method, energy intensity of building, finite element method, heat flow, temperature distribution, thermography, surface temperature, energy label of building

- vi -

OBSAH:

1.

Úvod

……………1

2.

Teoretická část

……………2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

3.

Tepelné děje ve stavebních konstrukcích 2.1.1

Definice a základní pojmy

……………2

2.1.2

Šíření tepla ve stavebních konstrukcích

……………3

2.1.3

Vedení tepla konstrukcí

……………5

Energetická náročnost budov

3.2

……………6

2.2.1

Národní kalkulační nástroj (NKN)

……………8

2.2.2

ČSN EN ISO 13789

……………9

Problematika tepelných mostů

…………...10

2.3.1

Definice tepelných mostů

…………...10

2.3.2

Normy zabývající se tématikou tepelných mostů

…………...13

Výpočetní metody

…………...14

2.4.1

Metoda teplotních sítí

…………...15

2.4.2

Metoda konečných prvků

…………...16

2.4.3

Ansys Workbench

…………...17

Společnost Haas-Fertigbau

…………...18

2.5.1 Vzorové domy na výstavišti v Brně

…………...19

2.5.2 Konstrukční řešení staveb

…………...20

2.5.3 Způsoby vytápění

…………...21

Metodika

3.1

……………2

…………...22

Stanovení součinitele prostupu tepla konstrukcí

…………...22

3.1.1

Dle ČSN EN ISO 6946 (73 0558)

…………...22

3.1.2

Dle ČSN 73 0540-4

…………...23

Přenos tepla nevytápěným prostorem 3.2.1 Dle ČSN EN ISO 6946 (73 0558)

…………...23 …………...23

3.3

Infračervená metoda

…………...24

3.4

Vnitřní povrchová teplota

…………...25

3.5

Řešení teplotního pole programem Ansys Workbench

…………...27

- vii -

4.

Výsledky

4.1

4.2

4.3

…………...28

Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukcí a jeho porovnání s normovými hodnotami

…………...28

Výpočet energetické náročnosti budovy

...………….41

4.2.1 Hodnocený objekt (půdorys a pohledy)

…………...41

4.2.2 Vstupní data

…………...43

4.2.3 Výstupy programu NKN a energetický štítek budovy

…………...47

Výpočet nejnižší povrchové teploty konstrukce vzhledem k povrchové kondenzaci

…………...51

4.4

Přenos tepla nevytápěným prostorem u bungalovu

…………...52

4.5

Diagnostika konstrukčních detailů termokamerou

…………...54

4.6

Protokol o zkoušce s IR kamerou

…………...65

4.7

Řešení teplotního pole programem Ansys Workbench

…………...66

5.

Diskuze a vyhodnocení výsledků

…………...70

5.1

Srovnání použitých norem a metod výpočtů

…………...70

5.2

Energetický štítek budovy

…………...72

5.3

Vyhodnocení tepelných mostů zjištěných termokamerou

…………...72

5.4

Porovnání modelů s naměřenými a vypočtenými hodnotami

…………...74

6.

Závěr

…………...76

7.

Summary

…………...78

8.

Seznam použitých zkratek

…………...79

9.

Seznam použité literatury

…………...80

10.

Přílohy

…………...83

- viii -

1

Úvod V současné době je v rámci snižování ekologické zátěže v celém světě kladen

důraz na minimalizaci spotřeby energie. Ve stavebnictví se to projevuje stále se zvyšujícími nároky na snižování energetické náročnosti staveb, a to nejen v průběhu jejich užívání, ale i během vlastní výstavby a následné likvidace po ukončení životnosti stavby. Se zvyšujícím se trendem poptávky po nízkoenergetických a pasivních domech, se zvyšují i nároky na stavební materiály a prvky. Při stále vzrůstající životní úrovni provázené vyšší spotřebou elektřiny, či jiného zdroje tepla, a stále se zvyšujícími cenami energií, je kladen důraz především na minimalizaci energetické náročnosti na vytápění. To se odráží v přijímání stále přísnějších evropských norem. Při realizacích dřevostaveb je nutné si uvědomit, že se úspory energie dosahuje nejen volbou vhodného druhu vytápění, ale především správným konstrukčním řešením stavby. Tepelnou ztrátu budovy významně ovlivňuje řešení detailů napojení různých konstrukcí. Projektanti a řídící pracovníci stavebních firem mnohdy nevěnují dostatečnou pozornost správnému provedení detailů a nechávají jejich řešení na dělnících. Nevhodné řešení potom přináší problémy, neboť v těchto kritických místech vznikají tepelné mosty způsobující nadměrné tepelné ztráty, kondenzaci vodní páry v konstrukci (riziko statického poškození konstrukce) i povrchovou kondenzaci vodní páry a následný vznik plísní. Přitom řešení tepelných mostů obvykle není složité a na rozdíl od odstranění následků špatně provedeného detailu i finančně nenáročné. Firemní skupina Haas se sídlem v bavorském Falkenbergu patří se svými 27 podniky k předním evropským stavebním společnostem zabývajícím se výstavbou rodinných domů, staveb bytové a občanské vybavenosti, průmyslových a zemědělských hal, apod. Základem produkce firmy Haas Fertigbau je výstavba montovaných dřevostaveb u kterých je kladen důraz na nízkou energetickou náročnost stavěných objektů a šetrnost k životnímu prostředí. Snaha vyhovět všem požadavkům dnešních platných norem v oblasti tepelně technických vlastností staveb vedla k výpočtům a měřením provedených na vzorových domech firmy Haas Fertigbau. Výpočty a měření jsou doplněny o teoretické modely vytvořené programem Ansys Workbench, které mohou nastínit postup řešení jednotlivých problematických konstrukčních detailů.

-1-

2

Teoretická část

2.1 Tepelné děje ve stavebních konstrukcích

2.1.1

Definice a základní pojmy

Nejzákladnějším pojmem pro popis tepelných dějů ve stavebních konstrukcích je definice tepla. Teplo je energie vyměněná mezi systémem a okolím, jako důsledek teplotního rozdílu mezi nimi. Přijímaným nebo vydávaným teplem se zvětšuje nebo zmenšuje kinetická energie neuspořádaného pohybu částic, taktéž potenciální energie jejich vzájemných poloh, zvláště při změnách skupenství. Soustavou přijaté nebo vydané teplo působí přírůstek nebo úbytek její vnitřní energie. 1 Zjednodušeně řečeno, teplo je určeno energií, která je přenesena z jedné termodynamické soustavy do jiné prostřednictvím neuspořádaného pohybu molekul.2

Množství tepla, které proudí do nebo ze systému (prostoru) za jednotku času, se nazývá tepelný tok. Znamená výkon přenášený při přenosu tepla danou plochou vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) nebo sáláním (radiací). Tepelný tok, připadající na metr čtvereční plochy průtoku tepla, se označuje jako hustota tepelného toku. Hustota tepelného toku v daném místě je tedy vektor, jehož velikost je dána podílem tepelného toku procházejícího v daném okamžiku zvolenou elementární plochou kolmou ke směru průchodu tepla a plošného obsahu této plochy.1

Jedním z nejvíce používaných termínů je součinitel prostupu tepla. Vyjadřuje schopnost soustavy, tvořené dvěma plynnými nebo kapalnými prostředími a jedním čtverečním metrem stěny mezi nimi, přenášet teplo. Je definován podílem hustoty tepelného toku a rozdílem teplot prostředí obklopující stěnu.

Jednou z hlavních vlastností materiálů hodnocených z hlediska přenosu tepla je součinitel tepelné vodivosti. Vyjadřuje schopnost stejnorodého, izotropního materiálu vést teplo. Je mírou schopnosti látky přenášet teplo vedením bez proudění látky. Je definován podílem hustoty ustáleného tepelného toku a gradientu teploty v látce.

-2-

2.1.2

Šíření tepla ve stavebních konstrukcích

Sdílení tepla (také přenos vnitřní energie), je samovolný nevratný proces šíření tepla v prostoru s nehomogenním teplotním polem. Bývá označován jako přenos tepla. Základní podmínkou pro šíření tepla prostředím je teplotní gradient na různých místech téhož prostředí. Teplo potom postupuje z míst s vyšší teplotou do míst s teplotou nižší (dle druhého zákona termodynamiky), dochází k vyrovnávání teplot. Teplo se šíří třemi způsoby a to vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) a sáláním (radiací). Reálná výměna tepla se obvykle neděje pouze jediným ze způsobů, nýbrž převážně jejich kombinací. Jeden způsob sdílení tepla je doprovázen způsobem dalším.1

Šíření tepla vedením Přenos tepla vedením v pevných látkách je transportem tepelné energie ve směru klesající teploty. Je tomu tak proto, že teplejší, rychleji kmitající molekuly, předávají svou kinetickou energii sousedním, pomaleji kmitajícím molekulám. Přenos tepla vedením se uskutečňuje mezi bezprostředně sousedícími částicemi tělesa, jestliže v něm vzniká rozdíl teplot, nebo když se dotýkají dvě tělesa různé teploty. Početní řešení přenosu tepla vedením je založeno na zákonu zachování energie. V ustáleném teplotním stavu a při jednorozměrném šíření tepla lze přenos tepla řešit pomocí prvního Fourierova zákona: r ∂θ q = −λ = −λ .gradθ ∂x kde:

λ = součinitel tepelné vodivosti [W/(m.K)] grad θ = teplotní gradient [K/m] r q = měrný tepelný tok [W/m2]

Obr.1 Jednorozměrné šíření tepla Záporné znaménko vyjadřuje, že tepelný tok má opačný směr než růst teploty (teplotní gradient). Tato rovnice platí pro izotropní tělesa a stacionární teplotní pole. Pro odlišné případy, při řešení teplotních polí, se rovnice odvozují dle základních vztahů: Teplota v libovolném bodě tělesa xr a čase t je dána skalární funkcí (určeny pouze velikostí, nikoliv směrem) T(xr,t). Předpokládáme, že tato funkce má spojité

-3-

první derivace podle souřadnic a první derivaci podle času. V tělese se vytkne libovolný objem V omezený plochou S a bude se sledovat tepelná bilance tohoto objemu. Za jednotku času prochází plochou S do vetknutého objemu tepelný tok (výkon), daný rovnicí vedení tepla: Φ1 = ∫∫ − λ

∂T nj . d S ∂xj

V obecném případě mohou být v tělese spojitě nebo diskrétně rozložené zdroje tepla o intenzitě W(xr,t). Celkové množství tepla vyvíjené těmito zdroji v objemu V za jednotku času je : Φ 2 = ∫∫∫W dV

Množství tepla nahromaděné v určitém objemu za jednotku času je úměrné přírůstku teploty. V tomto případě je množství tepla určené rovnicí: Φ 3 = ∫∫∫ ρc

∂T dV ∂t

Jelikož platí vyrovnanost tepelné bilance (zákon zachování energie), tj. Φ1 + Φ 2 = Φ 3

dostáváme po převedení plošného integrálu na integrál objemový dle Gaussovy věty (převádí výpočet toku vektorového pole uzavřenou plochou na výpočet integrálu divergence daného vektorového pole přes objem plochou uzavřený): 3 ∂

∂

∂T

∫∫∫ ∂x (λ ∂x )dV + ∫∫∫WdV =∫∫∫ ρc ∂t dV i

i

objem V je volen libovolně, z rovnice plyne:

∂  ∂  ∂T T  + W = ρc λ ∂xi  ∂xi  ∂t

což je Fourierova rovnice vedení tepla

Vzhledem ke konstrukci dřevostavby (prefabrikovaná rámová konstrukce) nelze uvažovat s výpočty pro homogenní a izotropní tělesa. Proto se praktické úlohy, za podmínek neustáleného teplotního stavu přenosu tepla a vícerozměrného šíření tepla,

řeší modelováním s použitím diferenční metody (plynulá změna šíření tepla v čase a prostoru se nahradí dějem po určitých časových intervalech). Pro složitější postupy výpočtu s pomocí Fourierových diferenciálních rovnic a simulace skutečného stavu se využívá výpočetní techniky. -4-

2.1.3

Vedení tepla konstrukcí

Přestup tepla charakterizuje výměnu tepla mezi povrchem konstrukce a okolním vzduchem. K přestupu tepla dochází pouze při teplotním gradientu mezi povrchem stěny a okolním prostředím. Výměnu tepla mezi povrchem konstrukce a okolním vzduchem charakterizuje součinitel přestupu tepla (označení α [W/(m2.K)]). Na přechodu tepla na vnitřní straně se podílí proudění vzduchu a sálání, přičemž sálavá složka činí přibližně 53 % z celkové hodnoty součinitele přestupu tepla. Na vnější straně se na přenosu tepla opět podílí obě složky, sálavá však jen přibližně z 14 %. Hodnoty součinitele přestupu tepla na obou stranách konstrukce jsou proměnlivé a závisí především na teplotě vzduchu, teplotě povrchu konstrukce, drsnosti a emisivitě povrchu, rychlosti a směru proudění vzduchu apod. 1

Šíření tepla přes vlastní hmotnou vrstvu konstrukce probíhá vedením a je charakterizováno tepelnou vodivostí hmoty. Každý stavební materiál má svou hodnotu součinitele tepelné vodivosti. Při obecných výpočtech se využívá standardizovaných hodnot, které můžeme najít v příslušných technických normách.

Obr.2 Vedení tepla konstrukcí Tepelný

tok

prostupující

konstrukcemi,

s případným vlivem tepelných mostů u nestejnorodých konstrukcí jako jsou dřevostavby, hodnotíme pomocí součinitele prostupu tepla. Daný součinitel se stanoví z tepelného odporu konstrukce nebo její charakteristické části a odporů při přestupu tepla na vnitřní a vnější straně konstrukce. Součinitel prostupu tepla se stanovuje odlišně pro prosklené výplně otvorů, pro konstrukce přilehlé k zemině a ochlazované konstrukce. 4

-5-

2.2 Energetická náročnost budov Od počátku roku 2009 je v České republice povinností pro většinu nových budov a pro některé rekonstruované budovy prokázání splnění požadavku na množství celkové dodané energie do budovy. Tento požadavek podrobně upravuje zákon 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů a prováděcí vyhláška k § 6a tohoto zákona, vyhláška MPO č. 148/2000 Sb., o energetické náročnosti budov (dále jen ENB). Zákon 406/2000 Sb., o hospodaření s energií, stanovuje některá opatření týkající se zvyšování hospodárnosti užití energie, povinnosti fyzických a právnických osob při nakládání s energií a také pravidla pro tvorbu Státní a Územní energetické koncepce a Národního programu hospodárného nakládání s energií a využívání jejich obnovitelných a druhotných zdrojů. Splnění nároků na energetickou náročnost budov dokládá stavebník, vlastník nebo společenství vlastníků průkazem energetické náročnosti budovy (dále jen Průkaz). Tento průkaz nesmí být starší než 10 let a je součástí dokumentace při výstavbě nových budov a při změnách dokončených budov s celkovou podlahovou plochou nad 1000 m2. Průkaz může vypracovávat pouze autorizovaná osoba přezkoušená ministerstvem. Požadavky na energetickou náročnost budov nemusí být splněny při změně dokončené budovy v případě, že to není technicky a funkčně možné nebo ekonomicky vhodné s ohledem na životnost budovy. 12 Vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov, dále rozvádí požadavky na energetickou náročnost budovy. Stanovuje porovnávací ukazatele, metody stanovení ENB a vystavení průkazu ENB. Je prováděcím dokumentem evropské směrnice 2002/91/EC o energetické náročnosti budov. Energetická náročnost budovy se stanovuje výpočtem celkové roční dodané energie v GJ potřebné na vytápění, větrání, chlazení, klimatizaci, přípravu teplé vody a osvětlení. Celková roční dodaná energie se stanoví jako součet jednotlivých vypočtených dílčích spotřeb dodané energie pro všechny časové intervaly (nejčastěji jsou hodnoty měřeny s měsíčním intervalem) a pro všechny zóny budovy. Tato energie je chápána jako množství energie dodané do budovy, včetně energie vyrobenéprodukované v budově obnovitelnými zdroji energie a spotřebované v budově.

-6-

EP = Qfuel = EPH + EPC + EPF + EPW + EPL – EPPV - EPCHP kde:

[GJ]

EPH

......

roční dodaná energie na vytápění

EPC

......

roční dodaná energie na chlazení

EPF

......

roční dodaná energie na mech. větrání a úpravu rel. W vnitřního vzduchu

EPW

......

roční dodaná energie na přípravu teplé vody

EPL

......

roční dodaná energie na osvětlení

EPPV ......

roční produkce elektřiny fotovoltaickými články

EPCHP ......

roční produkce elektřiny kogeneračními jednotkami

Pro porovnání s budovami stejného typu se zavádí měrná roční spotřeba energie budovy, vyjádřená poměrem celkové roční dodané energie na jednotku celkové podlahové plochy budovy v kWh/m2.

