Nízkoenergetické a pasivní stavby

Nízkoenergetické a pasivní stavby

Bakalářský studijní program

Ing. Pavlína Charvátová

2013 České

Budějovice 1

Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

1. vydání ISBN © Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, 2013 Vydala: Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích, Okružní 10, 370 01 České Budějovice

Za obsahovou a jazykovou správnost odpovídají autoři a garanti příslušných předmětů.

2

Obsah Kapitola 1 - Zelená architektura ................................................................................... 6 1.1 Pojem – zelená budova ..................................................................................................... 7 1.2 Energetický a environmentální význam ............................................................................ 8 1.3 Ekonomický význam .......................................................................................................... 8 1.4 Sociální význam ................................................................................................................. 8 Kapitola 2 - Energetická bilance a kategorie budov ................................................... 10 2.1 Princip hodnocení ........................................................................................................... 10 2.2 Kategorie budov .............................................................................................................. 11 2.2.1 Nízkoenergetické budovy ......................................................................................... 11 2.2.2 Pasivní budovy .......................................................................................................... 11 2.2.3 Energeticky nulové budovy ...................................................................................... 12 2.2.4 Energeticky nezávislé budovy ................................................................................... 12 2.3 Budovy nové generace .................................................................................................... 12 Kapitola 3 - Požadavky na tepelnou ochranu budov, stavební řešení ....................... 14 3.1 Základní pojmy ................................................................................................................ 15 3.2 Šíření tepla ...................................................................................................................... 16 3.2.1 Nejnižší povrchová teplota ....................................................................................... 16 3.2.2 Součinitel prostupu tepla ......................................................................................... 19 3.2.3 Průměrný součinitel prostupu tepla ......................................................................... 25 3.2.4 Lineární a bodový činitel prostupu tepla .................................................................. 29 3.3 Hodnocení podlahových konstrukcí................................................................................ 36 3.4 Šíření vlhkosti .................................................................................................................. 40

3

3.5 Šíření vzduchu konstrukcí a budovou ............................................................................. 53 3.5.1 Průvzdušnost ............................................................................................................ 53 3.5.2 Větrání ...................................................................................................................... 55 3.6 Hodnocení tepelné stability místností a budov .............................................................. 57 3.6.1 Zimní období ............................................................................................................. 57 3.6.2 Letní období .............................................................................................................. 59 Kapitola 4 - Progresivní materiály pro nízkoenergetické a pasivní budovy ................ 63 4.1 Tvarové řešení ................................................................................................................. 65 4.2 Dům zděný nebo dřevostavba? ...................................................................................... 65 4.2.1 Zděný ........................................................................................................................ 65 4.2.2 Dřevostavba .............................................................................................................. 65 Kapitola 5 - Progresivní řešení a technologie pro spodní stavbu ............................... 67 Kapitola 6 - Progresivní řešení a technologie pro obvodové konstrukce ................... 71 6.1 Výplně otvorů .................................................................................................................. 71 6.2 Obvodové konstrukce ..................................................................................................... 73 Kapitola 7 - Progresivní řešení a technologie pro střešní konstrukce ........................ 77 Kapitola 8 - Progresivní technologie pro izolační systémy ......................................... 81 8.1 Polystyren........................................................................................................................ 82 8.1.1 Expandovaný pěnový polystyren - EPS ..................................................................... 82 8.1.2 Extrudovaný polystyren - XPS ................................................................................... 83 8.2 Minerální vlna – MW....................................................................................................... 83 8.3 Pěnový polyuretan PUR .................................................................................................. 84 8.3.1 Lehká PUR pěna ........................................................................................................ 84 8.3.2 Tvrdá PUR pěna ........................................................................................................ 84

4

8.4 Pěnové sklo ..................................................................................................................... 84 8.5 Celulóza ........................................................................................................................... 85 8.6 Vakuová izolace ............................................................................................................... 86 8.7 Izolace z přírodních materiálů......................................................................................... 87 Kapitola 9 - Progresivní technologie solární architektury ........................................... 91 9.1 Fotovoltaické systémy..................................................................................................... 91 9.2 Solární tepelné soustavy ................................................................................................. 92 Kapitola 10 - Progresivní technologie pro využití geotermální energie ...................... 94 10.1 Využití geotermální energie .......................................................................................... 95 10.2 Výroba elektrické energie ............................................................................................. 95 10.3 Využití v Česku .............................................................................................................. 96 Kapitola 11 - Enviromentální posuzování nízkoenergetických a pasivních budov ..... 98 11.1 Metodika hodnocení ..................................................................................................... 99 Kapitola 12 - Koncepce navrhování nízkoenergetických a pasivních budov ........... 102 Kapitola 13 - Závěrečné shrnutí a trendy vývoje do budoucnosti ............................ 104 Použitá literatura...................................................................................................... 108

5

Kapitola 1 - Zelená architektura

KLÍČOVÉ POJMY Zelená architektura, environmentální environmentální přínos, zelené budovy, úspora

CÍLE KAPITOLY Pochopení pojmu Zelená architektura a její jej přínos.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU STUDIU KAPITOLY 4 hodiny

VÝKLAD

V čase ase ropné krize v 70. letech → zájem jem o šetření přírodních zdrojů zdrojů, používání obnovitelných zdrojů energie, zvýšení energetické efektivnosti budov. V 80. letech – návrh budov s co nejnižší spotřebou energie a neobnovitelných zdrojů → nízkoenergetické budovy. V 90. letech formálně pojem zelená budova. budova.

6

1.1 Pojem – zelená budova Podle EPA (U. S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY): Zelená budova je budova navrhnutá tak, aby byla zabezpečená maximální účinnost v souvislosti s používáním zdrojů – energií, vody a materiálů, a s minimalizací dopadů budovy na lidské zdraví a životní prostředí v průběhu celého životného cyklu, tj. od pre-design, návrhu, realizace až po provedení, údržbu a obnovu. Podle WORLD GREEN BUILDING COUNCIL: Zelené budovy jsou takové, které výrazně snižují nebo eliminují vliv na životní prostředí → efektivně hospodaří s vodou, optimalizují energetickou efektivnost, šetří přírodní zdroje, produkují méně odpadů a podporují vytvoření zdravějšího vnitřního klima pro uživatele v porovnání s tradičními budovami. Stavební postupy jsou směrované ke splnění udržitelného plánování lokalit, k využívání a ochraně vod, k zachování materiálů a zdrojů energií, energetické účinnosti budov a k vytvoření kvalitního vnitřního prostředí. Podle USGBC – podle zprávy uveřejněné v roce 2006, víc jak 70 procent z výzkumů zelených budov je zaměřených na výzkum energie a atmosféry. Dalším předmětem výzkumu jsou materiály a zdroje, jako je kvalita vnitřního prostředí. Podle organizace BUILD GREEN: Zelené budovy patří mezi ekologicky udržitelné stavby, které jsou navrhované, realizované a provozované tak, aby byl zabezpečený jejich minimální vliv na ŽP – takové budovy, dobře zrealizované, ušetří peníze, zvýší komfort a vytvoří zdravé prostředí pro jejich obyvatele. Podle publikace OECD, ENVIRONMENTALLY SUSTAINABLE BUILDING: Zelená budova je environmentálně udržitelná budova, navrhnutá, konstruovaná a provozovaná tak, aby se zabezpečilo minimalizování celkových vlivů na životní prostředí. Podle knihy: GREEN BUILDING – DESIGN & CONSTRUCTION GUIDELINES (Raymond J. Cole, Kevin Connery, David Rousseau, Ian Theaker)

7

Zelená budova redukuje environmentální vliv na ŽP – po čase celého životného cyklu. Zabraňuje: -

znehodnocování přírodních zdrojů,

-

nadměrné spotřebě zdrojů,

-

zvýšení produkce odpadů a znečištění.

Ochraňuje: -

přírodní a neobnovitelné zdroje materiálů a energií,

-

zdraví lidí.

1.2 Energetický a environmentální význam Snížení spotřeby energií → snížení výstavby elektráren → snížení spotřeby fosilních paliv → snížení tvorby emisí CO2 → méně skleníkových plynů → snížení vlivu globálního oteplování → snížení množství vázané energie z neobnovitelných materiálů → snížení i dalších indikátorů zapříčiňujících uskutečňování klimatických změn.

1.3 Ekonomický význam Snížení

nákladů

na

provoz

budovy

→

ušetření

financí

→

zvýšení

konkurenceschopnosti na trhu.

1.4 Sociální význam Vytvoření kvalitního vnitřního klima bez uvolňování nežádoucích látek → zabezpečení zvýšení komfortu → vyšší produktivita uživatelů → vytvoření udržitelné budoucnosti → poskytnutí materiálů pro budoucí generace.

8

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. příklady In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-110180 -X. TYWONIAK, J., J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061 978 2061-6. TYWONIAK, J., J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další. další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832 3832-1.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Definujte pojem zelená budova. 2. Proč a jak navrhovat zelené budovy. 3. Popište energetický a environmentální přínos zelených budov.

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad.

9

Kapitola 2 - Energetická bilance a kategorie budov

KLÍČOVÉ POJMY Energetická bilance, hodnocení, kategorie budov, měrná potřeba, nízkoenergetický dům, pasivní dům, nulová budova

CÍLE KAPITOLY Pochopení energetické bilance, hodnocení budov a jednotlivé kategorie budov.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU STUDIU KAPITOLY 6 hodin

VÝKLAD

2.1 Princip hodnocení Hodnocení stavebně-energetických stavebně energetických vlastností budovy se provádí na více úrovních, jmenovitě podle: •

Součinitele prostupu tepla (stanovené limity nebo doporučení pro jednotlivé Součinitele teplosměnné konstrukce, tedy konstrukce oddělující vytápěný prostor od venkovního prostředí, sousedního nevytápěného prostoru nebo přiléhajíc přiléhající zeminy, a/nebo stanovený limit pro střední hodnotu součinitele prostupu tepla obálky budovy),

10

•

Měrné potřeby tepla na vytápění (bez vlivu účinnosti otopné soustavy),

•

Měrné potřeby energie na vytápění (včetně vlivu účinnosti otopné soustavy),

•

Měrné potřeby primární energie na vytápění,

•

Měrné potřeby energie na provoz budovy,

•

Měrné potřeby primární energie na provoz budovy,

•

Měrných ekvivalentních emisí CO2 při provozu budovy

2.2 Kategorie budov 2.2.1 Nízkoenergetické budovy Nízkoenergetické budovy jsou charakterizovány nízkou potřebou tepla na vytápění. Té je dosahováno zejména optimalizovaným stavebním řešením obálky budovy. Za nízkoenergetickou budovu se obvykle požaduje budova, jejíž potřeba tepla na vytápění je výrazně nižší než aktuální požadavek národních předpisů. Pro nízkoenergetické budovy je obvyklá hodnota měrné potřeby tepla na vytápění do 50 kWh/(m2.a) a požaduje se účinná otopná soustava budovy.

2.2.2 Pasivní budovy Pasivní budovy jsou charakterizovány minimalizovanou potřebou energie na zajištění požadovaného stavu vnitřního prostředí a minimalizovanou potřebou primární energie z neobnovitelných zdrojů na jejich provoz díky optimalizovanému stavebnímu řešení a dalším opatřením.

11

2.2.3 Energeticky nulové budovy Hodnocení vychází z roční bilance energetických potřeb a energetické produkce v budově a jejím okolí, vyjádřené v hodnotách primární energie. Předpokládá se, že budova je připojena na obvyklé energetické sítě. Zpravidla je výhodné, aby stavební řešení a technická zařízení budovy byla navržena tak, aby odpovídala standardu pasivní budovy.

2.2.4 Energeticky nezávislé budovy Jako energeticky nezávislé budovy se označují budovy bez potřeby dodávek energie ze zdrojů mimo budovu. Zpravidla se jedná o budovy mimo zastavěné území, kde napojení na energetické sítě nebylo možné, a jiná dodávka energie by byla obtížná. I v takovém případě je vhodné, aby byla budova řešena jako pasivní. Vyrovnání mezi energetickou produkcí a spotřebou energie slouží akumulace energie do tepelných zásobníků, elektrických akumulátorů a využití akumulace energie v podzákladí. Určitá míra energetické nezávislosti může být významným požadavkem i u budov umístěných v zastavěných územích. Znamená totiž menší omezení provozu v případě krátkodobého výpadku v energetickém zásobování.

2.3 Budovy nové generace •

energeticky nulové budovy,

•

energeticky pozitivní budovy,

•

budovy jako součásti energeticky nulové nebo energeticky pozitivní městské čtvrti (města),

•

budovy se zvýšenou energetickou soběstačností,

•

budovy energeticky nezávislé,

•

vhodné kombinace předchozích.

12

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. příklady In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-110180 -X. TYWONIAK, J., J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061 978 2061-6. TYWONIAK, J., J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další. další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832 3832-1.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Podle čeho se hodnotí stavebně-energetické stavebně energetické vlastnosti budov. 2. Definujte nízkoenergetickou budovu. 3. Definujte pasivní budovu. 4. Definujte energeticky nezávislou budovu.

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad. 4. Viz výklad.

13

Kapitola 3 - Požadavky na tepelnou ochranu budov, stavební řešení

KLÍČOVÉ POJMY Obálka budovy, tepelná ochrana budov, součinitel prostupu tepla, průměrný součinitel prostupu tepla, minimální teplota, teplotní faktor, lineární činitel prostupu tepla, bodový činitel prostupu tepla, pokles dotykové teploty, šíření vlhkosti, průvzdušnost, větrání, tepelná stabilita

CÍLE KAPITOLY Pochopení základních požadavků na tepelnou ochranu budov, jejich stanovení a posouzení. posouzení


VÝKLAD

Požadavky tepelné techniky je možné obecně rozdělit do čtyř vzájemně se prolínajících oblastí: -

ochrana uživatelů budov (požadavky na zdravé prostředí a komfort),

14

-

ochrana stavebních konstrukcí (příspěvek k zajištění odpovídající životnosti stavebních konstrukcí a jejích částí),

-

ekonomie provozu budov (zajištění nízkých provozních nákladů),

-

ochrana vnějšího prostředí (životního prostředí na lokální, regionální i globální úrovni).

Současné splnění všech požadavků nemusí být snadné, zejména uvážíme-li, že existuje mnoho dalších požadavků z příbuzných oblastí (další kapitoly stavební fyziky, jako jsou stavební akustika či denní osvětlení, nebo oblast statiky apod.).

3.1 Základní pojmy Základní terminologie pro tepelnou ochranu budov je uvedena v ČSN 73 0540-1. Obálka budovy - je soubor všech teplosměnných konstrukcí na systémové hranici celé budovy nebo zóny, jež jsou vystaveny přilehlému prostředí, které tvoří venkovní vzduch, přilehlá zemina, vnitřní vzduch v přilehlém nevytápěném prostoru, sousední nevytápěné budově nebo sousední zóně budovy vytápěné na nižší vnitřní návrhovou teplotu. Konstrukce – stavební konstrukce a výplně otvorů. Stavební konstrukce – stěny, lehké obvodové pláště, příčky, střechy, stropy a podlahy. Výplně otvorů – okna, světlíky, dveře, vrata a střešní poklopy a jejich sestavy včetně doplňkových prvků (roletové boxy, větrací prvky apod.), osazené do otvoru v budově, a průsvitné části lehkého obvodového pláště. Výplně otvorů se hodnotí včetně rámu. Rámy – zahrnují okenní rámy a jejich díly včetně spojovacích profilů, zárubně, sloupky a příčle, poutce, rozšiřující profily a nadstavbové profily výplní otvorů. Lehký obvodový plášť – sestava podle ČSN EN 13930, tj. ekvivalent výrobku, hodnocený vcelku.