[kWh/(m2.rok)] kde:

EP = Qfuel = celková roční dodaná energie [GJ/rok] Af = celková podlahová plocha budovy

[m2]

Tab.1 Třída energetické náročnosti hodnocené budovy (hodnoty v [kWh/(m2.rok)]) Po provedení výpočtu je ENB vyjádřena pomocí průkazu, který se skládá ze dvou částí. První část představuje grafické znázornění třídy ENB, která zařazuje budovu do třídy ENB pomocí barevně odlišené stupnice. Druhou částí průkazu je protokol průkazu ENB, který popisuje formou vyplněného formuláře budovu jak po stránce stavební a jejích tepelně technických parametrů, tak po stránce jednotlivých energetických systémů, včetně tříd energetické náročnosti pro jednotlivé energetické systémy, pokud jsou v budově osazeny. 13

-7-

Tab.2 Tabulka slovního vyjádření tříd energetické náročnosti budovy 2.2.1

Národní kalkulační nástroj (NKN)

Energetickou náročnost budovy z pohledu celkové dodané energie, tzn. energie spotřebované, ovlivňují všechny systémy podílející se na spotřebě a výrobě energie. Princip výpočtu respektuje základní schéma toku energie, kdy dodaná energie je transformována ve zdroji energetického systému, výstup energie ze zdroje je dodáván do distribučního systému budovy a distribuční systém předává energii do jednotlivých systémů sdílení energie v různých zónách budovy. Základním hodnotícím ukazatelem hodnocení ENB je podle požadavků Směrnice 2002/91/EC EPBD (metoda výpočtu energetické náročnosti budovy) celková roční dodaná energie, která je chápána jako množství energie dodané do budovy, vč. energie vyrobené v budově obnovitelnými zdroji energie a spotřebované v budově.

Jak je z vyhlášky a z výpočetního postupu patrné, výpočet ENB lze jen velmi těžko provést bez výpočetního nástroje. Národní kalkulační nástroj je hodnotícím měřítkem pro posouzení ENB a zařazení budovy do třídy energetické náročnosti se zohledněním jednotných okrajových podmínek pro všechny hodnocené budovy v ČR. Vývoj výpočetního nástroje NKN je prováděn na Katedře technických zařízení budov fakulty stavební ČVUT v Praze, na základě podpory prostřednictvím grantu České energetické agentury (ČEA). Výpočetní nástroj ENB (jeho aktuální verze NKN 2.06) je volně šiřitelný a slouží k certifikaci budov a k vystavování průkazů podle požadavků vyhlášky 148/2007 Sb. 14

-8-

2.2.2

ČSN EN ISO 13 789

(Tepelné chování budov- Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním- Výpočtová metoda)

S energetickou náročností budovy souvisí i měrná tepelná ztráta jednotlivých konstrukcí. Pomocí Národního kalkulačního nástroje zjistíme hodnotu celkové roční dodané energie a dle hodnocení je potom budova zařazena do příslušné třídy energetické náročnosti. Tento nástroj však neuvažuje s tepelnými ztrátami budovy, tzn. neřeší tepelné mosty, které se vyskytují, ve větší či menší míře, ve všech stavbách. Výpočet energetické náročnosti budovy a průměrného součinitele prostupu tepla lze provést dle normy ČSN EN ISO 13 789, která nahradila stávající normu ČSN EN 832. Tyto výpočty zahrnují lineární i bodové tepelné mosty, které výrazně ovlivňují tepelnou ztráty budovy. Potřeba tepla na pokrytí tepelné ztráty:

15

Ф = H.(θi – θe).t

kde:

Ф- tepelný tok [W]

H = HT + HV

H- měrná tepelná ztráta [W/K]

θi- teplota v interiéru [°C]

větráním

prostupem tepla

θe- teplota v interiéru [°C] t- délka časového úseku [s] přičemž platí že: HT = HD + Hg+ HU + HA Hd- přes obvodový plášť HD = ∑ A.U + ∑ lk.Ψk + ∑ χj k

Hg- zeminou

j

HU- přes neklimatizované prostory HA- od přiléhajících budov

lk- délka tepelného mostu [m]

Ψk- lineární činitel prostupu tepla tepelného mostu [W/(m.K)] χj- bodový činitel prostupu tepla tepelného mostu [W/K] Tento výpočtový postup klade velký důraz na lineární činitel prostupu tepla Ψ, který má poměrně značný význam na tepelné ztráty objektu. Hodnoty lineárních tepelných mostů nejsou tak vysoké jako u bodových tepelných mostů, ale vyskytují se v konstrukci pravidelně, a proto se na rozdíl od bodových tepelných mostů

-9-

nezanedbávají. Z výpočtu vyplývá, že se pro každou konstrukci budovy počítá měrný tepelný tok včetně vlivu tepelných mostů.

Šubrt (2003) uvádí: „ Dobře izolovaný dům s tepelnou izolací tloušťky 16 cm, ale bez vyřešení tepelných mostů způsobujících zhoršení součinitele prostupu tepla U o 0,25 W/(m2.K), může mít stejné tepelně izolační vlastnosti jako dům s podstatně slabší tepelnou izolací tloušťky necelých 7 cm, ale s vyřešenými tepelnými mosty. Tento fakt je opomíjen hlavně proto, že si jej nikdo neuvědomuje“. Záleží ovšem na hodnocené stavbě. Pokud budeme počítat měrnou tepelnou ztrátu starší zděné budovy, bude vliv tepelných mostů zanedbatelný. U novostaveb a především staveb na bázi dřeva, které jsou zatepleny masivními tepelnými izolacemi může být vliv tepelných mostů na tepelnou ztrátu prostupem víc jak 100%.

Podrobnými výpočty energetické bilance budovy se zabývá i norma ČSN EN ISO 13 790 (Energetická náročnost budov - Výpočet a spotřeby energie na vytápění a chlazení), která umožňuje více metod řešení. Metoda kvazistacionární je metodou dlouhodobější (hodnoty měsíční či sezónní). Dynamická metoda je metodou krátkodobou (nejčastěji hodinová). Výpočtem se opět zjistí roční spotřeba energie na vytápění, chlazení a větrání budovy. Pomocí této normy lze řešit i složitější konstrukce, jako je např. větraný prvek obvodového pláště, větrané solární stěny (Trombeho), neklimatizované zimní zahrady atd.

2.3 Problematika tepelných mostů

2.3.1

Definice tepelných mostů

Tepelné mosty, které se obecně vyskytují mezi všemi styky a spoji stavebních konstrukcí, nebo v místech změn složení stavebních konstrukcí, mají v porovnání s konstrukcemi bez tepelných mostů dva důsledky: a) změnu tepelného toku b) změnu vnitřní povrchové teploty Tepelný most je tedy část obvodové konstrukce budovy, kde je výrazně změněn tepelný odpor. Důvodů může být více např. působení materiálů s odlišnou tepelnou - 10 -

vodivostí, které buď zcela nebo částečně prostupují obálkou budovy, změnou tloušťky ve skladbě, rozdílem mezi vnitřní a vnější plochou (v případě návaznosti styků stěna a podlaha) apod. 5 Tepelný most lze klasifikovat jako lineární (se shodnými řezy v jednom směru) a bodový (bez shodných řezů v libovolném směru). Lineární tepelné mosty mají obvykle nižší hodnotu než mosty bodové, přesto je k nim přihlíženo více, a to z důvodů jejich

častějšího výskytu v konstrukci. Pro konstrukci, kterou lze plně charakterizovat nepravidelně se opakujícími tepelnými mosty, se součinitel prostupu tepla zvyšuje vlivem každého tepelného mostu v konstrukci (lineárního i bodového). 6 Lineární tepelný most v konstrukci: kde : Lj2D – lineární tepelná propustnost [W/(m.K)] b – šířka výseku geometrického modelu kce [m] Uid – ideální součinitel prostupu tepla- bez vlivu tepelných mostů [W/(m².K)]

Bodový tepelný most v konstrukci: kde:

Lj3D – prostorová tepelná propustnost [W/(m2.K)] Aj– plocha výseku geometrického modelu kce [m2]

V různých literaturách se můžeme setkat i s následujícím rozdělením tepelných ztrát:

•

geometrické

Nacházejí se v místech, kde se mění směr tepelného toku, nebo kde je místně redukována tloušťka stěny. Příkladem je zvýšený prostup tepla v rozích a koutech budovy (napojení obvodových stěn, stropu a obvodové stěny, podlahy a obvodové stěny). Do výpočtů se započítají pouze tehdy, je-li počítáno s vnějšími rozměry budovy.

•

strukturní

Mezi strukturní tepelné mosty se započítávají místa průniků mezi vnitřní a vnější stranou konstrukce. Typickými příklady jsou otvory pro okna a dveře, otvory pro různá

- 11 -

technická zařízení např. komín, větrací potrubí atd.

•

systematické

Systematické tepelné mosty tvoří opakující se místa se zvýšenou tepelnou ztrátou. Také se nazývají lineární tepelné mosty.

•

konvekční

Pohyb vzduchu uvnitř konstrukcí způsobuje konvekční tepelné mosty. Je dán přirozenou konvekcí dutinami izolačního materiálu nebo spárami mezi jednotlivými prvky tepelné izolace. Mezi konvekční ztráty tepla se započítává i např. spárová průvzdušnost oken. Problematika proudění vzduchu a vlhkosti uvnitř zabudované konstrukce u dřevostaveb ještě stále není úplně prozkoumána. 7

a

b

c

d

Obr.3 Tepelné mosty a- geometrické, b- strukturní, c- systematické, d- konvekční Tepelná nestejnorodost vzájemného styku dvou nebo více druhů stavebních konstrukcí se nazývá tepelnou vazbou. V některých přejímaných normách se zaměňují tepelné vazby s tepelnými mosty. Tepelná vazba je zvláštním případem tepelného mostu, který působí v rámci celého obvodového pláště budovy. Je klasifikována jako rozhraní mezi dvěma a více konstrukcemi, kde se výrazně mění tepelný tok jejich vzájemných působením. Tepelný most zvyšuje hodnotu součinitele prostupu tepla jednotlivé konstrukce. Tepelná vazba zvyšuje měrný tepelný tok konstrukce, který nezávisí na klimatických podmínkách dané oblasti a tudíž se využívá k porovnání budov. Výpočty obou jsou stejné, ale liší se v interpretaci výsledků. 1

- 12 -

2.3.2

Normy zabývající se tématikou tepelných mostů

ČSN EN ISO 14683 (730561) (Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích- Lineární činitel prostupu tepla- Zjednodušené metody a orientační hodnoty)

Tato mezinárodní norma poskytuje prostředky pro posouzení stavebních prvků a technických zařízení k úsporám energie a celkové energetické náročnosti budov. Obsahuje zjednodušené postupy k určení tepelných toků lineárními tepelnými mosty, které se vyskytují na stycích stavebních prvků. Vysvětluje ruční metodu výpočtu, při níž se vliv bodových tepelných mostů se zanedbává.

Lineární tepelné mosty se obvykle vyskytují:

•

na spojích mezi vnějšími prvky (rohy stěn, napojení stěna-střecha, napojení stěna-podlaha)

•

na spojích mezi vnitřními a vnějšími stěnami a střechou

•

na spojích mezi stropem nadzemního podlaží a vnější stěnou

•

na sloupech ve vnějších stěnách

•

okolo oken a dveří

5

Obsahuje katalog orientačních hodnot tepelných mostů. Pro dřevostavby tento katalog použít nelze.

ČSN EN ISO 10211 (730551) (Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích- Tepelné toky a povrchové teploty- Podrobné výpočty)

Norma stanovuje podrobnosti pro trojrozměrný s dvojrozměrný geometrický model tepelného mostu pro numerický výpočet tepelných toků ke zhodnocení celkové tepelné ztráty budovy nebo její části a minimálních povrchových teplot ke zhodnocení rizika povrchové kondenzace. Tyto podrobnosti zahrnují použité geometrické okrajové podmínky a pomocné rozdělení modelu, teplotní okrajové podmínky, tepelné hodnoty a výpočtové vztahy. Norma je založena na předpokladech, že jsou všechny fyzikální vlastnosti nezávislé na teplotě a uvnitř stavebního prvku není žádný tepelný zdroj. Principiálně se rozložení teploty v konstrukci a tepelný tok konstrukcí může vypočítat, jestliže jsou známé okrajové podmínky a konstrukční podrobnosti. K tomuto

- 13 -

účelu se geometrický model rozdělí do mnoha navzájem sousedících materiálových buněk, každá z nich s homogenní tepelnou vodivostí. Rozložení teploty se stanoví buď iteračním výpočtem nebo přímým řešením, poté se interpolací určí rozložení teploty v materiálových buňkách. Výsledky výpočtu se mohou použít k určení lineárních

činitelů prostupu tepla, bodových činitelů prostupu tepla a vnitřních povrchových teplot. Obvykle není možné modelovat celou budovu použitím jednoduchého geometrického modelu. Ve většině případů se může budova užitím řezových rovin rozložit na několik

částí. Toto rozložení se musí provést takovým způsobem, aby se vyloučily rozdíly ve výsledcích výpočtu mezi rozloženou budovou a budovou uvažovanou vcelku. Výpočtová metoda: Geometrický model se rozdělí do mnoha buněk, každá z nich je charakterizována bodem (tzv. uzlem). Použitím zákona zachování energie (div q=0) a Fourierova zákona (q= - λ. grad T), při uvažování okrajových podmínek, se získá soustava rovnic, které jsou funkcí teplot v uzlech. Řešením této soustavy, buď přímým výpočtem, nebo iteračními metodami, se získají teploty v uzlech, z nichž může být stanoveno teplotní pole. Z rozložení teploty se mohou vypočítat tepelné toky použitím Fourierova zákona.6

2.4 Výpočetní metody Tepelné mosty vyvolávají tepelné toky, které mohou být stanoveny různými výpočtovými metodami. První z nich jsou numerické výpočty, při níž dochází k odchylce ± 5%. Tyto výpočty jsou počítány dle výpočetních programů např. Ansys, Area, a patří k nepřesnější metodě určení. Dále lze využít katalogu tepelných mostů nebo ručních výpočtů, při níž je chyba přibližně ± 20%. Katalogy tepelných mostů jsou u klasických stavebních materiálů a systémů známé. U dřevostaveb je vytvoření katalogu problematické, protože se od sebe konstrukční systémy navzájem liší. Každá společnost používá jiné konstrukční řešení detailů staveb, které je svým způsobem odlišuje od konkurence, což je jeden z důvodů proč jsou uchovávány jako know-how. Poslední metodou je volba orientačních hodnot, kde se chyba pohybuje v rozmezí 0-50 %. Zvolit správnou hodnotu tepelného toku dané konstrukce vyžaduje určitý odhad a zkušenosti.

- 14 -

2.4.1

Metoda teplotních sítí

Základní myšlenkou metody sítí, zvané také diferenční metoda, je volba konečné množiny bodů zvané síť, v intervalu, v němž hledáme řešení dané okrajové úlohy. V bodech tohoto intervalu se splní daná diferenciální rovnice (eventuálně i okrajové podmínky) přibližně, a to tak, že derivace, které se v nich vyskytují, se nahradí diferenčními podíly (tj. lineárními kombinacemi funkčních hodnot v okolních bodech), které je aproximují. Zanedbáme-li chyby, které přitom vzniknou, dostaneme pro hodnoty v bodech sítě soustavu konečných rovnic (v případě lineárního problému lineárních). 9

Teplotní pole konstrukce, které pak popisuje rozložení teplot ve vyšetřované oblasti konstrukce se zjišťuje výpočtem, a to převodem eliptické parciální diferenciální rovnice šíření tepla v ustáleném teplotním stavu na soustavu lineárních rovnic a řešením této soustavy. Teplotní pole se volí tak, aby ve sledované oblasti byly obsaženy rozhodující detaily materiálového a tvarového řešení hodnocených konstrukcí a jejich styků, a to v nejméně příznivé kombinaci. Současně, aby hraniční řezové roviny, které vymezují sledovanou oblast byly rovnoběžné se směrem tepelného toku a v rovinách symetrie.