15

Lehké konstrukce – konstrukce s nízkou tepelnou setrvačností, které mají plošnou hmotnost vrstev (od vnitřního líce k rozhodující tepelněizolační vrstvě včetně) nižší než 100 kg/m2. Ostatní konstrukce jsou považovány za „těžké“, tj. za konstrukce s vysokou tepelnou setrvačností. Temperovaný prostor – uzavřený prostor nesloužící pobytu osob, kde je v zimním období teplota vzduchu záměrně výrazně nižší než v navazujícím prostoru vytápěném a vyšší než výpočtová teplota venkovní. Zpravidla se jedná o zádveří, vstupní haly a podobně. Temperovaný prostor je buď vytápěn cíleně na teplotu nižší 15 °C (stanoví projektant), nebo nepřímo pomocí tepelných ztrát navazujícího vytápěného prostoru. Teplota takto temperovaného prostoru se stanoví podle ČSN EN ISO 13789 nebo podrobněji pomocí tepelné bilance.

3.2 Šíření tepla 3.2.1 Nejnižší povrchová teplota Teplota vnitřního povrchu stavebních konstrukcí ovlivňuje kvalitu vnitřního mikroklimatu v budovách a má tedy i vliv na uživatelský komfort stavebního objektu. Používá se při hodnocení rizika kondenzace vodní páry a výskytu plísní na vnitřním povrchu stavební konstrukce. Od roku 2007 se pro hodnocení požadavků na vnitřní povrchovou teplotu používá teplotní faktor vnitřního vzduchu. Jedná se o poměrnou veličinu, která je na rozdíl od vnitřní povrchové teploty vlastností konstrukce a nezávisí na působících teplotách. Pro neprůsvitné konstrukce je kritériem vyloučení vzniku plísní, pro okna vyloučení povrchové kondenzace vodní páry. Vyloučení vzniku plísní = relativní vlhkost max. 80 %. Vyloučení povrchové kondenzace = relativní vlhkost 100 %.

16

Požadavky stanovuje ČSN 730540-2. Stavební konstrukce v běžných prostorech s relativní vlhkostí vzduchu do 60 % musí ve všech místech svého vnitřního povrchu splňovat podmínku: fRsi ≥ fRsi,N fRsi

nejnižší teplotní faktor vnitřního povrchu konstrukce.

fRsi,N

požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu.

Tab. 1: Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi,cr pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φi = 50%

Návrhová venkovní teplota θe [°C]

Návrhová teplota

-13

-14

-15

-16

-17

-18

-19

-20

-21

Konstrukce vnitřního vzduchu

Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu fRSi,cr

θai [°C] 20,0

0,647 0,648 0,649 0,649 0,650 0,650 0,650 0,650 0,650

Výplň

20,3

0,649 0,650 0,651 0,652 0,652 0,652 0,652 0,652 0,651

otvoru

20,6

0,652 0,653 0,653 0,654 0,654 0,654 0,654 0,654 0,653

podle 4.6

20,9

0,654 0,655 0,655 0,656 0,656 0,656 0,656 0,655 0,655

21,0

0,655 0,656 0,656 0,656 0,657 0,657 0,656 0,656 0,655

20,0

0,748 0,746 0,744 0,751 0,757 0,764 0,770 0,776 0,781

20,3

0,750 0,747 0,745 0,752 0,759 0,765 0,771 0,777 0,782

20,6

0,751 0,749 0,747 0,754 0,760 0,766 0,772 0,778 0,783

20,9

0,753 0,751 0,748 0,755 0,762 0,768 0,773 0,779 0,784

21,0

0,753 0,751 0,749 0,756 0,762 0,768 0,774 0,779 0,785

Stavební konstrukce

Zdroj: Vlastní Výpočet teplotního faktoru: fRsi =

17

θai

teplota na vnitřní straně hodnocené konstrukce.

θe

teplota na vnější straně hodnocené konstrukce.

θsi

nejnižší vnitřní povrchová teplota.

Příklad: θai = 21 °C; θe = -15 °C; θsi = 13,6 °C fRsi = (13,6 – (-15)) / (21 – (-15)) = 0,794

Výpočet minimální teploty: Jednorozměrné šíření tepla Výpočet vychází ze vztahu pro výpočet teploty v libovolném místě konstrukce θx = θai – U . (Rsi + Rx) . (θai – θe)

Rx = 0 θsi = θai – U . Rsi . (θai – θe)

θai

návrhová teplota vnitřního vzduchu

θe

návrhová teplota na vnější straně konstrukce

Vícerozměrné šíření tepla Numerickým řešením parciální diferenciální rovnice vedení tepla. Tradičně se používá metoda sítí, nověji metoda konečných prvků. Např. program AREA

18

3.2.2 Součinitel prostupu tepla Základní způsoby šíření tepla Teplo je energie, která se šíří v jakémkoliv libovolném prostředí, pokud v tomto prostředí jsou místa s rozdílnými teplotami. Vzhledem ke snaze o vyrovnání teplotního stavu tělesa nebo prostoru dochází k šíření tepla od míst s vyšší teplotou do míst s nižší teplotou. 3 základní způsoby šíření tepla: •

vedením (kondukcí);

•

prouděním (konvekcí);

•

sáláním (radiací).

Šíření tepla vedením K šíření tepla vedením dochází především v pevných látkách. Z hlediska stavební techniky se jedná o nejběžnější způsob šíření tepla, uplatňuje se u všech stavebních konstrukcí. Vedení tepla je v podstatě postupné odevzdávání kinetické energie molekulám tělesa při jejich dotyku. Vedení tepla popisuje Fourierův zákon (první a druhý).

Šíření tepla prouděním -

V kapalných a plynných látkách.

-

Částice látek se pohybují a přitom přenášejí teplo.

Rozlišujeme přirozené proudění, které vzniká přemisťováním částic různé hmotnosti při zahřátí látky, a vynucené proudění, kde je proudění vyvoláno vnějšími vlivy – v technické praxi obvykle čerpadlem nebo ventilátorem. Newtonův zákon – popisuje hustotu tepelného toku při proudění.

19

Šíření tepla sáláním Je

to

v podstatě

přenos

elektromagnetického

záření,

především

záření

infračerveného. Toto záření vydává každé těleso o teplotě vyšší, než 0 K. Takovéto těleso nejen záření vydává, ale částečně i pohlcuje, odráží a propouští. Tepelný odpor, součinitel prostupu tepla Jsou základními veličinami charakterizujícími tepelně izolační vlastnosti stavebních konstrukcí. Tepelný odpor konstrukce R=d/λ

[(m2·K)/W]

Vztah platí pro jednovrstvou homogenní konstrukci kolmou ke směru tepelného toku. Za stejného předpokladu lze vyčíslit i tepelný odpor vícevrstvé konstrukce.

⋯

Tepelný odpor nehomogenních vrstev konstrukce

Obr. 1: Ukázka nehomogenní vrstvy konstrukce

20

Je

potřeba

stanovit

náhradní

hodnotu

součinitele

tepelné

vodivosti:

⋯ ⋯

λ1…. λn jsou součinitelé tepelné vodivosti jednotlivých materiálů vrstvy [W/(m2·K) ]. A1….An je plocha těchto materiálů v charakteristickém výseku nehomogenní vrstvy [m2].

Odpor při přestupu tepla -

Výměna tepla na povrchu konstrukce mezi konstrukcí a okolním prostředím.

-

Na základě proudění vzduchu na povrchu konstrukce a sáláním mezi povrchem konstrukce a okolními tělesy.

Tepelný odpor konstrukce při přestupu tepla

25 20 15

[°C]

10 5 0 -5 -10 -15 -20

Obr. 2: Průběh teploty v konstrukci, znázornění jednotlivých odporů.

21

Pro jednovrstvou konstrukci: [(m2·K)/W]

RT = Rsi + R + Rse Pro vícevrstvou konstrukci: RT = Rsi + ∑R + Rse -

[(m2·K)/W]

Do tepelného odporu se standardně započítávají pouze ty vrstvy, které jsou účinně chráněny před účinky vlhkostí.

-

U dvouplášťových konstrukcí se do tepelného odporu započítávají pouze vrstvy vnitřního pláště.

-

Velmi tenké vrstvy lze zanedbat (lepenky, folie, atd.).