Řešení teplotního pole konstrukce je potřebné pro zjištění nejnižší vnitřní povrchové teploty u složitějších případů tepelných mostů a tepelných vazeb, dále pro stanovení průměrné vnitřní povrchové teploty při výpočtu součinitele prostupu tepla. 1

Obr.4 Metoda teplotních sítí

- 15 -

2.4.2

Metoda konečných prvků

Metoda konečných prvků je svou podstatou variační metoda, která má velmi úzkou souvislost s metodou sítí. Tyto metody vychází se skutečnosti, že lze velmi mnoho fyzikálních zákonů vyjádřit pomocí minimálních principů. Například rovnovážný stav mechanické soustavy je takový stav, který odpovídá minimu jeho potenciální energie. Potom je okrajová úloha pro diferenciální rovnici popisující rovnováhu mechanické soustavy ekvivalentní s úlohou nalezení funkce, pro níž integrál vyjadřující potenciální energii této soustavy nabývá minima. Matematicky řečeno to znamená, že řešení okrajové úlohy pro diferenciální rovnici je ekvivalentní úloze variačního počtu. V důsledku naznačené ekvivalence jsou tyto metody zároveň přibližnými metodami řešení okrajových úloh diferenciální rovnice. 9 Při řešení dané okrajové úlohy metodou konečných prvků se musí provést následující kroky: zvolit prostor konečných prvků a jeho bázi, zvolit vektor zatížení,

řešit vzniklou soustavu rovnic a vypočítat hodnoty přibližného řešení v bodech, v nichž nás zajímá. Principiálně se námi definované těleso v obecném případě rozdělí na „konečné prvky“, v rovinném případě zpravidla na trojúhelníky, a hledaná funkce je složena z funkcí speciálního tvaru nad jednotlivými trojúhelníky, takových, aby na hranici těchto trojúhelníků byly splněny některé podmínky (např. spojitost funkce). Tvar sítě se často volí nepravidelný podle tvaru hranice uvažovaného tělesa. Ale i v případě pravidelných těles je volba sítě často rozmanitá, podle účelu, který se sleduje. Celý výpočet lze podstatně zautomatizovat, resp. přímo vytvořit programy pro poměrně obecné případy. Právě tato vlastnost je jednou z největších předností metody konečných prvků. Mezi další výhodu lze zařadit i použití pro řešení úloh na dostatečně libovolných oblastech, např. oblastech s otvory, různého tvaru apod. pro které by řešení metodou sítí bylo problematické. Na druhé straně je třeba, pokud chceme získat uspokojivé výsledky, zvolit velmi jemnou síť, což vede k sestavení a řešení velkého počtu rovnic o velkém počtu neznámých (řádově stovky až tisíce). V takovémto případě je nezbytné využití výpočetního programu (např. Ansys). 10 Tvar sítě - jehlan s výškou rovnou jedné, jehož podstava je šestiúhelník vytvořený z šesti trojúhelníků, které mají společný vrchol (hranice na které musí být splněny podmínky)

Obr.5 Vytvoření sítě pro konečně-prvkové řešení - 16 -

2.4.3

Ansys Workbench

Ansys Workbench je systém, na kterém je založena průmyslově nejrozšířenější technologie pokročilé technické simulace. Inovační systém se váže k ucelenému simulačnímu procesu, kterým je uživatel veden přes uživatelské rozhraní multifyzikální analýzy. S obousměrnou spojitostí s prostředím Cadu, automatickým načtením dané geometrie a jednoduchou optimalizací vstupních dat, se stává Ansys Workbench velmi rozšířený při řešení daných analýz různorodých odvětví. 11

Steady-state thermal analysis ( analýza ustáleného tepelného stavu) Teplotní analýza se využívá pro zjištění teplot, tepelných gradientů a měrného tepelného toku v tělese, které jsou zapříčiněny působením tepla neměnného v čase. Tato analýza řeší důsledky tepelného působení na těleso nebo jeho části. Může být lineární, s konstantními materiálovými vlastnostmi, nebo nelineární, s materiálovými vlastnostmi, které závisí na teplotě. Většinou se řeší analýza nelineární, i z důvodů působení sálavé a konvekční složky. Prvním krokem analýzy je stanovení geometrie. Uživatelské prostředí umožňuje využívat technické výkresy vytvořené v Cadu, tudíž výrazně usnadňuje modelování v programu samotném. V druhém kroku formulujeme chování jednotlivých částí tělesa. Stanoví se lineární a nelineární materiálové vlastnosti (u nelineárních rozlišujeme ortotropní a izotropní prvky). Důležitým parametrem je stanovení součinitele tepelné vodivosti materiálů. Po vložení materiálových vlastností se definuje vzájemné spojení částí tělesa. U tepelné analýzy je povoleno pouze pevné spojení částí. Dalším krokem je určení sítě, při kterém je těleso prostorově rozděleno do elementů a uzlů. Velikost sítě je automaticky vygenerována programem na základě tvaru a složitosti tělesa. Můžeme ji však změnit. Platí, že čím je síť hustější, tím složitější a zároveň přesnější výpočet je. Na základě problému, který chceme řešit, vybereme analýzu. Určí se zadání analýzy a počáteční podmínky. U teplotní analýzy se základní nastavení, tj. kontrola jednotlivých kroků, nastavuje pouze u nelineárních materiálů, kde se rychle mění vlastnosti v průběhu času. Při zadání počátečních podmínek se stanoví počáteční teploty prostředí a materiálů. Dle zadané analýzy můžeme zjistit maximální a minimální hodnoty teploty na povrchu konstrukce či tepelný tok.

- 17 -

2.5

Společnost Haas-Fertigbau Stavební společnost HAAS FERTIGBAU je společnost s kvalitním zázemím a

dlouholetou tradicí- její kořeny v Čechách sahají v oblasti výstavby montovaných staveb na bázi dřeva až do roku 1918, v devadesátých letech 20. století se pak stala z původně ryze české společnosti přímou součástí významné evropské skupiny HAAS GROUP se sídlem v bavorském Falkenbergu. Tato skupina patří se svými 27 podniky k předním evropským stavebním společnostem, zabývajícím se nejen výstavbou rodinných domů, ale i staveb bytové a občanské vybavenosti, průmyslových a zemědělských hal, objektů pro sport apod. Systém staveb Haas Fertigbau klade důraz na kvalitu výstavby, nízkou energetickou náročnost a šetrnost k životnímu prostředí. Kvalita a jakost výstavby je dozorována tuzemskými i zahraničními nezávislými kontrolními orgány (Český institut TAZÚS, kontrolní institut v Mnichově). Veškeré prvky a konstrukce používané při stavbě jsou atestovány a certifikovány. Zárukou krátké doby výstavby a rychlosti dodávky stavby je i současný rozvoj společnosti, která se vedle výstavby rodinných domů zabývá i dodávkami střešních konstrukcí, krovů, vazníkových konstrukcí, lepených konstrukčních prvků atd. Hlavním výrobním centrem společnosti se stal výrobní závod v Chanovicích, který se zabývá zpracováním dřeva, výrobou stavebních materiálů a prvků na bázi dřeva, ať již deskového charakteru, jako jsou např. vícevrstvé desky, spárovky apod., tak i atypických lepených vazníkových prvků, ohýbaných střešních nosníků, až po zpracování dřevního odpadu na výrobu pelet sloužících pro ekologické vytápění.

Obr.7 Sklad řeziva ve výrobním závodě

Obr.6 Výrobní závod v Chanovicích

- 18 -

Za společností Haas Fertigbau stojí jak realizace jednotlivých staveb konkrétních klientů, tak i řada velkých projektů. Zde stojí za zmínku např. zainvestování více než 100 pozemků a výstavba rodinných domů v Mladé Boleslavi, výstavba 10 individuálních řadových apartmánů realizovaných v rámci plzeňského golfového hřiště Dýšina a další rozsáhlá výstavba po celém území nejen České republiky, ale také v zahraniční – např. výstavba 87 rodinných domů v rámci Olympijského městečka pro OH 2006 v italském Pragelatu. Společnost již také podruhé získala státní mandát pro rozsáhlou výstavbu nových rodinných domů. Poprvé v roce 2002 kdy postavila v rámci podpůrného vládního programu s názvem „Domy velké vody “ celkem 40 rodinných domů za rekordní čas 2,5 měsíce. Podruhé v letním období 2009, kdy zasáhly Českou republiku rozsáhlé povodně s lokálními záplavami především v Moravskoslezském kraji, kde společnost zrealizovala celkem 34 rodinných bytových domů s 44 novými bytovými jednotkami. 2.5.1 Vzorové domy na výstavišti v Brně

Mimo výše uvedené realizované projekty postavila společnost vzorové domy po celé České republice. Dva z nich můžeme najít ve Stavebním centru Eden 3000, v areálu Výstaviště v Brně, a to patrový dům Basic Line Avanti a jednopodlažní dům s označením Top Line 140. Oba tyto domy jsou přístupny veřejnosti k prohlídce.

Obr.8 Top Line 140

Obr.9 Basic Line Avanti

U vzorového domu Basic Line Avanti s dispozicí 6+1 a půdorysnou plochou 91,69 m2 nalezneme v přízemí 3 obytné místnosti s kuchyní a koupelnou, v podkroví taktéž 3 obytné místnosti, technické zázemí a koupelnu. Celková užitná plocha domu je 153,44 m2. Vstup do domu je orientován na jihovýchod. Garáž i zastřešené stání se

- 19 -

nachází u domu, není tedy propojeno s obytnou částí.

Jednopodlažní dům Top Line 140, také označovaný jako bungalov, je dispozičně

řešen jako 4+1 s podlahovou plochou 116,81 m2, a celkovou užitnou plochou 97,26 m2 . Půdní prostory nejsou řešeny jako podkroví, ale lze je využít k úložnému účelu. K domu je připojena zastřešená terasa.

2.5.2 Konstrukční řešení staveb

Oba vzorové domy jsou dřevostavby s rámovou konstrukcí. Prefabrikované díly stavby (stěny, strop, střešní konstrukce) jsou předem připraveny ve výrobním závodě a montáž probíhá na základové desce stavby. Stěny jsou k sobě připevněny pomocí speciálních šroubů, které zajišťují dokonalou stabilitu stěn a jejich vzájemnou polohu. Ke spodní stavbě se všechny stěny kotví pomocí ocelových profilů s odpovídajícími kotvícími prostředky. Obvodové stěny jsou v místě styku se spodní stavbou (základová konstrukce nebo stropní konstrukce sklepa) chráněny proti vlhkosti bitumenovým nátěrem.

Obr.10 Spojení stěn pomocí šroubu

Obr.11 Ochrana proti vlhkosti

Střešní konstrukce sedlového tvaru u domu Basic Line Avanti, se sklonem střešních rovin 38°, je provedena jako vaznicová soustava. Půdní prostory u bungalovu jsou řešeny jako konstrukce příhradových vazníků, složeny z horní (tlačené) a dolní (tažené) pásnice, které jsou vzájemně spojeny pomocí diagonál (smrkové řezivo).

- 20 -

Styčníkové desky jsou spojeny ocelovými destičkami z pozinkovaného plechu. V nejvyšším místě má konstrukční výšku 2,753 m. Standardní střešní přesahy na okapové straně činí 650 mm, na štítové straně 350 mm.

Obr.12 Půdní prostory u bungalovu-styčníkové desky, odvětrání digestoře přes střechu

2.5.3

Způsoby vytápění

V patrovém domě Basic Line Avanti je příprava tepla zajišťována elektrokotlem o výkonu 18 kW, s bezdrátovým prostorovým termostatem s týdenním programem. Příprava teplé užitkové vody je zajišťována v elektricky vyhřívaném zásobníku o objemu 120 litrů. Kompletní rozvody ústředního systému vytápění jsou provedeny v plastovém systému s tepelnou izolací v rozsahu od horní hrany spodní stavby (základová konstrukce) včetně deskových otopných těles s termohlavicemi. U jednopodlažního domu Top Line 140 zajišťuje přípravu tepla tepelné čerpadlo geoTHERM systému vzduch/voda od firmy Vaillant. Je určeno pro vnitřní instalaci a má tepelný výkon 7,7-10,3 kW. Toto čerpadlo je doplněno zásobníkem geoSTOR VIH RW 300 o objemu teplé vody 285 litrů. Na severovýchodní straně domu je osazeno pět fotovoltaických panelů SunPower SPR-215-WHT od firmy Livela s.r.o. Pomocí měniče napětí SMA 1100 DXH se přemění stejnosměrný elektrický proud získaný z fotovoltaických panelů na proud střídavý (40 V stejnosměrného na 230 V střídavého). Výkon panelu na m2 plochy panelu je 181 Wp/m2 (jednotka Wp [wat pík] udává výkon při ideálních podmínkách tj, sluneční světlo o intenzitě 1000 W/m2 dopadá kolmo na panel při teplotě 25°C).

- 21 -

3

Metodika

Veškeré metodické postupy a výpočty vychází z platných norem týkajících se tepelnětechnických vlastností budov.

3.1 Stanovení součinitele prostupu tepla konstrukcí

3.1.1

Dle ČSN EN ISO 6946 (73 0558)

(Stavební prvky a stavební konstrukce- Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla- Výpočtová metoda)

Pro konstrukci, ve které nelze uvažovat jednorozměrné šíření tepla, se součinitel prostupu tepla U, ve W/(m2.K), stanoví z celé plochy nebo z opakujícího se charakteristického výseku. A to dle vztahů: kde: Rt = celkový tepelný odpor konstrukce [W/(m2.K)] R´= horní mez odporu při prostupu tepla, stanovená z výseků konstrukce rovnoběžných s tepelným tokem [W/(m2.K)] R´´= dolní mez odporu při prostupu tepla, stanovená z vrstev kolmých na tepelný tok [W/(m2.K)] Aa = plocha mimo tepelný tok [m2] Ab = plocha tepelného mostu [m2] A = celková plocha charakteristického výseku [m2] f = poměrné plochy každého výseku, bezrozměrné e = odhad maximální relativní chyby přibližného výpočtu [%]

Vertikální vnější plášť má účinnou vrstvu od interiérové úpravy (tapety) po otevřenou (větranou) vzduchovou mezeru. Parozábrana se do výpočtu prostupu tepla nezahrnuje, a to z důvodů zanedbatelného tepelného odporu. Skutečná chyba výpočtu je mnohem menší než vypočtená maximální relativní chyba. Touto chybou se může hodnotit při rozhodnutí zda je přesnost výpočtu přijatelná, s ohledem na účel výpočtu, či přesnost vstupních údajů.

- 22 -

3.1.2

Dle ČSN 73 0540-4

(Tepelná ochrana budov- Část 4: Výpočtové metody)

Součinitel prostupu tepla hodnotí vliv celé konstrukce a k ní přilehlých vzduchových vrstev na šíření tepla prostupem. Je odvozen z tepelného odporu konstrukce R. Vzájemný vztah součinitele prostupu tepla U a tepelného odporu konstrukce R je dán vztahy:

kde:

U = součinitel prostupu tepla [W/(m2.K)]

αi,e = součinitel přestupu tepla na vnitřní, vnější straně [W/(m2.K)] R = tepelný odpor konstrukce [(m2.K)/W] Ri,e = odpor při přestupu tepla na vnitřní, vnější straně d = vzdálenost (tloušťka materiálu) [m]

λ = součinitel tepelné vodivosti [W/(m.K)]

Součinitel prostupu tepla U a tepelný odpor konstrukce R musí zahrnovat vliv tepelných mostů v konstrukci obsažených. Z takto stanoveného tepelného odporu konstrukce je výhodné stanovit ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti λekv pro vybranou vrstvu, které se přisoudí vliv vícerozměrného šíření tepla. Je-li pro opakující se konstrukční uspořádání takto stanovená ekvivalentní hodnota, pak ji lze uplatnit pro výpočet po jednotlivých vrstvách řazených za sebou.

Obr.13 Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti 3.2 Přenos tepla nevytápěným prostorem

3.2.1

Dle ČSN EN ISO 6946 (73 0558)

(Stavební prvky a stavební konstrukce- Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla- Výpočtová metoda)

Jestliže vnější obálka nevytápěného prostoru není izolována, mohou se použít zjednodušené postupy, které zacházejí s nevytápěným prostorem jako by to byl tepelný odpor. Součinitel prostupu tepla rovného izolovaného stropu včetně přilehlého

- 23 -

nevytápěného podstřešního prostoru s šikmou střechou bez tepelné izolace, se stanoví z tepelného odporu izolovaného stropu zvýšeného o tepelný odpor náhradní stejnorodé vrstvy. Pro střechu s taškovou krytinou s bedněním, nebo prkenným podbitím je tepelný odpor náhradní vrstvy roven 0,2 W/(m2.K). Takto získaný součinitel prostupu tepla lze využít jen pro výpočty měrné ztráty prostupem tepla. Pro hodnocení konstrukce z hlediska prostupu tepla se využije následujícího vztahu:

kde:

Aj = plocha stropní konstrukce [m2] Au = plocha střešní konstrukce [m2]

3.3 Infračervená metoda (ČSN EN 13187 Tepelné chování budov- Kvalitativní určení tepelných nepravidelností v pláštích budovInfračervená metoda)

Pro určení tepelných nepravidelností v pláštích budovy se využívá metody termografie. Ta stanovuje a znázorňuje rozložení povrchové teploty pomocí měření hustoty infračerveného záření z povrchu včetně vyhodnocení přibližných mechanismů způsobujících nepravidelnosti v tepelných obrazech. Termogram (snímací zařízení) zobrazuje tepelný obraz dokumentovaný fotografií s rozložení zdánlivých teplot na povrchu. Termografická zkouška stavebních částí zahrnuje:

•

stanovení rozložení povrchových teplot v části obvodového pláště z rozložení zdánlivé sálavé teploty pomocí snímacího zařízení infračerveného záření

•

zjištění, zda je toto rozložení povrchové teploty „netypické“ (abnormální), tj. je-li způsobeno např. poruchami izolace, obsahem vlhkosti nebo pronikáním vzduchu

•

posouzení typu a rozsahu poruch

Teplotní rozdíl mezi vnitřní a vnější stranou obvodového pláště musí být dostatečně velký, aby umožnil zjistit tepelné nepravidelnosti. Je lepší provádět termografickou zkoušku při konstantní teplotě a tlakovém rozdílu mezi vnitřní a vnější stranou obvodového pláště. Při hodnocení se berou v úvahu následující faktory: vlastnosti

- 24 -

obvodového pláště (typy a polohy vytápěcích zařízení, nosných konstrukčních prvků a izolačních vrstev), sálavé vlastnosti povrchů, klimatické podmínky a vliv okolního prostředí. Rozložení teplot se vyhodnocuje podle termogramů.