Součinitel prostupu tepla Převrácená hodnota tepelného odporu. U = 1 / RT

[W/(m2·K)]

U = 1 / (Rsi + R + Rse) R=d/λ Požadavky na součinitel prostupu tepla uvádí ČSN 730540-2. -

Pro každou stavební konstrukci musí být splněna podmínka U ≤ UN.

-

U je součinitel prostupu tepla konstrukce.

-

UN je normou požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla.

Tab. 2: Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu teplalo budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 – 22 °C

Popis konstrukce

Součinitel prostupu tepla [W/(m2.K)] Požadované

Doporučené

Doporučené

hodnoty

hodnoty

hodnoty pro

22

UN,20

Urec,20

pasivní budovy Upas,20

těžká: 0,25 Stěna vnější Střecha strmá se sklonem nad 45°

0,30 1)

lehká: 0,20

0,18 až 0,12

0,30

0,20

0,18 až 0,12

0,24

0,16

0,15 až 0,10

0,24

0,16

0,15 až 0,10

0,30

0,20

0,15 až 0,10

Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45° včetně Strop s podlahou nad venkovním prostorem Strop pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace) Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez

0,30 1)

tepelné izolace)

těžká: 0,25 0,18 až 0,12 lehká: 0,20

Podlaha a stěna vytápěného prostoru přiléhá k zemině 4), 6) Strop

a

stěna

vnitřní

0,45

0,30

0,22 až 0,15

0,60

0,40

0,30 až 0,20

0,75

0,50

0,38 až 0,25

0,75

0,5

0,38 až 0,25

0,85

0,6

0,45 až 0,30

1,05

0,70

0,5

1,05

0,70

1,30

0,90

2,2

1,45

z vytápěného

k nevytápěnému prostoru Strop

a

stěna

vnitřní

z vytápěného

k temperovanému prostoru Strop a stěna vnější z temperovaného prostoru k venkovnímu prostředí Podlaha a stěna temperovaného prostoru přilehlá k zemině 6) Stěna mezi sousedními budovami 3) Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně Strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5°C včetně

23

Stěna vnitřní mezi prostory s rozdílem 2,7

1,8

1,52)

1,2

0,8 až 0,6

1,47)

1,1

0,9

1,7

1,2

0,9

3,5

2,3

1,7

3,5

2,3

1,7

2,6

1,7

1,4

0,2 + fw

0,15 + 0,85. fw

teplot do 5°C včetně Výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného

prostoru

do

venkovního

prostředí, kromě dveří Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45°, z vytápěného

prostoru

do

venkovního

prostředí Dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu) Výplň otvoru vedoucí z vytápěného do temperovaného prostoru Výplň otvoru vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostoru Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45° vedoucí

z temperovaného

prostoru

do

venkovního prostředí Lehký

obvodový

plášť

hodnocený

jako

s poměrnou

plochou

(LOP),

smontovaná f ≤ 0,5 0,3 + 1,4. f w w sestava včetně nosných prvků, průsvitné

výplně otvoru fw = Aw / A, v m2/m2, kde A

je

celková

plocha

lehkého

fw > 0,5 0,7 + 0,6. fw

2

obvodového pláště (LOP), v m ; Aw

je plocha průsvitné výplně

otvoru k osvětlení

sloužící interiéru

převážně včetně

24

příslušných částí rámu v LOP, v m2. Kovový rám výplně otvorů

–

1,8

1,0

Nekovový rám výplně otvoru 5)

–

1,3

0,9 – 0,7

Rám lehkého obvodového pláště

–

1,8

1,2

POZNÁMKY 1) Pro jednovrstvé zdivo se nejpozději do 31. 12. 2012 připouští hodnota 0,38 W/(m2·K). 2) Nejpozději do 31. 12. 2012 se připouští hodnota 1,7 W/(m2·K). 3) Nemusí se vždy jednat o teplosměnnou plochu, ovšem s ohledem na postup výstavby a možné změny způsobu užívání se zjišťuje tepelná ochrana na uvedené úrovni. 4) V případě podlahového a stěnového vytápění se do hodnoty součinitele prostupu tepla započítávají pouze vrstvy od roviny, ve které je umístěno vytápění, směrem do exteriéru. 5) Platí i pro rámy využívající kombinace materiálů, včetně kovových, jako jsou například dřevo-hliníkové rámy. 6) Odpovídá výpočtu součinitele prostupu tepla podle ČSN 73 0540-4 (tj. bez vlivu zeminy), nikoli výslednému působení podle ČSN EN ISO 13370. 7) Nejpozději do 31. 12. 2012 se připouští hodnota 1,5 W/(m2·K). Zdroj: Vlastní

3.2.3 Průměrný součinitel prostupu tepla Uem [W/(m2.K)] -

Postup výpočtu dle ČSN 73 0540-4.

-

Výpočet pomocí programu ENERGIE.

Uem = HT / A A

celková plocha konstrukcí ohraničující vytápěný objem budovy v m2.

HT

je měrná ztráta prostupem tepla ve W/K.

HT = ∑ Ai . Ui . bi + ∑ li . ψi . bi + ∑ χi . bi

25

zjednodušený vztah: HT = ∑ Ai . Ui . bi + A . ΔUtbm -

Ai plocha i-té konstrukce ohraničující vytápěný prostor v m2; Ui součinitel prostupu tepla i-té konstrukce ve W/(m2.K); li délka i-té tepelné vazby na hranici budovy v m; ψi lineární činitel prostupu tepla i-té tepelné vazby na hranici budovy ve W/(m.K) χi bodový činitel prostupu tepla i-té tepelné vazby ve W/K (obvykle se zanedbává); bi činitel teplotní redukce pro i-tou konstrukci nebo tepelnou vazbu; A celková plocha konstrukcí ohraničující vytápěný objem budovy v m2; ΔUtbm je průměrný vliv tepelných vazeb na hranici budovy či její části ve W/(m2.K).

ΔUtbm se obvykle odhaduje na základě kvality navržených detailů. Běžné tepelné vazby

ΔUtbm = 0,1 W/(m2.K)

Mírné tepelné vazby

ΔUtbm = 0,05 W/(m2.K)

Důsledně optimalizované tepelné vazby

ΔUtbm = 0,02 W/(m2.K)

Činitel teplotní redukce b se stanoví z tabulkových hodnot v ČSN 73 0540-3

26

Tab. 3: Činitel teplotní redukce b dle ČSN 73 0540-3

Činitel teplotní redukce Vnitřní prostředí

Typ konstrukce

Vytápěné

Částečně vytápěné

Konstrukce k venkovnímu prostředí Výplně otvorů (okna, dveře, apod.)

1,0

0,71

1,0

0,71

neizolované, netěsné

0,83

0,54

neizolované, těsněné

0,74

0,46

izolované, těsněné

0,57

0,29

zcela pod terénem

0,43

0,14

zčásti nad terénem

0,49

0,20

odvětrávané

0,57

0,29

0,49

0,20

vytápěnou zónu, aj.) -výplně otvorů ze zóny do tohoto prostoru (okna, dveře, apod.)

0,49

0,20

Převážně prosklená přístavba (např. zimní zahrada)

0,71

0,43

-výplně otvorů ze zóny do této přístavby (okna, dveře, apod.)

0,71

0,43

0,91

0,63

0,91

0,63

Střechy; Stropy nad venkovním prostředím Stěny vnější; Lehké obvodové pláště Konstrukce přilehlé k nevytápěnému prostoru Půda, podstřešní prostor při střeše

Suterén nebo technické podlaží

Prostor nad terénem převážně k venkovnímu prostředí (např. přilehlá garáž, zimní zahrada, schodiště vysunuté mimo

Přístavba odvětrávaná do venkovního prostředí Odvětrávaná vzduchová vrstva konstrukce -výplně otvorů ze zóny do této přístavby (okna, dveře, apod) Konstrukce přilehlé k zemině do 1 m včetně

0,66

0,52

Ve vzdálenosti od venkovního povrchu

od 1 m do 2 m včetně

0,57

0,40

terénu o konstrukce

od 2 m do 3 m včetně

0,49

0,28

nad 3 m

0,43

0,20

27

Zdroj: Vlastní

Požadavky na průměrný součinitel prostupu tepla (ČSN 73 0540-2) -

Vyjadřují vliv samotného stavebního řešení na úsporu energie na vytápění.