3.4 Vnitřní povrchová teplota Pomocí nejnižší vnitřní povrchové teploty se hodnotí možnost nepříznivého působení kritické povrchové vlhkosti. V zimním období musí konstrukce v prostorách s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φi vykazovat v každém místě vnitřní povrchovou teplotu θsi ve °C. Tato vnitřní povrchová teplota θsi nesmí být nižší nebo rovna požadované hodnotě nejnižší povrchové teploty θsiN, jinak dojde k povrchové kondenzaci, která může způsobit růst plísní a problémy s tím spojené. Požadovaná hodnota nejnižší vnitřní povrchové teploty je stanovená ze vztahu: 8

kde:

θsi,cr – teplota, při níž by vnitřní vzduch s návrhovou teplotou a relativní vlhkostí vzduchu dosáhl kritické vnitřní povrchové vlhkosti

∆ θsi – bezpečnostní teplotní přirážka

Obr.14 Izotermy vedoucí pře rohové spojení stěn (kouty) Nejnižší vnitřní povrchová teplota se hledá v kritických detailech konstrukcí vyznačujících se zvýšeným tokem tepla, tedy právě v oblasti tepelného mostu v konstrukci a tepelné vazby mezi konstrukcemi, popř. jejich spolupůsobení. Rozhodující je vždy nejnižší ze zjištěných vnitřních povrchových teplot kritických detailů konstrukcí. 8

- 25 -

•

pro neprůsvitné konstrukce

K riziku kondenzace vodní páry dochází při zvýšení relativní vlhkosti vnitřního vzduchu nad kritickou vlhkost 80%, které je dosaženo při poklesu teploty vzduchu pod kritickou teplotu θsi,80 ve °C. Tato kritická teplota se pro vnitřní vzduch o teplotě θi [°C], relativní vlhkosti φi [%] a částečném tlaku pv [Pa] stanoví dle rovnice: pv,sat,80 = pv/0,8

kde: pv,sat,80 – částečný tlak nasycených vodních par vyjádřený pro kritickou teplotu θsi,80 [Pa]

•

pro průsvitné konstrukce

Při poklesu teploty pod teplotu rosného bodu θw dochází ke kondenzaci vodní páry, která se pro vnitřní vzduch o teplotě θi, relativní vlhkosti φi a částečném tlaku pvi stanoví dle rovnice:

pro zjištění částečného tlaku nasycené vodní páry se použijí vztahy: a) -20°C ≤ θi < 0°C

b) 0°C ≤ θi < 30°C

c) 30°C < θi < 60°C

Teplotu rosného bodu θw lze tedy stanovit v závislosti na částečném tlaku vodní páry dle: a) pro pv ≥ 610,8 Pa

b) pro pv < 610,8 Pa

- 26 -

3.5 Řešení teplotního pole programem Ansys Workbench

Vytvořené modely v programu Ansys Workbench simulují tepelný tok přes danou konstrukci. Barevné rozlišení znázorňuje místa s různou hodnotou tepelného toku. Nejvyšší hodnota je označena červenou barvou, minimální tmavě modrou barvou. Analýza steady-state thermal umožňuje i zobrazení průběhu teplot (teplotních křivek) danou konstrukcí. V místech napojení dvou konstrukcí, v místě koutů apod. dochází k zakřivení izoterem, stejně jako u tepelných mostů. Modely simulují tepelný tok prostupem tepla, přičemž se zohledňuje přestup tepla od okolního prostředí (pomocí součinitele přestupu tepla αi a αe). Okrajové podmínky

αi = 8 W/(m2.K) αe = 23 W/(m2.K) θi = 21 °C θe = -15 °C

Obr.15 Zadání okrajových podmínek řešeného modelu

Každá část konstrukce je charakterizována materiálovými vlastnostmi (viz. Tab.3). U tepelných vlastností jsou důležité hodnoty tepelné vodivosti λ [W/(m.K)] a měrné tepelné kapacity c [J/(kg.K)]. Model se rozdělí pomocí nástroje „Mesh“ na síť. V každém bodu této sítě dojde k výpočtu diferenciální rovnice popisující tepelný tok. Hustota sítě je variabilní a čím hustější síť je, tím přesnější je i výpočet.

Obr.17 Rozložení teplot

Obr.16 „Meshing“

- 27 -

4

Výsledky

4.1 Výpočet součinitele prostupu tepla konstrukcí a jeho porovnání s normovými hodnotami •

Obvodová stěna

•

Stropní konstrukce

•

Střešní konstrukce

•

Podlahová konstrukce

Soupis materiálů použitých při výpočtech KONSTRUKCE

Obvodová stěna

Stropní konstrukce bungalov

Stropní konstrukce patrový dům

Střešní konstrukce

Podlahová konstrukce

POUŽITÝ MATERIÁL Sádrokarton Dřevotřísková deska V 20 Smrkové řezivo Minerální vata Dřevotřísková deska V 100 Polystyren Sádrokarton Podhledové laťování Minerální vata Smrkové řezivo Vzduchová mezera Podlahová krytina-koberec Monolitická mazanina Fólie zpěněného polyethylenu Podlahový polystyren Dřevotřísková deska Smrkové řezivo Vzduchová mezera Minerální vata Podhledové laťování Sádrokarton Sádrokarton Podhledové laťování Minerální vata Smrkové řezivo Podlahová krytina-koberec Betonová deska B15 Podlahový polystyren Podlahový polystyren Betonová deska B20

ZDROJ VLASTNOSTÍ Rigips, DIN EN 520, typ A, A2-s1 ČSN EN 13 986, P4 Požgaj, tabulky Rockwool, DIN EN 13501-1 ČSN EN 13 986, P5 Rigips, EPS 100 F Rigips, DIN EN 520, typ A, A2-s1 Požgaj, tabulky Rockwool, DIN EN 13501-1 Požgaj, tabulky ČSN 73 0540-3 (2005) ČSN 73 0540-3 (2005) ČSN 73 0540-3 (2005) ČSN 73 0540-3 (2005) EPS 150 S ČSN EN 13 986, P4, D-s2 Požgaj, tabulky ČSN 73 0540-3 (2005) Rockwool, DIN EN 13501-1, A1 Požgaj, tabulky Rigips, DIN EN 520, typ DF, A2-s1 Rigips, DIN EN 520, typ A, A2-s1 Požgaj, tabulky Rockwool, DIN EN 13501-1, A1 Požgaj, tabulky ČSN 73 0540-3 (2005) ČSN 73 0540-3 (2005) EPS 150 S EPS 100 Z ČSN 73 0540-3 (2005)

Tab.3 Výpis použitých materiálů při výpočtech

- 28 -

OBVODOVÁ STĚNA– vzorový dům Top Line 140

140 55

283

a

b

55

625

MATERIÁL 1 2 3 4 5 6

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K] 0,23 0,18 0,11 0,04 0,12 0,04

d [m] 0,0125 0,0130 0,1400 0,1400 0,0130 0,1000

R [W/m².K] 0,0543 0,0722 1,2727 3,5000 0,1083 2,5000

Sádrokarton Dřevotřísková deska V 20 Smrkové řezivo Minerální vata Dřevotřísková deska V 100 Polystyren

Tab.4 Výpis materiálových vlastností obvodové stěny 1 •

Výpočet dle metody z horní a dolní meze

kde: Rt = celkový tepelný odpor konstrukce [(m2.K)/W] R´= horní mez odporu při prostupu tepla, stanovená z výseků konstrukce rovnoběžných s tepelným tokem [m2.K)/W] R´´= dolní mez odporu při prostupu tepla, stanovená z vrstev kolmých na tepelný tok [(m2.K)/W] Aa = plocha mimo tepelný tok [m2] Ab = plocha tepelného mostu A = celková plocha charakteristického výseku [m2] f = poměrné plochy každého výseku, bezrozměrné e = odhad maximální relativní chyby přibližného výpočtu [%]

- 29 -

Rsi = 1/8 = 0,125 Rse = 1/23 = 0,044 Ra = Rsi+R1+R2+R4+R5+R6+Rse = 6,4034 (m2.K)/W Rb = Rsi+R1+R2+R3+R5+R6+Rse = 4,1761 (m2.K)/W Aa = 0,570 . 0,283 = 0,1613 m2

plocha mimo tepelný most

Ab = 0,055 . 0,283 = 0,0156 m2

plocha tepelného mostu

A = 0,625 . 0,283 = 0,1769 m2

plocha charakteristického výseku

fa = Aa/A = 0,912

fb = Ab/A = 0,088

1/R´= fa/Ra + fb/Rb = 0,1424 + 0,0211 = 0,1635 R´= 6,116 (m2.K)/W horní mez odporu při přestupu tepla 1/Reg = fa/R4 + fb/R3 = 0,2606 + 0,0691 = 0,3297 Reg = 3,033 (m2.K)/W R´´= Rsi+ R1+R2+Reg+R5+R6+ Rse = 5,937 (m2.K)/W dolní mez odporu při přestupu tepla Rcelk = (R´+ R´´)/2= 6,027 (m2.K)/W •

U=1/Rcelk= 0,17 W/(m2.K)

Výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty součinitele tepelné vodivosti

kde: U = součinitel prostupu tepla [W/(m2.K)] αi,e = součinitel přestupu tepla na vnitřní, vnější straně [W/(m2.K)] R = tepelný odpor konstrukce [(m2.K)/W] Ri,e = odpor při přestupu tepla na vnitřní, vnější straně [(m2.K)/W] d = vzdálenost (tloušťka materiálu) [m] λ = součinitel tepelné vodivosti [W/(m.K)] L = délka výseku [m]

- 30 -

Rsi = 1/8 = 0,125 Rse = 1/23 = 0,044 λekv = (λ3.L3 + λ4.L4)/( L3 + L4) = (0,00605+0,02280)/0,625 = 0,046 W/m.K Rekv = d/λekv = 0,140/0,046 = 3,043 (m2.K)/W Rcelk = Rsi+R1+R2+Rekv+R5+R6+Rse = 5,947 (m2.K)/W U = 1/Rcelk= 0,17 W/(m2.K) •

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,17 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,30 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,20 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro vnější stěnu vyhověla požadované i doporučené hodnotě dle normy ČSN 730540-2.

- 31 -

OBVODOVÁ STĚNA– vzorový dům Basic Line Avanti

140

223

a

b

55

55 625

MATERIÁL 1 2 3 4 5 6

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K] 0,23 0,18 0,11 0,04 0,12 0,04

d [m] 0,0125 0,0130 0,1400 0,1400 0,0130 0,0400

R [W/m².K] 0,0543 0,0722 1,2727 3,5000 0,1083 1,0000

Sádrokarton Dřevotřísková deska V 20 Smrkové řezivo Minerální vata Dřevotřísková deska V 100 Polystyren

Tab.5 Výpis materiálových vlastností obvodové stěny 2 •

Výpočet dle metody z horní a dolní meze Rsi

Rse

Ra

Rb

Aa

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W]

0,125

0,044

4,9034

2,6761

R´

R´´

[m2]

Ab

A

[m2]

[m2]

fa

fb

[-]

[-]

0,1271 0,0123 0,139 0,914 0,088 Rcelk

U

4,497

0,22

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

4,562 •

4,432

Výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty součinitele tepelné vodivosti Rsi

Rse

λekv

Rekv

Rcelk

U

0,125

0,044

0,046

3,043

4,447

0,22

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m.K)] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

•

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,22 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,30 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,20 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro vnější stěnu vyhověla požadované hodnotě normy ČSN 730540-2. - 32 -

STROPNÍ KONSTRUKCE- bungalov

MATERIÁL 1 2 3 4 5

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K] 0,11 0,04 0,12 0,23 0,185

d [m] 0,2000 0,1400 0,0370 0,0125 0,0370

R [W/m².K] 1,8182 3,5000 0,3083 0,0543 0,2000

Smrkové řezivo Minerální vata Podhledové laťování Sádrokarton Vzduchová mezera

Tab.6 Výpis materiálových vlastností stropní konstrukce 1 •

Výpočet dle metody z horní a dolní meze

Rsi

Rse

Ra

Rb

Rc

Rd

0,10

0,04

4,0026

2,3208

3,8943

2,2125

Aa,c

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W]

•

fa

fb

[-]

[-]

R´

0,9502

0,0498

R´´

Ab,d

[m2]

A

[m2]

0,1995 0,01045

Rcelk

U

3,747

0,27

[m2]

0,20995

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

3,752

3,741

Výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty součinitele tepelné vodivosti Rsi

Rse

λekv

Rekv

Rcelk

U

0,10

0,04

0,044

3,182

3,885

0,26

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m.K)] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

•

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,27 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,30 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,20 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro stropní konstrukci pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace) vyhověla požadované hodnotě normy ČSN 730540-2.

- 33 -

a

55

1050

d

c

55

1050

ŘEZ A

ŘEZ B

177

A

12,5

190

B

37

12,5

190

140

b

- 34 -

STROPNÍ KONSTRUKCE- patrový dům Součinitel tepelné vodivosti

MATERIÁL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Podlahová krytina-koberec Monolitická mazanina Fólie zpěněného polyethylenu Polystyren Dřevotřísková deska Smrkové řezivo Vzduchová mezera Minerální vata Podhledové laťování Sádrokarton Vzduchová mezera

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K]

d [m]

R [W/m².K]

0,065 1,30 0,34 0,036 0,18 0,11 0,283 0,04 0,12 0,23 0,10

0,0010 0,0500 0,0050 0,0600 0,0160 0,2000 0,0600 0,1400 0,0200 0,0125 0,0200

0,0154 0,0385 0,0147 1,6667 0,0889 1,8182 0,2120 3,5000 0,1667 0,0543 0,2000

Tab.7 Výpis materiálových vlastností stropní konstrukce 2 •

Výpočet dle metody z horní a dolní meze

Rsi

Rse

Ra

Rb

Rc

Rd

0,10

0,10

5,9572

4,0634

6,1291

4,0967

R´´

Rcelk

U

5,791

0,17

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W]

•

fa

fb

[-]

[-]

0,9502

0,0498

R´

Aa

Ab

[m2]

[m2]

0,3927

A [m2]

0,0206 0,4133

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

5,988

5,808

Výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty součinitele tepelné vodivosti Rsi

Rse

λekv

Rekv

Rcelk

U

0,10

0,10

0,044

3,38

5,625

0,18

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m.K)] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

•

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,18 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,60 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,40 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro stropní konstrukci z vytápěného prostoru k nevytápěnému prostoru vyhověla požadované i doporučené hodnotě normy ČSN 730540-2.

- 35 -

b

ØEZ A

a

200

374

PODLAHA • podlahová krytina 10 mm • monolitická mazanina 50 mm • polyethylenová fólie • fólie zpěněného polyethylenu 5 mm • desky z pěnového polystyrenu 60 mm

30

A

92x140 1050

d

c

60 44

276

55x200

55

SM øezivo 40x200 Polyethylenová fólie

200

374

20

92x140

55

1050

- 36 -

STROPNÍ KONSTRUKCE dřevotřísková deska 16 mm masivní nosná kce 200 mm minerální izolace 140 mm podhledové laťování 20 mm sádrokartonová deska 12,5 mm

• • • • •

Plechová okapnice

STŘEŠNÍ KONSTRUKCE- vzorový dům Basic Line Avanti

MATERIÁL 1 2 3 4

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K] 0,23 0,12 0,04 0,11

d [m] 0,0125 0,0200 0,2000 0,2000

R [W/m².K] 0,0543 0,1667 5,0000 1,8182

Sádrokarton Podhledové laťování Minerální vata Smrkové řezivo

Tab.8 Výpis materiálových vlastností střešní konstrukce 1 •

Výpočet dle metody z horní a dolní meze

Rsi

Rse

Ra

Rb

Aa

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W]

0,11

0,04

5,3710

2,1892

R´

R´´

[m2]

Ab

A

[m2]

[m2]

fa

fb

[-]

[-]

0,12834 0,01395 0,14229 0,902 0,098 Rcelk

U

4,670

0,21

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

4,701 •

4,639

Výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty součinitele tepelné vodivosti Rsi

Rse

λekv

Rekv

Rcelk

U

0,11

0,04

0,047

4,255

4,626

0,22

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m.K)] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

•

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,22 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,24 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,16 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro střešní konstrukci se sklonem do 45° včetně, vyhověla požadované hodnotě normy ČSN 730540-2.