-

Nezohledňují tedy žádné nejisté faktory (chování uživatelů, vliv klimatických podmínek).

-

Musí být splněno Uem ≤ Uem,N o Uem,N požadovaná hodnota průměrného součinitele prostupu tepla, ve W/(m2.K)

Tab. 4: Požadované hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou 18 – 22 °C

Zdroj: Vlastní

Faktor tvaru budovy A/V [m2/m3] je poměr mezi plochou obalových konstrukcí A a obestavěným prostorem budovy V. Výpočet dle Tab. 4 je: Metoda referenční budovy

28

Referenční budova Virtuální budova stejných rozměrů a stejného prostorového uspořádání jako hodnocená budova. Stejného účelu a umístění. Všechny plochy obálky mají normou požadované hodnoty. Pokud více jak 50 % teplosměnné plochy jsou průsvitné plochy, započte se jen 50 %.

3.2.4 Lineární a bodový činitel prostupu tepla Lineární činitel prostupu tepla charakterizuje tepelně technické vlastnosti dvourozměrných tepelných mostů a vazeb. Vyjadřuje množství tepla ve W, které prochází při jednotkovém teplotním rozdílu jednotkovou délkou tepelného mostu. U stavebních konstrukcí ovlivňuje kvalitu vnitřního mikroklimatu v budovách a má tedy i vliv na uživatelský komfort stavebního objektu. Požadavky uvádí ČSN 730540-2 ψk ≤ ψk,N [W/(m·K)] ψk

je lineární činitel prostupu tepla tepelné vazby mezi konstrukcemi.

ψk,N

je normou požadovaná hodnota.

Požadovaná hodnota ψk,N závisí na převažující návrhové vnitřní teplotě θim.

Pro tepelné vazby v běžných objektech s převažující návrhovou vnitřní teplotou od 18 do 22 °C včetně se používají tabulkové hodnoty, mimo toto rozmezí se používá vztah:

, ,, ψk,N,20

700 , .

!W/m . K &

základní hodnota lineárního činitele prostupu tepla z tab.

29

θim

převažující návrhová vnitřní teplota.

θe

návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období.

Tab. 5: Požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla tepelných vazeb mezi konstrukcemi

Lineární činitel prostupu tepla [W/(m·K)] Doporučené Typ lineární tepelné vazby

Požadované

Doporučené

hodnoty

hodnoty

ΨN

Ψrec

0,2

0,10

0,05

0,1

0,03

0,01

0,3

0,10

0,02

hodnoty pro pasivní budovy Ψpas

Vnější stěna navazující na další konstrukci s výjimkou výplně otvoru, např. na základ, strop nad nevytápěným prostorem, jinou vnější stěnu, střechu, lodžii či balkon, markýzu či arkýř, vnitřní stěnu a strop (při vnitřní izolaci), aj. Vnější stěna navazující na výplň otvoru, např. na okno, dveře, vrata a část prosklené stěny v parapetu, bočním ostění a v nadpraží Střecha navazující na výplň otvoru, např. střešní okno, světlík, poklop výlezu Zdroj: Vlastní

Tepelný most/vazba je část obálky budovy, kde se výrazně změní tepelný tok. V těchto místech je zvýšená měrná tepelná ztráta.

30

Obr. 3: Tepelný tok (analogie jako vodní tok)

Zdroj: Vlastní

Zeď si lze představit jako různě porézní materiál, přes který teče různě rychle voda (neizolovaná zeď=molitan, lépe izolovaná zeď=plynosilikát, atd. ..). Pokud je zeď rovná, teče teplo (voda) rovně = jednorozměrné vedení tepla, teplo teče z vyšší úrovně (teplejšího prostředí) do nižší (chladnějšího). Tepelný tok nevzniká mezi prostory, kde je stejná teplota (vytápěná zóna). Pokud je zakřivení konstrukce, dochází i k zakřivení tepelného toku = dvourozměrné, příp. trojrozměrné vedení tepla. Tepelný tok je množství energie, které „vtéká“ do konstrukce – musí odtud také vytéci.

Tepelná propustnost konstrukce L = U . A [W/K] kde U je součinitel prostupu tepla ve [W/(m2.K)], A je plocha konstrukce v [m2]. ! Ale platí jen pro jednorozměrné vedení tepla 1D!

31

Obr. 4: Vícerozměrné vedení tepla

Zdroj: Vlastní

V místě, kde se stýkají dvě konstrukce (např. stěna a střecha, stěna a balkónová deska, atp.), dochází k dvourozměrnému (2D) vedení tepla v důsledku deformace teplotního pole. V místě, kde se stýkají tři plošné konstrukce (např. dvě stěny a střecha v koutě místnosti pod střechou), dochází dokonce k trojrozměrnému (3D) vedení tepla. Deformace teplotního pole znamená vždy změnu tepelné propustnosti (proto tato místa označujeme jako tepelné mosty). Hodnoty lineárních činitelů prostupu tepla pro typická konstrukční řešení je možno získat z různých katalogů. Vliv 3D tepelných mostů lze většinou zanedbat. Pokud se ale vyskytují významné 3D tepelné mosty, měly by pro ně být vypočítány odpovídající tepelné propustnosti L3D. Při sestavování nerozděleného modelu je potřeba věnovat zvýšenou pozornost soustavě rozměrů (vnější, vnitřní, celkové vnitřní), kterou používáme pro výpočet ploch! Zvolené soustavy rozměrů se musíme držet během celého výpočtu. Hodnota lineárního činitele prostupu tepla jednoho detailu se může lišit v závislosti na zvolené soustavě rozměrů.

32

Obecně se doporučuje používat vnější rozměry.

Konstrukční tepelný most Vzniká, kde materiály s vyšší tepelnou vodivostí procházejí tepelnou izolací nebo do ní vstupují, přerušení nebo oslabení izolace (balkónové konzoly, paty zdí, základy, upevňovací systémy v tepelně izolačním systému, dřevěný sloupek v lehké konstrukcí,...).

Obr. 5: Konstrukční tepelný most

Zdroj: Vlastní

Klasické konzole balkónu je možno se kompletně vyhnout použitím samonosné konstrukce. Pak zůstávají jako prostup pouze dva upevňovací body pro vynesení horizontálních sil.

33

Geometrické TM – tepelné vazby Vznikají vždy tam, kde izolační rovina mění směr nebo se mění její tloušťka (rohy vnějších stěn, sokly, žlaby, hřeben, čelo štítu, ostění oken, …). Budou-li tepelné ztráty průnikem počítány z ploch z vnějších rozměrů, vyjde činitel prostupu tepla s negativním znaménkem (budou-li dodržena pravidla navrhování bez TM). Znamená to snížení tepelných ztrát prostupem.

Obr. 6: Geometrický tepelný most

Zdroj: Vlastní

34

Obr. 7: Stavební škody v důsledku TM, termovizní snímkování

Zdroj: Vlastní

Růst plísně v rohu stávající místnosti v místě zřetelného tepelného mostu. Termografický snímek / diagnostika tepelných mostů. Na snímku výrazně chladnější oslabené místo v rohu.

Přímé dopady TM: -

Změna tepelného toku s obecně vyššími tepelnými ztrátami.

-

Snížená povrchová teplota v prostoru tepelného mostu v porovnání s jinými rovnými vnějšími povrchy.

Tím nastává vlivem TM: -

Vyšší tepelná ztráta, vyšší potřeba tepla na vytápění, vyšší měrná spotřeba dodané energie.

-

Snížení komfortu nízkými teplotami vnitřních povrchů.

35

-

Riziko tvorby kondenzátu a plísní na povrchu vnitřních ploch.

-

Zvýšené usazování prachu vyšší vlhkostí vzduchu a konstrukcí v oblasti TM.