- 37 -

STŘEŠNÍ PLÁŠŤ • Betonová střešní krytina, hladká • Dřevěné laťování 30 mm • Dřevěné kontralaťování 30 mm • Difuzní fólie • Masivní dřevěná konstrukce 200 mm • Desky z minerální vlny 200 mm • Podhledové laťování 20 mm • Polyethylenová fólie • Sádrokartonová deska 12,5 mm

60

- 38 -

a

200

232.5

b

552

60

PODLAHOVÁ KONSTRUKCE- vzorový dům Basic Line Avanti •

dle ČSN 73 0540-4 • • • • • • • • • • •

MATERIÁL 1 2 3 4

Podlahová krytina 10 mm Monolitická mazanina 40 mm Polyethylenová fólie Desky z podlahového pěnového polystyrenu EPS 150 S 80 mm Betonová deska B20 150 mm Separační textilie Netex 300 g/m2 Hydroizolační fólie Fatrafol 803 Separační textilie Netex S 400 g/m2 Betonová deska B15 70 mm Štěrkopískový podsyp, hutněný na únosnost 150 kPa, 200 mm Podloží

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K] 1,010 1,300 0,038 1,360

d [m] 0,0100 0,0500 0,1000 0,1500

R [W/m².K] 0,0099 0,0385 2,6316 0,1103

Podlahová krytina Betonová deska B15 Polystyren EPS 100 Z Betonová deska B20

Tab.9 Výpis materiálových vlastností podlahové konstrukce 1 Rsi

Rse

Ra

Rcelk

U

0,17

0,04

2,7903

3,00

0,33

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

•

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,33 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,45 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,30 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro podlahu přilehlou k zemině vyhověla požadované hodnotě normy ČSN 730540-2.

- 39 -

PODLAHOVÁ KONSTRUKCE- vzorový dům Top Line 140 •

dle ČSN 73 0540-4 • • • • • • • • • • •

MATERIÁL 1 2 3 4

Podlahová krytina 10 mm Monolitická mazanina 50 mm Polyethylenová fólie Desky z podlahového pěnového polystyrenu EPS 100 Z 100 mm Betonová deska B20 150 mm Separační textilie Netex 300 g/m2 Hydroizolační fólie Fatrafol 803 Separační textilie Netex S 400 g/m2 Betonová deska B15 70 mm Štěrkopískový podsyp, hutněný na únosnost 150 kPa, 200 mm Podloží

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λ[W/m.K] 1,010 1,300 0,036 1,360

d [m] 0,0100 0,0400 0,0800 0,1500

R [W/m².K] 0,0099 0,0308 2,2222 0,1103

Podlahová krytina Betonová deska B15 Polystyren EPS 150 S Betonová deska B20

Tab.10 Výpis materiálových vlastností podlahové konstrukce 2 Rsi

Rse

Ra

Rcelk

U

0,17

0,04

2,3732

2,583

0,39

[(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [(m2.K)/W] [W/(m2.K)]

•

Porovnání s normovou hodnotou

vypočtená hodnota

U = 0,39 W/(m2.K)

požadovaná hodnota

U = 0,45 W/(m2.K)

doporučená hodnota

U = 0,30 W/(m2.K)

Hodnota součinitele prostupu tepla pro podlahu přilehlou k zemině vyhověla požadované hodnotě normy ČSN 730540-2. - 40 -

4.2 Výpočet energetické náročnosti budovy

4.2.1 •

Hodnocený objekt (půdorys a pohledy) Basic Line Avanti

Obr.18 Půdorys domu Basic Line Avanti

Obr.19 Pohledy domu Basic Line Avanti

- 41 -

•

Top Line 140

Obr.20 Půdorys domu Top Line 140

Obr.21 Pohledy domu Top Line 140

Konkrétní hodnoty a okótované výkresy, z kterých se vychází při výpočtech ENB, jsou uloženy v příloze.

- 42 -

4.2.2

Vstupní data

•

Podklady k domu Basic Line Avanti

Přízemí OS1 OS2 OS3 OS4 OS5 OS6 OS7a OS7b OS7c OS7d OS7e OS8 VS1 VS2 VS3 VS4 VS5 VS6 VS7

šířka [m] výška [m] délka [m] 0,223 2,5 5,811 0,223 2,5 0,267 0,223 2,5 4,295 0,223 2,5 9,332 0,223 2,5 9,660 0,223 2,5 2,030 0,223 2,5 0,158 0,223 2,5 1,237 0,223 2,5 1,200 0,223 2,5 1,237 0,223 2,5 0,158 0,223 2,5 3,900 0,144 2,5 3,691 0,144 2,5 3,185 0,192 2,5 4,784 0,144 2,5 3,849 0,144 2,5 2,228 0,144 2,5 3,849 0,144 2,5 3,835

objem [m³] 3,240 0,149 2,394 5,203 5,385 1,132 0,088 0,690 0,669 0,690 0,088 2,174 1,329 1,147 2,296 1,386 0,802 1,386 1,381

Vytápěná zóna vnější objem = 408,272 m³ celková plocha zóny = 185,824 m² podíl vnitřních a obvodových zdí = 12 %

Obr.22 BL Avanti

Tab.11 Popis stěn- přízemí Nevytápěná zóna šířka [m] OS1 OS2 OS3 OS4

0,223 0,223 0,223 0,223

Garáž výška [m] délka [m] 2,5 2,5 2,5 2,5

objem [m³]

6,500 6,500 3,054 3,054

3,624 3,624 1,703 1,703

vnější objem = 56,875 m³ celková plocha zóny = 22,75 m² podíl vnitřních a obvodových zdí = 18,73 %

Tab.12 Popis stěn- garáž KONSTRUKCE Plocha prvku- jih Plocha prvku- jihovýchod Plocha prvku- jihozápad Plocha prvku- východ Plocha prvku- západ Plocha prvku- severozápad Plocha prvku- severovýchod Plocha prvku- sever Plocha prvku- horizontální

[m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²]

Obvodová stěna 2,120 27,425 30,137

Strop

Střecha

2,108 23,038 37,512

Okna 0,972 4,899 3,201

Podlaha

2,226

0,984 6,486 3,468 96,477 127,298

2,442

Tab.13 Orientace konstrukcí na světovou stranu

- 43 -

Dveře

96,477

OS1 OS2 OS3 OS4 OS5 OS6 VS1 VS2 VS3 VS4 VS5 VS6 VS7 VS8

šířka [m] 0,223 0,223 0,223 0,223 0,223 0,223 0,144 0,144 0,192 0,144 0,144 0,144 0,144 0,144

Podkroví výška [m] délka [m] 1,02 5,811 1,02 0,267 1,02 4,295 1,02 9,332 1,02 9,660 1,02 8,842 2,1 3,722 2,5 3,980 2,1 3,184 2,1 3,813 2,1 2,466 2,1 3,813 2,5 1,244 2,5 3,849

objem [m³] 1,322 0,061 0,977 2,123 2,197 2,011 1,126 1,433 1,284 1,153 0,746 1,153 0,448 1,386

Tab.14 Popis stěn- podkroví Vytápění: elektrokotel – výkon 18 kW účinnost výroby energie zdrojem 98 % ruční způsob regulace zdroje

Příprava teplé vody: zásobník TUV- elektricky vyhřívaný objem 120 litrů příkon pro ohřev 2 kW účinnost systému distribuce teplé vody 96 % účinnost sdílení energie v koncových prvcích 95 % spotřeba teplé vody 50 l/osoba/den.

- 44 -

•

OS1 OS2 OS3 OS4 OS5 OS6 VS1 VS2 VS3 VS4 VS5 VS6 VS7 VS8 VS9 VS10 VS11 VS12 VS13 VS14 VS15

Podklady k domu Top Line 140

Přízemí šířka [m] výška [m] délka [m] 0,283 2,4 2,939 0,283 2,4 7,010 0,283 2,4 8,055 0,283 2,4 6,310 0,283 2,4 4,990 0,283 2,4 1,895 0,144 2,4 2,002 0,144 2,4 5,492 0,192 2,4 0,730 0,192 2,4 2,072 0,192 2,4 3,908 0,144 2,4 2,072 0,192 2,4 0,600 0,144 2,4 0,894 0,144 2,4 2,802 0,144 2,4 2,602 0,144 2,4 1,252 0,144 2,4 1,796 0,144 2,4 3,412 0,144 2,4 0,448 0,144 2,4 1,344

objem [m³] 1,996 4,761 5,471 4,286 3,389 1,287 0,692 1,898 0,336 0,955 1,801 0,716 0,276 0,309 0,968 0,899 0,433 0,621 1,179 0,155 0,464

Vytápěná zóna vnější objem = 280,339 m³ celková plocha zóny = 116,808 m² podíl vnitřních a obvodových zdí = 11,72 %

Obr.23 Top Line 140

Tab.15 Popis stěn- přízemí 2

KONSTRUKCE Plocha prvku- jih Plocha prvku- jihovýchod Plocha prvku- jihozápad Plocha prvku- východ Plocha prvku- západ Plocha prvku- severozápad Plocha prvku- severovýchod Plocha prvku- sever Plocha prvku- horizontální

Obvodová stěna [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²] [m²]

Strop

Okna

15,030 19,260

5,955 4,704

19,332 16,824

3,799 5,955 116,808

Tab.16 Orientace konstrukcí na světovou stranu 2 Vytápění: tepelné čerpadlo – poháněné elektřinou, výkon 3,2 kW účinnost výroby energie zdrojem 98,5 % ruční způsob regulace zdroje výstupní teplota otopného média max. 55 °C zdroj nízkopotencionálního tepla- vzduch (7 °C)

- 45 -

Dveře Podlaha

2,507

116,808

COP tepelného čerpadla- 3 fotovoltaické články – plocha článku 5x1,24 m2 (6,2 m2) účinnost článku 12-15 % orientace článků na severovýchodní stranu sklon článků 30°

Příprava teplé vody zásobník TUV- v kombinaci s tepelným čerpadlem objem 285 litrů účinnost systému distribuce teplé vody 96 % účinnost sdílení energie v koncových prvcích 95 % spotřeba teplé vody 50 l/osoba/den

- 46 -

prosinec

listopad

říjen

z áří

srpen

červenec

červen

květen

duben

břez en

únor

leden

10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0

Graf.1 Roční dodaná energie v MJ u domu BL Avanti Leden Vytápění Příprava TV Osvětlení Pomocná energie CELKEM

MJ 7644,21 MJ 959,43 MJ 379,26 MJ 298,62 MJ 9281,52

Únor

Březen

Duben

Květen

Červen Červenec

6,247,13 959,43 311,89 269,72 1541,04

4866,21 959,43 259,49 298,62 6383,75

2661,97 959,43 212,09 288,99 4122,48

348,17 959,43 174,66 298,62 1780,88

0,00 959,43 162,18 288,99 1410,60

0,00 959,43 162,18 298,62 1420,23

Srpen

Září

Říjen

0,00 959,43 174,66 298,62 1432,71

290,24 959,43 217,08 288,99 1755,74

1926,68 959,43 257,00 298,62 3441,73

Listopad Prosinec 4354,17 959,43 309,40 288,99 5911,99

6528,02 959,43 374,27 298,62 8160,34

Tab.17 Měsíční hodnoty spotřebované energie domu BL Avanti

Graf č.1 ukazuje roční dodanou energii pro dům Basic Line Avanti. Spotřeba energie na přípravu teplé vody (TV) zůstává během roku neměnná. Spotřeba pomocné energie (elektrické), energie na osvětlení a hlavně na vytápění se během roku mění. Vytápění je největší položkou v celkové dodané roční energii, nejvyšší spotřeba energie je v zimním období (měsíc leden). - 47 -

4.2.3 Výstupy programu NKN a energetický štítek budovy

Spo třeb a en erg ie [MJ]

Roční dodaná energie [MJ]

prosinec

listopad

říjen

září

srpen

červenec

červen

květen

duben

březen

únor

4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0

leden

Spotřeba energie [MJ]

Roční dodaná energie [MJ]

Graf.2 Roční dodaná energie v MJ u domu Top Line 140 Vytápění Příprava TV Osvětlení Pomocná energie CELKEM

MJ MJ MJ MJ MJ

Leden 3116,06 287,83 237,56 296,19 3937,64

Únor 2580,90 287,83 195,36 267,53 3331,62

Březen 2170,20 287,83 162,54 263,65 2884,22

Duben 1413,13 287,83 132,85 223,65 2057,46

Květen 242,45 287,83 109,40 220,26 859,94

Červen Červenec 0,00 0,00 287,83 287,83 101,59 101,59 181,66 187,72 571,08 577,14

Srpen 0,00 287,83 109,40 187,72 584,95

Září 220,70 287,83 135,97 223,65 868,15

Říjen Listopad Prosinec 1199,96 1998,40 2749,38 287,83 287,83 287,83 160,98 193,80 234,43 274,50 276,14 296,19 1923,27 2756,17 3567,83

Tab.18 Měsíční hodnoty spotřebované energie domu Top Line 140 Graf č.2 ukazuje roční dodanou energii pro dům Top Line 140. Spotřeba energie na přípravu teplé vody (TV) se nemění. Spotřeba pomocné energie (elektrické), energie na osvětlení a na vytápění se během roku mění. Vytápění je největší položkou v celkové dodané roční energii, nejvyšší spotřeba energie je v zimním období (měsíc leden), nejnižší v období letním (měsíc červen).

- 48 -

PRŮKAZ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI BUDOVY Vzorový dům

Hodnocení budovy po realizaci stávající stav doporučení

Basic Line Avanti 209 m2

Celková podlahová plocha:

VELMI ÚSPORNÁ 0

kWh/m

2

třída EN

kWh/m

2

třída EN

A

50 51

70,4

B

B

97 98

C

142 143

D

191 192

E

240 241

F

286 286

G

>286

MIMOŘÁDNĚ NEHOSPODÁRNÁ Měrná vypočtená roční spotřeba energie v kWh/m2rok Celková vypočtená roční dodaná energie v GJ

70,44 52,89

-

Podíl dodané energie připadající na: Vytápění

Chlazení

Mechanické větrání

Teplá voda

Osvětlení a další spotřeba el.

Celkem

65,9%

0,0%

0,0%

21,8%

12,3%

100%

Doba platnosti průkazu Průkaz vypracoval

Bc. Eva Troppová Osvědčení č.:

Průkaz energetické náročnosti budovy je zpracován pomocí výpočetního nástroje NKN verze 2.06 Průkaz ENB splňuje požadavky §6a zákona č. 406/2000 Sb., ve znění pozdějších předpisů a vyhlášky č. 148/2007 Sb.

Tab.19 Průkaz energetické náročnosti budovy domu BL Avanti

49

PRŮKAZ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI BUDOVY Vzorový dům

Hodnocení budovy po realizaci stávající stav doporučení

Top Line 140 117 m2

Celková podlahová plocha:

VELMI ÚSPORNÁ 0

kWh/m

2

třída EN

kWh/m

2

třída EN

A

50 51

56,9

B

B

97 98

C

142 143

D

191 192

E

240 241

F

286 286

G

>286

MIMOŘÁDNĚ NEHOSPODÁRNÁ Měrná vypočtená roční spotřeba energie v kWh/m2rok Celková vypočtená roční dodaná energie v GJ

56,88 23,92

-

Podíl dodané energie připadající na: Vytápění

Chlazení

Mechanické větrání

Teplá voda

68,5%

0,0%

0,0%

14,4%

Osvětlení a Celk další em spotřeba el. 100 17,1% %

Doba platnosti průkazu Průkaz vypracoval

Bc. Eva Troppová Osvědčení č.:

Průkaz energetické náročnosti budovy je zpracován pomocí výpočetního nástroje NKN verze 2.06 Průkaz ENB splňuje požadavky §6a zákona č. 406/2000 Sb., ve znění pozdějších předpisů a vyhlášky č. 148/2007 Sb.

Tab.20 Průkaz energetické náročnosti budovy domu Top Line 140 50

4.3

Výpočet nejnižší povrchové teploty konstrukce vzhledem k povrchové kondenzaci

pro stěnovou konstrukci:

výpočet dle ČSN 73 0540-4 hodnoty dle ČSN 73 0540-3

podmínky prostředí: θi = 21°C (θsi,cr= 20 °C + ∆θsi= 1 °C), •

φi = 50 %

kritická vnitřní povrchová teplota θsi,cr = θsi,80 pro kritickou vnitřní povrchovou vlhkost φsi,cr = 80 %

pvi = (pv,sat . φi)/100 = (2485x50)/100 = 1242,5 Pa pv,sat,80 = (pvi . 100)/ φi,cr = (1242,5x100)/50 = 1553,12 Pa pro tuto hodnotu částečného tlaku nasycené vodní páry se interpolací stanoví odpovídající kritická vnitřní povrchová teplota θi = 13 °C ……….. pv,sat,80 = 1497 Pa θi = 14 °C ……….. pv,sat,80 = 1598 Pa pro výplně otvorů:

pro: pv,sat,80 = 1553,12 Pa ……..θsi,cr = 13,56 °C

výpočet dle ČSN 73 0540-4 hodnoty dle ČSN 73 0540-3

podmínky prostředí: θi = 21°C •

φi = 50 %

teplota rosného bodu θw v závislosti na částečném tlaku vodní páry pv

θsi,cr = 10,19 °C pv,sat = 288,68.[1,098 + (θi/100)]8,02 = 288,68.[1,098 + (21/100)]8,02 = 2486,63 Pa pv = (pv,sat . φi)/100 = (2486,63x50)/100 = 1243,32 Pa θw = (236. ln 1243,32 – 1513,867)/(23,59 – ln 1243,32) = 10,19 °C Kritická vnitřní povrchová teplota pro otvorovou výplň je rovna θsi,cr = 10,19 °C.

- 51 -

4.4

Přenos tepla přes nevytápěné prostory u bungalovu •

dle ČSN EN ISO 6946 (73 0558)

plocha stropní konstrukce

Aj = 116,8 m2

plocha střešní konstrukce

Au = 2335,72 m2

RU = 0,09 + 0,4.(Aj/Au) = 0,09 + 0,02 = 0,11 Rcelk = Rstropu + Ru = 3,706 + 0,11 = 3,816 (m2.K)/W U = 1/Rcelk = 0,26 W/(m2.K) •

dle ČSN 06 0210

(Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění)

Konstrukce stropu MATERIÁL 1 2 3 4 5

Smrkové řezivo Minerální vata Podhledové laťování Sádrokarton Vzduchová mezera

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λi [W/m.K] 0,11 0,04 0,12 0,23 0,185

di [m] 0,2000 0,1400 0,0370 0,0125 0,0370

Ri [W/m².K] 1,8182 3,5000 0,3083 0,0543 0,2000

Tab.21 Materiálové vlastnosti stropní konstrukce Konstrukce střechy MATERIÁL 1 2

Smrkové řezivo Vzduchová mezera

Součinitel tepelné vodivosti

Vzdálenost

Tepelný odpor konstrukce

λe [W/m.K] 0,11 0,68

de [m] 0,2000 0,2000

Re [W/m².K] 1,8182 0,2941

Tab.22 Materiálové vlastnosti střešní konstrukce Výše zmiňovaná norma je v současné době neplatná. Její metodika však vychází z fyzikálních principů, které jsou obecně uznávané, a proto se stále využívá.

- 52 -

kde:

Σ(λ.d)i = součet součinů (λ.d) pro stropní konstrukci [W/K] Σ(λ.d)e = součet součinů (λ.d) pro střešní konstrukci [W/K] n = intenzita výměny vzduchu [h-1] n´= intenzita výměny vzduchu v nevytápěném prostoru [s-1] V = objemový průtok [m3/h] Vm = vnitřní objem prostoru [m3]

Σ(λ.d)e = 0,022 + 0,136= 0,158 [W/K-1] Σ(λ.d)i = 0,022 + 0,0056 + 0,0044 + 0,0029 + 0,0068 = 0,042 [W/K-1] n = 1,5 h-1 ti = 21° te = -15° n´= (n/3600) = 0,00042 Vm = 186,319 m3 V = (n´. Vm) = 0,00042 x 186,319 = 0,07825 m3 ti,e = [(0,042 x 21) + (0,158 x (-15)) + (1300 x 0,00042 x 0,07825 x -15)] / [0,158 + 0,042 + (1300 x 0,00042 x 0,07825) ] = (-2,37 + 0,882 – 0,647) / (0,158 + 0,042 + 0,0427) = -2,135/0,2427 = -8,797 °C Tato teplota ti,e = -8,797 °C charakterizuje nevytápěný prostor pod střechou a je použita jako parametr prostředí pro model vytvořený v programu Ansys Workbench.

- 53 -

4.5

Diagnostika konstrukčních detailů termokamerou

Měření pomocí termokamery značky FLIR proběhlo dne 3.2.2010 okolo šesté hodiny ranní na vzorovém domě Top Line 140, v centru vzorových domů Eden 3000 na výstavišti v Brně. Zaměřeny byly především místa se zvýšeným prostupem tepla. Objevily se lineární i bodové tepelné mosty v konstrukci. Výsledky měření se hodnotí v programu Therma CAMTM Researcher. Důležité je zadání vstupních parametrů, jako je: vzdálenost od měřené části konstrukce, odražená teplota, atmosferická teplota, relativní vlhkost a emisivita materiálu. Čím větší je vzdálenost termokamery od měřené konstrukce, tím více okolní prostředí pohlcuje vyzářené teplo. Vyhodnocení termografu se skládá z pořízeného snímku termokamerou, snímku skutečné podoby konstrukce, grafu průběhu rozložení teplot a histogramu. Graf rozložení teplot vychází z vhodně umístěných přímek, které jsou orientovány tak, aby procházely místy s vyšším prostupem tepla (tepelným mostem). Histogram udává četnost teplot v daném teplotním profilu. Pomocí výrazných teplotních rozdílů lze usuzovat na výskyt tepelného mostu. Dle požadavků normy ČSN 730540-3 by teplota pro stěnovou konstrukci neměla klesnout pod 13,56 °C, u otvorové výplně pod 10,19 °C. Pokud by se tak stalo, může u oken docházet ke kondenzaci vodních par, u stěn potom k možnému vzniku problémů (růst plísní apod.). Měření termokamerou jsou provedena s max. odchylkou 1,5%, což pro vnitřní prostory činí max. ±2 °C.

Obr.24 Prostup tepla obvodovými stěnami rámové konstrukce dřevostavby

- 54 -

LI01

5,5°C

10

15

20 LI02

21,8°C

SNÍMEK 1 Rohový spoj oken

Obr.25 Problematický detail napojení okenních konstrukcí v rohu místnosti °C

20

LI02

15 10

LI01

5

Graf.3 Teplotní profil č.1 – Lineární průběhy teplot dvou přímek vedených v místě tepelného mostu (LI01) a mimo něj (LI02)

TEPLOTA [°C] min max průměr

Naměřené teploty pro daný snímek: max = 21,8 °C min = 4,2 °C

LI01

6,1

19,3

13,5

LI02

12,1 21,5

18,9

Tab.23 Hodnoty teplot pro snímek č.1

- 55 -

Přímka LI01 vede přes rohové spojení oken. V grafu označena černou křivkou. Přímka LI02 vede přes plochu okna. V grafu označena červenou křivkou. Z obrázku i grafu rozložení teplot vyplývá, že se v rohovém spojení oken nachází výrazný tepelný most. Teplota v jeho místě klesá na hodnotu 6,1 °C. Dle požadavků normy ČSN 730540-3 by teplota pro okna neměla klesnout pod 10,19 °C. V tomto místě může docházet ke kondenzaci vodních par. Z histogramu vyplývá, že je v teplotním profilu výrazná změna teploty oproti okolí, a to právě v místě tepelného mostu. V histogramu druhé přímky k podobnému extrému nedochází. Je zde pouze klasické snížení teploty při průchodu přes okenní rám. °C

20,0

přímka LI01

18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Graf.4 Histogram snímku č.1 – četnost teplot přímky LI01 °C 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0

přímka LI02

13,0 12,0 1

2

3

4

5

6

7

- 56 -

8

9

10

11

12

13

14

15

SNÍMEK Graf.5 Histogram snímku č.1 – 2četnost teplot přímky LI02 Napojení stropní konstrukce a obvodové stěny

LI01

22,5°C

LI02

22 21 20 19 18 17 16,9°C

Obr.26 Bodové tepelné mosty v místě styku obvodové stěny a stropu Přímka LI01 vede přes tepelný most způsobený napojením stropní konstrukce a obvodové stěny. Jedná se o bodový tepelný most, který se pravidelně opakuje. Je způsoben konstrukčním řešením daného detailu:

Obr.27 Vyznačení problematického napojení stropnice a obvodové stěny TEPLOTA [°C] min max průměr LI01

16,9 21,8

19,8

LI02

19,7 21,8

21,2

Naměřené teploty pro daný snímek: max = 22,6 °C min = 16,3 °C

Tab.24 Hodnoty teplot pro snímek č.2 - 57 -

°C 24 LI02

22 20 LI01

18

odpovídá poklesu teploty v označeném detailu

16

Graf.6 Teplotní profil č. 2- Lineární průběhy teplot dvou přímek vedených v místě tepelného mostu (LI01) a mimo něj (LI02)

V označeném místě obrázku č.26 (kontakt stropnice a obvodové stěny) se nachází tepelný most. Není zde žádná vrstva (např. zateplení), která by oddělila dřevěné části od sebe a tak zvýšila tepelný odpor daných vrstev. Jedná se o pravidelné tepelné mosty, které ovlivňují tepelnou ztrátu budovy. V grafu rozložení teplot (graf č.6) můžeme porovnat obě přímky, přímku LI01 vedoucí v místě tepelného mostu a přímku LI02 vedoucí mimo tepelný most. Rozdíl teplot činí v místě napojení stropu a obvodové stěny u jednotlivých míst 3 °C. °C

22,0

21,0

20,0

19,0

přímka LI01

18,0

17,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Graf.7 Histogram snímku č.2 – četnost teplot přímky LI01

- 58 -

10

11

SNÍMEK 3 Prostup tepla posuvnými dveřmi 22,5°C

20

LI01

LI02

15

SP01

10 8,2°C

Obr.28 Zvýšený prostup tepla v rozích dveřního křídla

°C 18 přímka LI02

16 14 12 10

přímka LI01

8 Graf.8 Teplotní profil č. 3- Lineární průběhy teplot dvou přímek vedených rovnoběžně s distančním rámečkem dveřního křídla (LI01) a přes teplený most v rohu rámu (LI02) Přímka LI01 vede podélně přes distanční rámeček dvojskla. Lze pozorovat snížení teploty po průchodu rámem dveří k rámečku, kde se teplota pohybuje okolo 11 °C. Tato teplota se příliš neliší a je způsobena materiálem distančního rámečku. Druhá přímka LI02 vede místem s nejnižší naměřenou teplotou. V místě rohu dveřního křídla se nachází bodový tepelný most, kde teplota klesá až na 8,9 °C. Osazení dveří a oken tak, aby nedocházelo k infiltraci je problematické, avšak lze minimalizovat tak, aby teplota neklesla pod teplotu rosného bodu.

- 59 -

TEPLOTA [°C] min max průměr

Naměřené teploty pro daný snímek: max = 22,7 °C

kurzor

TI01 10,3 17,3

12,5

10,3

TI02 9,1 17,5

14,6

9,6

min = 8 °C bod SP01 = 8,9 °C

Tab.25 Hodnoty teplot pro snímek č.3 °C 18,0 17,0

přímka LI01 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Graf.9 Histogram snímku č.3 – četnost teplot přímky LI01 Z histogramu je patrná největší četnost teploty okolo 11 stupňů (odpovídá teplotě distančního rámečku dvojskla). °C 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0

přímka LI02

12,0 11,0 10,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Graf.10 Histogram snímku č.3 – četnost teplot přímky LI02

- 60 -

16

SNÍMEK 4 Podhled stropu a rohové spojení stěn 23,4°C

22 LI02

20 LI01

18

16

14,5°C

Obr.29 Tepelné mosty na stropní konstrukci °C 20

přímka LI01 18

16

14

Graf.11 Teplotní profil č. 4- Průběh teplot přímky LI01

Přímka LI01 vede rohovým spojením stěn a stropní konstrukce. Jedná se o trojdimenzionální tepelné pole. Teplota v daném místě klesá na 13,8 °C. Tento tepelný most je způsobený geometrií konstrukce, nelze výrazně ovlivnit.

°C 22

21

20

přímka LI02

19

Graf.12 Teplotní profil č. 4- Průběh teplot přímky LI02 Přímka LI02 vede na stropní konstrukci. Z obrázku jsou patrné lineární tepelné mosty ve styku podbití a sádrokartonu. Pro přímku LI02 je upraven rozsah teplot pro lepší vykreslení rozdílů v místech snížení teplot. Nejedná se o výrazné teplotní rozdíly.

- 61 -

TEPLOTA [°C]

Naměřené teploty pro daný snímek:

min

max

průměr

max = 23,6 °C

LI01

13,8

20,8

17,9

min = 13,6 °C

LI02

19,4

21,6

21,1

Tab.26 Hodnoty teplot pro snímek č.4 °C 21,0

20,0

19,0

18,0

17,0

přímka LI01

16,0

15,0

14,0 2

4

6

8

10

12

14

16

18

Graf.13 Histogram snímku č.4 – četnost teplot přímky LI01 Histogram přímky LI01 v místě styku obvodových stěn a stropu. °C 22,0

21,0

20,0

přímka LI02 19,0 5

10

15

20

25

30

35

40

Graf.14 Histogram snímku č.4 – četnost teplot přímky LI02 Histogram přímky LI02 pro přímku vedoucí po ploše stropu.

- 62 -

45

SNÍMEK 5 Bodový tepelný most ve stropní konstrukci

23,2°C 22 SP01 SP02

20 SP03

18

16

14,0°C

Obr.30 Nedostatečné zateplení stropu vytváří bodový tepelný most ve stropní konstrukci TEPLOTA [°C] SP01

13,9

SP02

14,2

SP03

22,3

Naměřené teploty pro daný snímek: max = 23,3 °C min = 13,8 °C

Tab.27 Hodnoty teplot pro snímek č.5 Snímek byl vyhodnocen pomocí 3 bodů. Bod SP01 a SP02 je umístěn v problematickém místě. Bod SP03 leží mimo tepelný most. Bodové tepelné mosty jsou způsobeny lokálním snížením tepelného odporu vrstev v konstrukci stropu, v tomto případě chyběla na daném místě minerální vata jako prostředek pro zateplení.

SNÍMEK 6 Únik tepla okolo digestoře

52,6°C 50 SP01

40

SP02

30

20 17,8°C

Obr.31 Prostup tepla v okolí digestoře

- 63 -

TEPLOTA [°C] SP01

22,7

Naměřené teploty pro daný snímek: max = 62,2°C

SP02

18,0

min = 17,5 °C

Tab.28 Hodnoty teplot pro snímek č.6 Rozdíl teplot v bodech SP01 a SP02 činí 4,7 °C. V místě označeném bodem SP02 dochází k vychlazení konstrukce na teplotu 18 °C. Nachází se zde bodový tepelný most způsobený digestoří. Maximální naměřená hodnota snímku 62,2 °C je způsobena zrcadlovým odrazem stropního svítidla na digestoři (leštěný nerez s nízkou emisivitou). SNÍMEK 7 Rohový spoj obvodových stěn LI02

4,6°C 4 3 2 1 0 LI01

-0,7°C

Obr.32 Únik tepla v místě napojení na základovou desku °C 4 3

přímka LI01 2 1

přímka LI02

0

Graf.15 Teplotní profil č. 7- Průběh teplot přímek LI01 a LI02 TEPLOTA [°C] min

max

průměr

LI01

1,1

3,8

1,7

LI02

-0,2

4

0,7

Naměřené teploty pro daný snímek: max = 4,8 °C min = -0,8 °C

Tab.29 Hodnoty teplot pro snímek č.7 - 64 -

Vývoj teplot přímky LI01 a LI02 je, na obrázku č.32, od označení přímky značkou, po konec přímky. Při napojení na základovou desku je vidět únik tepla v místě, kde není zateplení. Světlejší místa na fasádě značí bodové tepelné mosty způsobené nezateplenými hmoždinkami, kterými se připevňuje fasádní polystyren k dřevotřískové desce (délka o 10 mm delší než tloušťka polystyrenu). Těchto tepelných mostů je na obvodové stěně nespočet a jejich důsledky můžou být na fasádě v zimním období pozorovatelné pouhým okem.