3.3 Hodnocení podlahových konstrukcí Hodnocení podlahy z hlediska odnímatelnosti tepla, to znamená z hlediska kontaktního ochlazovacího účinku na lidský organismus. Δθ10

[°C]

Tepelná jímavost podlahy se určuje: -

v zimním období, za předpokladu neustáleného teplotního stavu;

-

počáteční teplota povrchu nohy θk = 33 °C;

-

doba kontaktu nohy s podlahovou konstrukcí t = 600 sekund.

2 základní stádia: -

počáteční: po krátké počáteční prodlevě dochází k poklesu kontaktní teploty nohy;

-

reakce: začíná se uplatňovat termoregulační systém lidského těla, dochází k přísunu tepla z těla ke kontaktní ploše.

36

Podle schopnosti podlahy odnímat teplo dochází: -

k poklesu (pozvolnějšímu) kontaktní teploty (studené podlahy);

-

k nárůstu kontaktní teploty (teplé podlahy).

Graf 1: Charakteristický průběh kontaktní teploty pro některé typy nášlapných podlahových vrstev

Zdroj: Vlastní

Výpočet poklesu dotykové teploty -

Výpočtový postup dle ČSN 730540-4.

-

Hodnota poklesu dotykové teploty podlahové konstrukce Δθ10 se stanoví na základě vnitřní povrchové teploty θsi a tepelné jímavosti podlahové konstrukce B, která je rovna tepelné jímavosti horního povrchu nášlapné vrstvy podlahy.

-

Tepelná jímavost horního povrchu se stanoví postupným výpočtem tepelných jímavostí horního povrchu jednotlivých vrstev podlahové konstrukce, od vrstvy nejníže položené k nejvýše položené vrstvě podlahy.

37

Za nejnižší vrstvu podlahy se považuje: -

vrstva nad hydroizolací (podlaha na terénu);

-

nosná vrstva stropní konstrukce.

Výpočet obvykle pomocí výpočetní techniky (program TEPLO). Požadavky uvádí ČSN 730540-2: -

pokles dotykové teploty hodnocené podlahové konstrukce musí být menší nebo roven normové hodnotě poklesu pro danou kategorii podlahy;

-

Δθ10 ≤ Δθ10,N.

Tab. 6: Kategorie podlah z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy Δθ10,N

Kategorie podlahy

Pokles dotykové teploty podlahy Δθ10,N [°C]

I.

Velmi teplé

do 3,8 včetně

II.

Teplé

do 5,5 včetně

III.

Méně teplé

do 6,9 včetně

IV.

Studené

od 6,9

Zdroj: Vlastní

38

Tab. 7: Kategorie podlah – požadované a doporučené hodnoty

Kategorie podlahy Druh budovy

Účel místnosti Požadované

dětský pokoj, ložnice obývací pokoj, pracovna, předsíň sousedící Obytná budova s pokoji, kuchyň koupelna, WC Předsíň před vstupem do bytu učebna, kabinet tělocvična dětská místnost jeslí a školky operační sál, předsálí, ordinace, přípravna, vyšetřovna, služební místnost chodba a předsíň nemocnice pokoj dospělých nemocných Občanská budova pokoj nemocných dětí pokoj intenzivní péče kancelář hotelový pokoj pokoj v ubytovně sál kina, divadla místa pro hosty v restauraci prodejna potravin trvalé pracovní místo při sedavé práci trvalé pracovní místo bez podlážky nebo Výrobní budova předepsané teplé obuvi sklad se stálou obsluhou

Doporučené

I. II.

I.

III. IV. II. II. I.

II. III.

II. III. II. I. II. II. II. III. II. III. III. II.

II. I.

III.

II.

IV.

III.

I.

II. II.

Zdroj: Vlastní

Pokles dotykové teploty se nemusí ověřovat u podlah: -

s trvalou nášlapnou celoplošnou vrstvou z textilní podlahoviny;

-

s povrchovou teplotou trvale vyšší než 26 °C.

39

Pro podlahy s podlahovým vytápěním se pokles dotykové teploty podlahy stanovuje a ověřuje pro vnitřní povrchovou teplotu podlahy stanovenou bez vlivu vytápění, při návrhové teplotě přilehlého prostředí odpovídající návrhové teplotě venkovního vzduchu na začátku nebo na konci topného období (θe = 13 °C).

3.4 Šíření vlhkosti Prostup vodní páry a přenos vlhkosti stavebními konstrukcemi -

Výskyt vlhkosti vyvolává poruchy, ovlivňuje životnost konstrukce a hygienické podmínky.

-

Všechny stavební konstrukce obsahují vlhkost.

Zdroje vlhkosti ve stavebních konstrukcích: -

technologická: při realizaci stavby mokrými procesy;

-

zemní: ze zeminy, obklopující části konstrukcí, které jsou s ní v dotyku;

-

srážková: déšť, sníh, námraza;

-

sorpční: přijímají materiály z ovzduší v důsledku hygroskopických vlastností, záleží na kolísání relativní vlhkosti;

-

zkondenzovaná voda: sráží se na povrchu nebo uvnitř konstrukcí z vodní páry obsažené ve vzduchu a z vodní páry prostupující konstrukcemi obvodových plášťů;

-

provozní: kde probíhají mokré procesy (praní, vaření, lázně, umývárny,…), proti provozní vlhkosti chrání konstrukce kvalitně provedené vodotěsné povrchové úpravy stěn a vodotěsné izolace podlah.

40

Vlhkost vzduchu Vzduch, který nás obklopuje je směs suchého vzduchu a vodní páry. -

Částečný tlak se podle Daltonova zákona skládá z částečných tlaků suchého vzduchu částečného tlaku vodní páry [Pa].

-

Absolutní vlhkost vyjadřuje množství vodní páry ve vzduchu [g/m3].

-

Relativní vlhkost vyjadřuje stupeň nasycení vzduchu vodní parou [%].

-

Teplota rosného bodu je to teplota, při níž je vzduch bez kondenzace při ochlazování vodní parou právě nasycen.

Způsoby přenosu vlhkosti ve stavebních konstrukcích -

sorpcí vlhkosti (adsorpce vodní páry, absorpce, chemisorpce);

-

difúze vodní páry;

-

vodivost vlhkosti.

Difúze a kondenzace vodní páry -

Za předpokladu, že konstrukce odděluje dvě prostředí s rozdílnými částečnými tlaky vodní páry.

-

V důsledku takto vzniklého gradientu částečných tlaků vodních par dochází v makrokapilárách stavebních materiálů, jejichž rozměr je větší než střední volná dráha molekul vody (2,78.10-10 = 27,8 nm), k pohybu vlhkosti podle zákonů difúze od místa s vyšším parciálním tlakem vodní páry k místu s tlakem nižším.

-

Analogie s vedením tepla.

Pro ustálený difúzní tok a jednorozměrné difúzní pole lze hustotu difúzního toku vodní páry vyjádřit vztahem: g = - δp grad pv

41

g

hustota difúzního toku vodní páry [kg/m2.s].

δp

součinitel difúze vodní páry [s].

pv

částečný tlak vodní páry [Pa].

Základní veličiny součinitel difúze vodní páry δp (někdy nazýván součinitel difúzní vodivosti) Charakterizuje difúzní schopnost materiálu, z předchozího vztahu plyne, že tento součinitel je konstantou úměrnosti mezi hustotou difúzního toku a gradientem částečného tlaku vodní páry. faktor difúzního odporu μ (v současné době více používán) Bezrozměrná veličina udávající, kolikrát je příslušný materiál pro vodní páru méně propustný než vzduch. μ = δVZD / δp = 1 / δ . N δVZD

součinitel difúze vodní páry vzduchu [s].