4.6

Protokol o zkoušce s IR kamerou

Jméno zákazníka

Společnost Haas Fertigbau

Adresa

Vzorový dům Top Line 140, Výstaviště, Brno

Konstrukce budovy

Dřevostavba, prefabrikovaná rámová konstrukce

Vyhodnoceno dle normy: ČSN EN 13187 Typy povrchových materiálů: -

sádrokarton Rigips, DIN EN 520, typ A, A2-s1 + tapeta

-

fasádní polystyren, Rigips, EPS 100 F

-

nerezová ocel (u digestoře)

-

sklo (okna Hoco HX 80)

-

plast (okna Hoco HX 80)

-

keramická dlažba

Orientace budovy ke světovým stranám: dle výkresu v příloze Popis okolí: samostatně stojící jednopodlažní dům; v okolí domu dva bazény, příjezdová cesta a parkoviště; další zástavba dům nestíní Použité zařízení: Termokamera značky Flir S65H Datum a hodina zkoušky: 3.2.2010, 6:25 Vnější teplota vzduchu: min. -3 °C Informace o podmínkách slunečního záření: snímáno před východem slunce Srážky, směr a rychlost větru: jihozápadní vítr, 5-10 m/s Výsledky analýzy, rozsah a typ poruchy: dle odstavce 4.5

- 65 -

4.7

Řešení teplotního pole programem Ansys Workbench Modely (3D), vytvořené pomocí programu Ansys Workbench, vyjadřují průběh

teplot a tepelné toky v dané konstrukci. Vlivem gradientu teplot mezi exteriérem a interiérem dochází k prostupu tepla přes konstrukci. V místech se sníženým tepelným odporem prostupuje teplo více než v ostatních částech a projevují se jako tepelný most. Tyto místa jsou pozorovatelná na snímcích z termokamery, která snímá infračervené záření z povrchu sledovaného objektu a transformuje reliéf teplotního pole na viditelný obraz. Termokamera teplotu povrchu neměří, ale na základě intenzity infračerveného záření ji vypočítává. Termovizní snímky znázorňují teplotní pole, jejichž posouzením a rozborem teplot se identifikují místa se zvýšenými tepelnými toky. V místech, kde dochází k většímu tepelnému toku je nižší povrchová teplota konstrukce, která signalizuje výskyt tepelného mostu. Snímky z termokamery ukazují rozložení teplot konstrukce, modely vytvořené v programu zase tepelné toky, proto jsou výsledky obou metod nepřímo srovnatelné.

Obr.34 Teplotní pole spojení obvodové stěny a stropní konstrukce

Obr.33 Rozložení teplot v konstrukci obvodové stěny

- 66 -

Obr.35 Lineární tepelný most viditelný na modelu i termosnímku obvodové stěny domu Top Line 140

Označené místo signalizuje na lineární tepelný most způsobený lokálním snížením hodnoty tepelného odporu, a to konkrétně (dle výpočtu v 4.1) o 2,23 (m2.K)/W (rozdíl mezi Ra a Rb). V daném místě je v kontaktu sádrokartonová deska, dřevotřísková deska a stojka ze smrkového řeziva. Tyto materiály jsou k sobě připevněny sponkami. Mimo tepelný most je v kontaktu sádrokartonová deska, dřevotřísková deska a minerální vata, která zvyšuje tepelný odpor stěny a tvoří tak zateplující složku. Tyto lineární tepelné mosty se vyskytují po celém obvodu budovy a započítávají se při výpočtu tepelné ztráty.

- 67 -

Obr.36 Tepelný most v oblasti napojení stropní konstrukce na obvodovou stěnu

V napojení obvodové stěny a stropní konstrukce se nachází bodový tepelný most, způsobený stykem stropnice a dřevěné části tvořící zakončení obvodové stěny. V tomto místě není žádná zateplující vrstva, která by zvýšila tepelný odpor, a proto zde klesá teplota na 16,9 °C. Tento tepelný most se vyskytuje pravidelně v roztečích 1 metru, tak jak jsou osazeny stropnice. Opět se započítává při výpočtech tepelné ztráty budovy.

- 68 -

Obr.37 Trojdimenzionální tepelné pole v rohu místnosti, tepelná vazba stropu a obvodové stěny Červenou přímkou je označena tepelná nestejnorodost vzájemného styku stropu a obvodové stěny. Černou přímkou potom lineární tepelný most způsobený podhledem stropu. V rohu místnosti dochází k zvýšenému prostupu tepla, jedná se o tzv. geometrický tepelný most. Dle výsledků z termokamery zde byla zjištěna teplota 13,8 °C.

- 69 -

5

Diskuze a vyhodnocení výsledků 5.1 Srovnání použitých norem a metod výpočtů Pro hodnocení měrné tepelné ztráty budovy je potřeba zjistit součinitel prostupu

tepla dané konstrukce. Tento parametr udává, kolik energie projde při teplotním rozdílu 1 Kelvin plochou 1 metr čtvereční. Závisí na tepelném odporu a především na materiálových vlastnostech (součinitel tepelné vodivosti) dané konstrukce. Pro výpočet lze zvolit více metod uvedených v příslušných normách.

1. výpočet pro obvodové stěny, stropní, střešní a podlahovou konstrukci Metoda z horní a dolní meze (dle ČSN EN 6946) je založena na výpočtu součinitele prostupu tepla pro charakteristický, opakující se výsek konstrukce. V konstrukci obvodové stěny, stropu a střechy se po určitých vzdálenostech vyskytují nosné prvky (stojky, stropnice), které jsou proloženy tepelnou izolací. Dle této metody je nutné spočítat tepelný odpor v místě nosného prvku a mimo něj a posléze stanovit jeho průměrnou hodnotu. Druhou metodou je výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty tepelné vodivosti (vychází z ČSN 730540-4). U této metody se nepočítají dva tepelné odpory jako v metodě předchozí, ale pro sousedící vrstvy s rozdílnou tepelnou vodivostí se pomocí přepočítávacího vztahu určí ekvivalentní tepelný odpor. V podstatě se nahradí vlastnosti dvou materiálů vlastností jednoho ekvivalentního materiálu. Obě metody výpočtu dochází ke stejným výsledkům. Maximální zjištěný rozdíl v hodnotě činil 0,01 W/(m2.K), což může být dáno i celkovou chybou výpočtu. Hodnoty součinitele prostupu tepla byly porovnány s normovými hodnotami z ČSN 730540-2. Všechny konstrukce (obvodové stěny, strop, střecha, podlahy) vyhověly požadovaným hodnotám normy. Součinitel prostupu tepla u obvodové stěny bungalovu Top Line 140 s 0,17 W/(m2.K) a stropní konstrukce domu Basic Line Avanti s 0,18 W/(m2.K) vyhověly i doporučeným hodnotám. Přesto, že jsou oba domy od stejné firmy, jsou mezi nimi odlišnosti v konstrukčních detailech a zateplení. Jelikož byl patrový dům postaven v roce 1997, splňoval tehdejší normy tepelné ochrany budov pouze se zateplením 40 mm polystyrenu. U jednopodlažního domu je již zvýšené zateplení a to 100 mm polystyrenu. Tyto rozdíly se odrazily ve vypočtených hodnotách a vysvětlují, proč obvodová stěna bungalovu na rozdíl od patrového domu vyhoví i

- 70 -

normovým hodnotám doporučeným. Vzhledem k nevyužitému půdnímu prostoru u bungalovu Top Line 140 se nad stropní konstrukcí již střecha nezatepluje. Podstřešní prostory se tedy řeší jako nevytápěné prostory. Předchozí dvě metody (výpočet z horní a dolní meze, výpočet pomocí ekvivalentní hodnoty λ) počítají pouze s plochou stropní konstrukce. Metoda dle normy ČSN EN ISO 6946 porovnává plochu stropu a střechy a počítá s nevytápěným prostorem jako s dílčím tepelným odporem (jedná se o uzavřenou kavitu). Obě metody se porovnaly a jejich výsledky se liší o 0,01 W/(m2.K). Lze je využít jen pro výpočty měrné ztráty prostupem tepla.

Hodnoty součinitele prostupu tepla 2 U [W/(m .K)] BL Avanti Top Line 140 obvodová stěna 0,22 0,17 strop 0,18 0,27 podlaha 0,33 0,39 střecha 0,22 -

Tab.30 Souhrnná tabulka hodnot U [W/(m2.K)]

2. výpočet pro nevytápěné prostory Nově zavedené a převzaté evropské normy neuvažují se změnou teploty v nevytápěném podstřešním prostoru a počítají s návrhovou venkovní teplotou (pro Brno -15 °C). Ačkoliv je norma ČSN 060210 již neplatná, přesto ji lze využít pro zjištění teploty podstřešního prostoru. Ta se dále uplatní např. jako vstupní hodnota okrajových podmínek pro modely v programu Ansys Workbench. Výpočet je proveden za předpokladu zjednodušení na stacionární model. Pro podstřešní prostory u bungalovu byla vypočítána teplota -8,8 °C.

3. výpočet nejnižší povrchové teploty z hlediska kondenzace vodní páry Dle ČSN 730540-2 (2007) byly stanoveny nejnižší požadované hodnoty povrchové teploty konstrukce a to 13,56 °C a pro otvorové výplně 10,19 °C. Tyto hodnoty se dále využili pro srovnání s realitou zjištěnou termografickým měřením.

- 71 -

5.2 Energetický štítek budovy V roce 2009 byla zavedena povinnost zjišťování celkové dodané energie do budovy. Dům Basic Line Avanti byl postaven v roce 1997 a energetický průkaz budovy pro něj nebyl stanoven. Oba domy se liší tepelně-technickými vlastnostmi (různé hodnoty součinitele prostupu tepla) i TZB (způsob vytápění), nehledě na prostorové a dispoziční řešení. Všechny tyto vlastnosti se promítají do hodnoty celkové roční spotřeby energie v kWh/(m2.rok), podle které se určí třída energetické náročnosti budovy. Oba domy jsou nízkoenergetické, s třídou určení B. Dům Basic Line Avanti, s menším zateplením stěn, ale více zateplenou podlahou, elektrokotlem a podlahovou plochou 209 m2 ročně spotřebuje 70,4 kWh/(m2.rok). Dům Top Line 140, s více zateplenou skladbou stěn, ale méně zateplenou podlahovou plochou, tepelným čerpadlem, fotovoltaickými panely a podlahovou plochou 117 m2 ročně spotřebuje 56,9 kWh/(m2.rok). V programu NKN, vytvořeném pro určení roční spotřeby energie, lze řešit různé varianty vytápění při stejných tepelných vlastnostech budovy a sledovat tak změny, které sebou přináší. Nutno však konstatovat, že program neřeší tepelné mosty, které se u staveb vyskytují a ovlivňují určenou hodnotu spotřeby energie směrem vzhůru.

5.3 Vyhodnocení tepelných mostů zjištěných termokamerou Pomocí termografického měření kamerou se podařilo nalézt místa se zvýšeným tepelným

prostupem,

které signalizují

na výskyt

tepelného

mostu.

Jedním

z problematických míst je rohové spojení rámů oken v obývacím pokoji bungalovu. Jedná se o plastová okna firmy Hoco s šestikomorovým systémem a stavební hloubkou 80 mm. Jeho součinitel tepelné vodivosti je na hodnotě 0,17 W/(m2.K). Standardní požadavky na okenní konstrukce, hlavně u nízkoenergetických domů, jsou v dnešní době již na hodnotě 1,4 W/(m2.K). Okna jsou poddimenzována a ve spojení okenních rámů klesá teplota (6,1 °C) pod teplotu rosného bodu (10,19 °C). V daném místě může docházet ke kondenzaci vodních par a problémů s tím spojených. Řešením by bylo použití kvalitnějších oken s vyšší hodnotou součinitele prostupu tepla. Dalším problematickým místem je napojení obvodové stěny a stropní konstrukce v místě, kde se stýká stropnice a vodorovné zakončení obvodové stěny. Nachází se zde bodový tepelný most,

který je v rámci termografického měření

pravidelně

pozorovatelný. V daném místě není žádná izolační vrstva, která by zvýšila tepelný

- 72 -

odpor a snížila tak prostup tepla. Teplota v místě tepelného mostu klesá na 16,9 °C a od okolních míst se liší o 2,8 °C. Tento tepelný most je způsoben daným konstrukčním řešením a lze řešit např.:

použitím tvrzeného polystyrenu (XPS), který v daném místě zvýší tepelný odpor a zamezí styku stropnice se zakončením obvodové stěny. Využít lze i jiné materiály jako je pěnové sklo (používá se na základový pas) nebo podlahové polystyrenové desky se zvýšenou únosností (důležitá je hodnota pevnosti v tlaku). Výrazné bodové tepelné mosty se objevily ve stropní konstrukci jednoho z pokojů bungalovu. Teplota zde klesla na hodnotu 13,9 °C. V místě, kde se tepelný most nevyskytuje, byla naměřena teplota 22,3 °C. Pokles byl zapříčiněn špatně položenou tepelnou izolací stropu, která v daných místech chyběla. Na tomto příkladě lze pozorovat jak záleží na preciznosti provedené práce a nakolik může ovlivnit danou tepelnou ztrátu. Po výstavbě byla minerální vata vložena do konstrukce stropu, poté prováděli řemeslníci napojení digestoře, odsávání koupelny a montáž světlovodu a již minerální vatu nevrátili na původní místo. Dalším takovým příkladem je uchycení fasádního polystyrenu k dřevotřískové desce na straně exteriéru. Polystyren je nejprve k dřevotřískové desce přilepen a poté kotven pomocí hmoždinek, které se provrtají do hloubky 10 mm tloušťky dřevotřískové desky. Pokud se na takto připevněný polystyren provede fasáda, dochází k zvýšenému prostupu tepla v místě kotvení a v zimním období můžou být pozorovatelná místa pouhým okem. V dnešní době jsou již na trhu termohmoždinky, které zabraňují prokreslení kotvení na fasádě. Hmoždinka je zakryta izolační čepičkou a přebroušena

- 73 -

do roviny. Dle technických listů je doporučeno maximální množství hmoždinek na m2 a to pro budovy s výškou do 8 metrů 6 hmoždinek/m2. Dle výsledků z termokamery byla tato hodnota převýšena.

5.4 Porovnání modelů s naměřenými a vypočtenými hodnotami Modely přestupu tepla pro dané konstrukce jednopodlažního domu byly vytvořeny pomocí programu Ansys Workbench. Simulují rozložení teplot v konstrukci a tepelný tok způsobený gradientem teplot mezi exteriérem a interiérem. Jsou jednou z teoretických metod zjištění tepelných mostů u konstrukce budovy. První simulace byla vytvořena pro obvodovou stěnu se zateplením 100 mm polystyrenu. Vlivem různých hodnot součinitele tepelné vodivosti, a tudíž i rozdílných tepelných odporů v konstrukci, se na modelu vytvořila mapa tepelných toků, kde je každá hodnota označena jinou barvou. V místě nosných stojek je zvýšený tepelný tok, který signalizuje na lineární tepelný most. Tato skutečnost byla zjištěna i z termosnímku (na obr. 25, graf č. 3). Druhým modelem je napojení stropu a obvodové stěny a to v místě, kde leží stropnice. Tento matematický model byl zjednodušen na fyzikální model vedení z důvodů usnadnění výpočtu, který je takto porovnatelný z výsledky výpočtů dle norem a termokamery. Předpokladem tohoto modelu je, že obsahuje nevětranou vzduchovou mezeru, které byly přiřazeny hodnoty ekvivalentní λ dle ČSN 730540-3 (2005). Jednou z okrajových podmínek byla teplota nevytápěného prostoru vypočtená dle normy ČSN 060210. Simulace ukazuje nejvyšší tepelný tok v koutu a styku stropnice a zakončení obvodové stěny. Potvrzuje výsledek měření termokamerou (na obr. 25, graf č. 3). Třetí model zobrazuje lineární tepelné mosty na stropní konstrukci. Dle termosnímků dochází k zvýšenému tepelnému toku v místě styku podhledu (SM řeziva) a sádrokartonové desky. Tyto lineární mosty nejsou výrazné, ale svou četností výskytu ovlivňují celkovou tepelnou ztrátu budovy. Tepelná nestejnorodost vzájemného styku stropu a obvodové stěny způsobuje tzv. tepelnou vazbu a opět zvýšený prostup tepla. Pro simulace byl zvolen program Ansys Workbench jako nástroj pro přesné vyobrazení teplotních map a tepelných toků. V praxi se využívá jiných programů,

- 74 -

převážně programu Area, který byl vytvořen Ing. Svobodou. Tento program má uživatelsky příjemnější prostředí, výpočty jsou relativně rychlé a nenáročné. Nelze v nich však vytvořit 3D modely, které jsou nevyhnutelné pro zjištění bodových tepelných mostů. V současných normách se stanovují jen lineární tepelné mosty, s bodovými se prozatím nepočítá.

- 75 -

6

Závěr Cílem této diplomové práce bylo zjistit tepelně technické vlastnosti vybraných

dřevostaveb, porovnat jednotlivé metody výpočtu dle platných technických norem a určit vliv tepelných mostů na tepelnou ztrátu budovy. Teoretické výpočty a 3D modely konstrukce byly doplněny o praktické měření termokamerou. Všechny hodnoty součinitele prostupu tepla vyhověly požadavkům normy ČSN 730540-2. Hodnoty pro obvodovou stěnu u domu Top Line 140 a stropní konstrukce domu Basic Line Avanti vyhověly i hodnotám doporučeným. Metoda výpočtu součinitele prostupu tepla konstrukce, jejíž součástí je i nevytápěný prostor, je fyzikálně reálnější dle normy ČSN EN ISO 6946 (určena pro různé klimatické podmínky). Ačkoliv je norma ČSN 060210 již neplatná, stále se z její metodiky vychází a na jejích principech je založen i diskutovaný výpočetní nástroj NKN. Dle tohoto nástroje byla určena energetická náročnost budovy třídou B. Jedná se tedy o nízkoenergetické domy s hodnotou měrné roční spotřeby energie pod 97 kWh/(m2.rok). Vstupem České republiky do Evropské unie jsme se zavázali k plnění požadavků nařízení a směrnic, které se v oblasti tepelně technických vlastností budov ubírají směrem ke snižování energetické náročnosti. Směrnice je závazná pro členské státy pouze pokud jde o výsledek, kterého má být dosaženo, z čehož vyplývá, že neurčuje způsob hodnocení. Národní kalkulační nástroj, který byl pro tyto účely vytvořen, stanovuje energetickou náročnost budovy, která není zatížena vlivem tepelných mostů. Ty však, se zvyšujícími nároky na tepelnou ochranu budov, stále nabývají na významu. Při srovnání současných a minulých staveb je nutno si uvědomit, že vliv tepelných mostů je výrazně ovlivněn i používáním nových materiálů a technologií, než jaké se používaly dříve. U dřevostaveb pak, na rozdíl od klasických stavebních systémů, kde se řeší tepelné ztráty zvýšeným zateplením, prioritně záleží na správném vyřešení skladeb konstrukcí a detailů, a to již během návrhu a realizace stavby. Správné provedení konstrukčních detailů svědčí mimo jiné i o kvalitě stavby. Tato skutečnost je v běžné praxi často podceňována. U vzorového domu byl termokamerou zjištěn významný tepelný most, způsobený konstrukčním řešením a nevhodným výběrem oken. Jedná se o tepelný most

- 76 -

v rohovém spojení okenních konstrukcí, kdy se teplota na povrchu rámu pohybuje okolo 6,1 °C a výrazně tak klesá pod hodnotu rosného bodu (10,19 °C). Vliv tepelných mostů a jeho dopady na zvýšení energetické náročnosti budovy zatím není prováděcí vyhláškou stanoven. Je otázkou, zda při současném trendu úspory energie dojde k začlenění této problematiky do směrnic EU, a jakým způsobem se bude řešit. Pro klasické stavební materiály již existují konstrukční řešení s vyřešenými tepelnými mosty (např. Katalog tepelných mostů, 1- Běžné detaily- Ing. Šubrt). Dřevostavby zatím zůstávají opomíjeny. Tato problematika je poměrně obsáhlá a měla by se i nadále zkoumat.

- 77 -

7

Summary The task of this thesis was to find out the thermal and technical properties of

chosen wooden houses, compare individual calculation methods due to the valid technical norms and recognize the impact of thermal bridges on the heat loss of building. Theoretical calculations and three-dimensional constructional models were completed by practical measurement of the infrared camera. All accounted values of heat transfer coefficients fulfiled requierements determined by the norm ČSN 730540-2. The values for external walls of the house Top Line 140 and for floor of the house Basic Line Avanti even met the recommended demans. Although is the norm ČSN 060210 not valid, the principals of it are still used in national costing method. Due to this method was determined the energy intensity of building as a form B. Also, both houses are low-energy buildings with the value of a year power consumption below 97 kWh/m2. As the Czech Republic entered the European Union, commited to performe requirements defined by regulations and directions. These one slowly lead to lowering the energy intensity. Although, directions are obligatory for the Members of EU, they don´t establish the way of classification. NKN is an national method, which establish energy intensity of building, which doesn´t calculate with the thermal bridges. We can generally say, that the influence of thermal bridges increase. The preference for wooden houses is to solve construction structure and details as early as by making proposals and realizations. If are the constructional details done correctly, it´ll testify to the quality of building. This matter of fact is often underestimated in common use. By the house Top Line 140 was determined significant thermal bridge caused by constructional resolution and inconvenient choice of windows. The temparature in the corner of joined window frames is about 6,1 °C and drop under the value of dew point. The influence od thermal bridges is still not implicated in public notices. The question is whether this problems will be integrated into the EU directions and how to solve it. There´s an catalogue of thermal bridges for the classical construction systemes, but the wooden houses are still neglected. This topic is wide-ranging and should be more investigated.

- 78 -

8

Seznam použitých zkratek

ČSN – Česká státní norma EN - evropská norma ISO – mezinárodně uznávaná norma CAD – program Autocad MPO – Ministerstvo průmyslu a obchodu ENB – energetická náročnost budovy ČVUT – České vysoké učení technické ČEA – Česká energetická agentura FEM – Finite element method (metoda konečných prvků) TZB – Technické zařízení budov Průkaz – průkaz energetické náročnosti budovy kce – konstrukce rel. W – relativní vlhkost

- 79 -

9

Seznam použité literatury

[1] VAVERKA, J., a kol., 2006, Stavební tepelná technika a energetika budov, VUT v Brně, nakladatelství Vutium

[2] Ing. Pavol TARÁBEK, CSc., 2004, Odmaturuj z fyziky, nakladatelství Didaktis [3] Ing. SVOBODA, M., 1966, Teplotní pole a napětí, ČVUT v Praze, Fakulta technické a jaderné fyziky

[4] ČSN EN ISO 6946 (73 0558) Stavební prvky a stavební konstrukce- Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla- Výpočtová metoda, 2004

[5] ČSN EN ISO 14683 (73 0561) Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích- Lineární činitel prostupu tepla- Zjednodušené metody a orientační hodnoty, 2009

[6] ČSN EN ISO 10211 (73 0551) Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích- Tepelné toky a povrchové teploty- Podrobné výpočty, 2009

[7] OPET Czech Republic, Brno 2002, Thermal bridges in residential buildings in Denmark, nakladatelství Energie

[8] ČSN 73 0540-4 Tepelná ochrana budov- Část 4: Výpočtové metody, 2005 [9] VITÁSEK, E., 1994, Základy teorie numerických metod pro řešení diferenciálních rovnic, nakladatelství Academia

[10] REKTORYS, K., 1999, Variační metody v inženýrských problémech a v problémech matematické fyziky, nakladatelství Academia

[11] ANSYS Products Portfolio [online], citováno 20.března 2010, dostupné na World Wide Web:

< http://www.ansys.com/products/default.asp#workbench>

[12] Zákon 406/2000 Sb., o hospodaření s energií [13] Vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov

- 80 -

[14] Ing. URBAN, M., a kol., 2007, Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov podle vyhlášky 148/2007 Sb. (Část II),Katedra technických zařízení budov, Fakulta stavební, ČVUT v Praze

[online],

citováno

14.března

2010,

dostupné

na

World

Wide

Web:

[15] ČSN EN ISO 13789 (73 0565) Tepelné chování budov- Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním- Výpočtová metoda, 2009

ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov- Část 2: Požadavky, 2007 ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov- Část 3: Návrhové hodnoty veličin, 2005 ČSN 06 0210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění, 1994- neplatná ČSN EN 13187: Tepelné chování budov- Kvalitativní určení tepelných nepravidelností v pláštích budov- Infračervená metoda, 1999

ČSN EN ISO 13790 (73 0317) Energetická náročnost budov- Výpočet a spotřeby energie na vytápění a chlazení, 2005

ČSN EN ISO 13370 (73 0559) Tepelné chování budov- Přenos tepla zeminou- Výpočtové metody, 2009

TNI 73 0329 Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění- Rodinné domy

Ing. URBAN, M., a kol., 2007, Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov podle vyhlášky 148/2007 Sb. (Část I)

ŘEHÁNEK, J., 1986, Prostup tepla v budovách II, Výzkumný ústav pozemních staveb Praha Doc. RNDr. Libor ČERMÁK, CSc., 2000, Algoritmy metody konečných prvků, VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství

Prof. RNDr. Alexander Ženíšek, DrSc., Matematické základy metody konečných prvků, VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství

ČKAIT, CZB, Tepelná ochrana budov (Odborný časopis pro úspory energie a kvalitu vnitřního prostředí budov), 10. ročník, 1/2007

- 81 -

ČKAIT, CZB, Tepelná ochrana budov (Odborný časopis pro úspory energie a kvalitu vnitřního prostředí budov), 12. ročník, 1/2009

ČKAIT, CZB, Tepelná ochrana budov (Odborný časopis pro úspory energie a kvalitu vnitřního prostředí budov), 11. ročník, 5/2008

Dr. M. FOGIEL, Director, 1987, The Essentials of Heat transfer I, Start of Research and Education Association

CORNWELL, K., 1977, The Flow of Heat, Van Nostrand Reinhold Company [online], citováno 5.dubna 2010, dostupné na World Wide Web:

http://www.mece.ualberta.ca/tutorials/ansys/index.html [online], citováno 3.dubna 2010, dostupné na World Wide Web:

http://kps.fsv.cvut.cz/index.php?lmut=cz&part=people&id=52&sub=16

- 82 -

10

Přílohy •

Soupis použitých tabulek

Tab.1

Třída energetické náročnosti hodnocené budovy (hodnoty v [kWh/(m2.rok)])

7

Tab.2

Tabulka slovního vyjádření tříd energetické náročnosti budovy

8

Tab.3

Výpis použitých materiálů při výpočtech

28

Tab.4

Výpis materiálových vlastností obvodové stěny 1

29

Tab.5

Výpis materiálových vlastností obvodové stěny 2

32

Tab.6

Výpis materiálových vlastností stropní konstrukce 1

33

Tab.7

Výpis materiálových vlastností stropní konstrukce 2

35

Tab.8

Výpis materiálových vlastností střešní konstrukce 1

37

Tab.9

Výpis materiálových vlastností podlahové konstrukce 1

39

Tab.10 Výpis materiálových vlastností podlahové konstrukce 2

40

Tab.11 Popis stěn- přízemí

43

Tab.12 Popis stěn- garáž

43

Tab.13 Orientace konstrukcí na světovou stranu

43

Tab.14 Popis stěn- podkroví

44

Tab.15 Popis stěn- přízemí 2

45

Tab.16 Orientace konstrukcí na světovou stranu 2

45

Tab.17 Měsíční hodnoty spotřebované energie domu BL Avanti

47

Tab.18 Měsíční hodnoty spotřebované energie domu Top Line 140

48

Tab.19 Průkaz energetické náročnosti budovy domu BL Avanti

49

Tab.20 Průkaz energetické náročnosti budovy domu Top Line 140

50

Tab.21 Materiálové vlastnosti stropní konstrukce

52

Tab.22 Materiálové vlastnosti střešní konstrukce

52

Tab.23 Hodnoty teplot pro snímek č.1

55

Tab.24 Hodnoty teplot pro snímek č.2

57

Tab.25 Hodnoty teplot pro snímek č.3

60

Tab.26 Hodnoty teplot pro snímek č.4

62

Tab.27 Hodnoty teplot pro snímek č.5

63

Tab.28 Hodnoty teplot pro snímek č.6

64

Tab.29 Hodnoty teplot pro snímek č.7

64 2

Tab.30 Souhrnná tabulka hodnot U [W/(m .K)]

71

- 83 -

•

Soupis použitých grafů

Graf.1 Roční dodaná energie v MJ u domu BL Avanti

47

Graf.2 Roční dodaná energie v MJ u domu Top Line 140

48

Graf.3 Teplotní profil č.1 – Lineární průběhy teplot dvou přímek vedených v místě tepelného mostu (LI01) a mimo něj (LI02)

55

Graf.4 Histogram snímku č.1 – četnost teplot přímky LI01

56

Graf.5 Histogram snímku č.1 – četnost teplot přímky LI02

56

Graf.6 Teplotní profil č. 2- Lineární průběhy teplot dvou přímek vedených v místě tepelného mostu (LI01) a mimo něj (LI02) Graf.7 Histogram snímku č.2 – četnost teplot přímky LI01

58 58

Graf.8 Teplotní profil č. 3- Lineární průběhy teplot dvou přímek vedených rovnoběžně s distančním rámečkem dveřního křídla (LI01) a přes teplený most v rohu rámu (LI02)

59

Graf.9 Histogram snímku č.3 – četnost teplot přímky LI01

60

Graf.10 Histogram snímku č.3 – četnost teplot přímky LI02

60

Graf.11 Teplotní profil č. 4- Průběh teplot přímky LI01

61

Graf.12 Teplotní profil č. 4- Průběh teplot přímky LI02

61

Graf.13 Histogram snímku č.4 – četnost teplot přímky LI01

62

Graf.14 Histogram snímku č.4 – četnost teplot přímky LI02

62

Graf.15 Teplotní profil č. 7- Průběh teplot přímek LI01 a LI02

64

•

Soupis použitých obrázků

Obr.1 Jednorozměrné šíření tepla

3

Obr.2 Vedení tepla konstrukcí

5

Obr.3 Tepelné mosty

12

Obr.4 Metoda teplotních sítí

15

Obr.5 Vytvoření sítě pro konečně-prvkové řešení

16

Obr.6 Výrobní závod v Chanovicích

18

Obr.7 Sklad řeziva ve výrobním závodě

18

Obr.8 Top Line 140

19

Obr.9 Basic Line Avanti

19

Obr.10 Spojení stěn pomocí šroubu

20

Obr.11 Ochrana proti vlhkosti

20

Obr.12 Půdní prostory u bungalovu-styčníkové desky, odvětrání digestoře přes střechu

21

Obr.13 Ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti

23

Obr.14 Izotermy vedoucí pře rohové spojení stěn (kouty)

25

Obr.15 Zadání okrajových podmínek řešeného modelu

27

- 84 -

Obr.16 Meshing

27

Obr.17 Rozložení teplot

27

Obr.18 Půdorys domu Basic Line Avanti

41

Obr.19 Pohledy domu Basic Line Avanti

41

Obr.20 Půdorys domu Top Line 140

42

Obr.21 Pohledy domu Top Line 140

42

Obr.22 BL Avanti

43

Obr.23 Top Line 140

45

Obr.24 Prostup tepla obvodovými stěnami rámové konstrukce dřevostavby

54

Obr.25 Problematický detail napojení okenních konstrukcí v rohu místnosti

55

Obr.26 Bodové tepelné mosty v místě styku obvodové stěny a stropu

57

Obr.27 Vyznačení problematického napojení stropnice a obvodové stěny

57

Obr.28 Zvýšený prostup tepla v rozích dveřního křídla

59

Obr.29 Tepelné mosty na stropní konstrukci

61

Obr.30 Nedostatečné zateplení stropu vytváří bodový tepelný most ve stropní konstrukci

63

Obr.31 Prostup tepla v okolí digestoře

63

Obr.32 Únik tepla v místě napojení na základovou desku

64

Obr.33 Rozložení teplot v konstrukci obvodové stěny

66

Obr.34 Teplotní pole spojení obvodové stěny a stropní konstrukce

66

Obr.35 Lineární tepelný most viditelný na modelu i termosnímku obvodové stěny domu Top Line 140

67

Obr.36 Tepelný most v oblasti napojení stropní konstrukce na obvodovou

68

Obr.37 Trojdimenzionální tepelné pole v rohu místnosti, tepelná vazba stropu a obvodové stěny 69

•

Soupis základních veličin a jejich jednotek

NÁZEV

ZNAČKA

JEDNOTKY

x

m

Plocha

S;A

m

Hustota

ρ

kg/m

Objem

V

m

Teplota

θ

K;°C

Délka časového úseku

t

s

Měrná tepelná kapacita

c

J/(kg.K)

Relativní vlhkost

φ

%

Měrný tepelný tok

r q

W/m

Součinitel tepelné vodivosti

λ

W/(m.K)

Součinitel přestupu tepla

α

W/(m .K)

Součinitel prostupu tepla

U

W/(m².K)

Vzdálenost

- 85 -

2 3

3

2

2

Teplo

Q

J = (m².kg)/s²

Tepelný tok

Ф

W = J/s

Měrná tepelná ztráta

H

W/K

Měrná celková roční dodaná energie

EPA

kWh/(m .rok)

Celková roční dodaná energie

EP

GJ/rok

lk

m

Lineární činitel prostupu tepla tepelného mostu

Ψk

W/(m.K)

Bodový činitel prostupu tepla tepelného mostu

χj

W/K

L2j D

W/(m.K)

b

m

Ideální součinitel prostupu tepla

Uid

W/(m .K)

Prostorová tepelná propustnost

L3jD

W/(m .K)

Tepelný odpor konstrukce

R

(m .K)/W

Délka výseku konstrukce

L

m

Částečný tlak nasycených vodních par

pv

Pa

Délka tepelného mostu

Lineární tepelná propustnost Šířka výseku geometrického modelu konstrukce

2

2 2

2

Ostatní přílohy (tabulky, grafy a obrázky) jsou přiloženy na paměťovém nosiči (CD).

- 86 -

- 87 -