N

teplotně difúzní funkce, pro běžné výpočty se užívá konstantní hodnoty

N=5,312.109 [s-1]

42

Tab. 8: Vlastnosti vybraných materiálů

Materiál

λ [W/m.K]

μ

beton hutný

1,3

20

železobeton

1,58

29

pórobeton

0,2

7

CPP

0,86

9

omítka vápenná

0,88

6

omítka vápenocementová

0,99

19

pěnový polystyren

0,04

35

minerální vlna

0,042

2

dřevo měkké, tok kolmo k vláknům

0,18

157

dřeno měkké, tok rovnoběžně s vlákny

0,41

157

58

1000000

keramická dlažba

1,01

200

PVC

0,16

17000

vlysy

0,18

157

koberec

0,065

6

sádrokarton

0,22

9

železo

Zdroj: Vlastní

43

ekvivalentní difúzní tloušťka vrstvy sd Udává, jaká by musela být tloušťka vzduchové vrstvy, aby měla stejný difúzní odpor jako vrstva zkoumaného materiálu. Používá se především pro rychlé porovnání difúzních kvalit nátěrových a fóliových materiálů. sd = μ . d

[m]

difúzní odpor konstrukce Zp -

analogicky k tepelnému odporu.

Zp = d / δ d

[m/s]

je tloušťka konstrukce,

nebo lze použít vztah: Zp = μ . d . N

[m/s]

Z p = sd . N

[m/s]

odpor při prostupu vodní páry ZpT -

analogicky k veličině odpor při prostupu tepla RT.

ZpT = Zpi + Zp + Zpe = 1/hpi + Zp + 1/ hpe

[m/s]

Zpi

odpor při přestupu vodní páry na vnitřní straně konstrukce [m/s].

Zpe

odpor při přestupu vodní páry na vnější straně konstrukce [m/s].

hpi

součinitel přestupu vodní páry na vnitřní straně konstrukce [s/m].

hpe

součinitel přestupu vodní páry na vnější straně konstrukce [s/m].

Hodnoty odporů při přestupu vodní páry na vnější a vnitřní straně jsou obvykle v porovnání s ostatními difúzními odpory vstupujícími do výpočtu tak malé, že se zanedbávají, což vede ke zjednodušení výpočtových postupů.

44

Zjištění výskytu kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce Metodika zjištění výskytu kondenzace vodní páry uvnitř stavebních konstrukcí vychází z porovnání hodnot částečných (parciálních) tlaků vodní páry – skutečného částečného tlaku vodní páry a částečného tlaku nasycené vodní páry v konstrukci. Skutečný částečný tlak vodní páry pv = pv,sat . φa / 100 pv,sat

[Pa]

částečný tlak nasycené vodní páry ve vzduchu [Pa], zjištěný obvykle z tabulek.

φa

relativní vlhkost vzduchu [%]. Částečný tlak nasycené vodní páry pv,sat je tlak, při němž je vzduch (při dané teplotě)

vodní parou absolutně nasycen, to znamená, že hodnota relativní vlhkosti vzduchu je v daném případě φa = 100 %. Zjištění výskytu kondenzace vodní páry v konstrukci se provádí pro okrajové podmínky, odpovídající největšímu rozdílu parciálních tlaků vodní páry ve vnitřním a vnějším prostředí, což odpovídá současně i největšímu rozdílu teplot, výpočet se provádí tedy pro podmínky zimního období. Ke kondenzaci vodní páry dochází, dosáhne-li skutečný částečný tlak vodní páry v libovolném průřezu konstrukce alespoň hodnoty tlaku nasyceného: pv ≥ pv,sat [Pa] -

graficko početní metodou;

-

výpočetní technika.

Postupné kroky: -

Určení průběhu teplot v konstrukci.

-

Určení průběhu skutečných částečných tlaků vodní páry v konstrukci.

-

Určení průběhu částečných tlaků nasycené vodní páry v konstrukci.

45

-

Vymezení kondenzační zóny.

-

Určení zkondenzovaného množství vodní páry.

Poslední dva kroky se provádějí pouze v případě, že v konstrukci dochází ke kondenzaci.

S ohledem na vzájemný vztah mezi čarou skutečných částečných tlaků vodní páry pv a křivkou částečných tlaků nasycené vodní páry pv,sat lze identifikovat 3 základní situace: Křivky se neprotínají, v celém rozsahu platí pv ≤

pv,sat, v konstrukci vodní pára

nekondenzuje, viz graf 2. Graf 2

Zdroj: Vlastní Přímka, znázorňující průběh skutečných částečných tlaků vodní páry je tečnou křivky částečných tlaků nasycené vodní páry, dochází ke kondenzaci v rovině, viz graf 3.

46

Graf 3

Zdroj: Vlastní

Čára skutečných částečných tlaků vodní páry protíná křivku částečných tlaků nasycené vodní páry. Dochází ke kondenzaci v naznačené oblasti konstrukce, viz graf 4.

Graf 4

47

Zdroj: Vlastní Určení kondenzační zóny a stanovení zkondenzovaného množství vodní páry (graf 5): Graf 5

Zdroj: Vlastní -

Z bodů pi a pe se vedou tečny ke křivce částečných tlaků nasycené vodní páry pv,sat.

-

Dotykové body těchto tečen se označí A (levý dotykový bod) a B (pravý dotykový bod).

-

Vodorovná osa grafu, na níž je konstrukce vynesena v měřítku difúzních odporů jednotlivých vrstev je těmito dotykovými body rozdělena na 3 části.

-

ZpA, což je difúzní odpor od vnitřního povrchu konstrukce k dotykovému bodu A.

-

Oblast kondenzace mezi dotykovými body A a B.

-

ZpB, což je difúzní odpor od dotykového bodu B k vnějšímu povrchu konstrukce.

-

Vertikální pořadnice dotykových bodů A a B označíme pv,sat,A a pv,sat,B – jedná se o hodnoty částečného tlaku nasycené vodní páry v těchto bodech.

48

Označíme-li hustotu toku vodní páry, který vstupuje z interiéru do konstrukce jako gA = (pi - pv,sat,A) / ZpA a hustotu toku vodní páry, který prostupuje od bodu B k vnějšímu povrchu konstrukce jako gB = (pv,sat,B – pe) / ZpB pak množství vodní páry, které ve formě kondenzátu zůstává v konstrukci je Δg = gA – gB

[kg/(m2s)].

Pokud v konstrukci nedochází ke kondenzaci vodní páry, lze vyčíslit množství vodní páry, které konstrukcí difunduje g = (pi – pe) / Zp

[kg/(m2s)].

Množství vodní páry, které vstupuje do konstrukce nebo jí difunduje, je nepřímo úměrné hodnotě difúzního odporu konstrukce. Konstrukcemi s vysokým difúzním odporem tedy prochází malé množství vodní páry, zatímco u konstrukcí s nízkou hodnotou difúzního odporu je difundující množství vodní páry vysoké (analogicky pro tepelný odpor a prostupující množství tepla). Graf 6: Návrh parozábrany, která bude umístěna na vnitřním líci konstrukce

49

Difúze vodní páry spárami a otvory V praxi se vyskytuje řada konstrukcí, které jsou buď zcela, nebo téměř nepropustné pro difundující vodní páru. Jedná se o konstrukce ze zcela paronepropustných materiálů (horní plášť dvouplášťové střechy z tvarovaných plechových prvků), nebo některá z vrstev konstrukce je zcela nebo omezeně paronepropustná (mechanicky kotvená parotěsná fólie ve skladbě lehkého obvodového pláště). V tomto není možno uvažovat příslušnou konstrukci jako bezespárou plošnou vrstvu, ale je třeba do výpočtu zahrnout vliv difúze vodní páry sparami, případně otvory.

Roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry Metodika dle ČSN 73 0540 předpokládá dvě modifikace výpočtu: Výpočet bez vlivu slunečního záření (pro dvouplášťové stavební konstrukce, konstrukce je po celou dobu životnosti chráněna před slunečním zářením). Výpočet s vlivem slunečního záření (příznivý vliv sluneční radiace, kdy při oslunění v důsledku zvýšení teploty osluněné konstrukce dochází k snížení intenzity kondenzace, lze využít pro stavební konstrukce, které nejsou a nebudou po dobu jejich životnosti zastíněny či jiným způsobem chráněny před působením slunečního záření – u jednoplášťových plochých střešních konstrukcí). Výpočet bilance vychází z množství zkondenzované, případně vypařené vlhkosti pro řadu vnějších teplot od výpočtové teploty vnějšího vzduchu až po teplotu + 25 °C. Příslušné dílčí hodnoty pro každou tuto teplotu se získají přenásobením hodnoty zkondenzovaného (vypařeného) množství vodní páry četností výskytu příslušné teploty v průběhu ročního cyklu. Zkondenzované množství: kladné znaménko.

50

Vypařené množství: záporné znaménko. Roční zkondenzované množství Mc,a je suma kladných dílčích hodnot. Roční vypařené množství Mev,a je suma záporných dílčích hodnot.

Graf 7: Křivka roční bilance vlhkosti

Zdroj: Vlastní

Výsledná roční bilance Aktivní (kladná) – veškerá vlhkost zkondenzovaná v průběhu ročního cyklu se během téhož cyklu vypaří. Mc,a ≤ Mev,a

[kg/(m2.a)]

Pasivní (záporná) – vlhkost není schopna se v průběhu ročního cyklu v plném rozsahu vypařit a dochází k jejímu dlouhodobému hromadění uvnitř konstrukce.

51

[kg/(m2.a)]

Mc,a > Mev,a

Při výpočtu s uvažováním vlivu slunečního záření se řada vnějších teplot, pro něž je bilance vyčíslována, doplní o ekvivalentní teplotu vnějšího vzduchu, která transformuje vliv slunečního záření formou zvýšení teploty vnějšího vzduchu. Četnost trvání teplot je pak rozčleněna na období se zataženou a jasnou oblohou. Normové požadavky: Bezpečnostní přirážka Δφi = 5 % Běžně tedy φi + Δφi = 55 % Norma ČSN 73 0540 doporučuje navrhovat stavební konstrukce tak, aby v nich nedocházelo ke kondenzaci vodní páry. Pokud dochází: o Kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce. o Roční bilance kondenzace a vypařování musí být aktivní. o Ročně zkondenzované množství vodní páry nesmí přesáhnout normativní limit, který činí: o Pro sendvičové konstrukce 0,1 kg/m2, zároveň však max. 3 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti nad 100 kg/m3 a nebo max. 6 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti do 100 kg/m3. o Pro jednovrstvé konstrukce 0,5 kg/m2, zároveň však max. 5 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti nad 100 kg/m3 a nebo max. 10 % hmotnosti pro konstrukce o objemové hmotnosti do 100 kg/m3. o Zároveň pokud je v konstrukci dřevo nebo materiály na bázi dřeva, nesmí jeho vlhkost překročit 18 %.

Zásady pro navrhování stavebních konstrukcí z hlediska difúze a kondenzace vodní páry o Správné řazení jednotlivých vrstev z hlediska difúzního odporu (optimální aby klesal od vnitřního k vnějšímu povrchu).

52

o V případě, že je potřeba navrhnout skladbu konstrukce, na jejímž líci je vrstva s velmi vysokým difúzním odporem (sklo, plech, apod.): o před vnější parotěsnou vrstvu vřadit odvětrávanou vzduchovou vrstvu a konstrukci řešit jako dvouplášťovou; o také na vnitřní líc konstrukce navrhnout vrstvu se stejným nebo vyšším difúzním odporem, než je na líci vnějším (zajistit aby materiály uvnitř skladby měly v době zabudování minimální vlhkostní obsah, jsou parotěsně uzavřeny).

3.5 Šíření vzduchu konstrukcí a budovou 3.5.1 Průvzdušnost V doporučeních pro nízkoenergetické domy i v doporučeních a předpisech pro hodnocení energetické náročnosti budov obecně v některých zemích nalezneme požadavek relativní vzduchotěsnosti (nízké průvzdušnosti) budovy. Požadavek je velmi přísný u domů s deklarovanou extrémně nízkou potřebou tepla na vytápění, o něco méně přísný u budov obvyklých s přirozeným větráním. V několika zemích se tento požadavek považuje za naprosto zásadní, je uváděn v projektové dokumentaci, bývá měřen jako součást kontroly kvality a jeho plnění je součástí smluvních vztahů. Měřící zařízení vlastní kromě zkušeben a výzkumných pracovišť také inženýrské kanceláře i stavební firmy. Jedná se o země, kde je tradičně větší podíl dřevostaveb a dále země, které jsou nejvíce pokročilé v prosazování nízkoenergetické výstavby. V řadě jiných zemí se tento jev za tak významný nepovažuje. Celková průvzdušnost obálky budovy nebo její ucelené části se ověřuje pomocí celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa (h-1), stanovené experimentálně podle ČSN EN 13829. Doporučuje se splnění podmínky: n50 < n50,N kde n50,N je doporučená hodnota celkové intenzity výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa (h-1), která se stanovuje dle tabulky 9.

53

Tab. 9: Doporučené hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu n50,N

Doporučená hodnota celkové intenzity výměny vzduchu n50,N

Větrání v budově

[h-¹] Úroveň I

Úroveň II

Přirozené nebo kombinované

4,5

3,0

Nucené

1,5

1,2

Nucené se zpětným získáním tepla

1,0

0,8

0,6

0,4

Nucené se zpětným získáním tepla v budovách se zvláště nízkou spotřebou tepla na vytápění pasivní domy) Zdroj: Vlastní

Hodnoty na úrovni I se doporučuje splnit vždy, hodnoty na úrovni II se doporučuje splnit přednostně. Jako projektový předpoklad se pro výpočet energetické náročnosti budovy použijí doporučené hodnoty na úrovni I dle tabulky 9, pokud nebyly hodnoty zjištěny měřením, například při dodatečném vyhodnocení realizované budovy nebo při přípravě energetické obnovy budovy. Další informace pro hodnocení stávajících budov jsou uvedeny v TNI 730329 a v TNI 730330. Doporučuje se dosahovat co nejnižších hodnot celkové intenzity výměny vzduchu n50, mimo jiné vzhledem ke zvýšenému riziku poškození konstrukce, souvisejícímu s intenzivním šířením tepla a vodní páry prouděním v netěsné konstrukci. Ani splnění doporučených hodnot podle tabulky 9 pro obálku budovy nemusí vždy zajistit vyloučení lokální nepříznivé situace.

54

Doporučuje se, aby průvzdušnost místností, kde se použije nucené větrání nebo klimatizace, byla velmi malá. Hodnotí se pomocí výpočtem stanovené intenzity přirozené výměny vzduchu bez započtení funkce větracího nebo klimatizačního zařízení n (h-1) pro návrhové podmínky v zimním období. Doporučuje se, aby takto stanovená intenzita přirozené výměny vzduchu splňovala požadavek: n < 0,05 h-1 pokud zvláštní předpisy a provozní podmínky nepožadují hodnoty vyšší.

3.5.2 Větrání Intenzita větrání neužívané místnosti. V době, kdy místnost není užívaná, se doporučuje zajistit alespoň minimální větrání, obvykle na úrovni nmin,N = 0,1 h-1 (tj. každou hodinu se nahradí jedna desetina objemu vzduchu místnosti vzduchem čerstvým), pokud nějaké konkrétní požadavky nestanoví jinak. Takové doporučení zajišťuje omezení nárůstu koncentrací škodlivin ve vnitřním prostředí v době, kdy není místnost užívána. Doporučená nejnižší intenzita větrání se přesněji stanovuje bilančním výpočtem pro zimní návrhové podmínky. Do bilance se zahrnou všechny zdroje škodlivin působících v místnosti, pokud není užívána. Do větrání se zahrnou všechny prvky, které zajišťují větrání místnosti za této situace.

Intenzita větrání užívané místnosti. V době, kdy je místnost užívána, musí (celoročně) intenzita větrání místnosti n (h-1) splňovat požadavek: n ≥ nN kde nN je požadovaná intenzita větrání užívané místnosti, stanovená z potřebných minimálních průtoků čerstvého vzduchu stanovených ve zvláštních předpisech.

55

Současně musí intenzita větrání místnosti v otopném období splňovat požadavek: n < 1,5 nN Požadované hodnoty nN se stanovují bilančním výpočtem, kam se zahrnou všechny požadavky na průtok nebo dodávku čerstvého vzduchu. Požadované hodnoty je třeba zajistit v provozní době co nejblíže podle skutečného provozního stavu. Pro pobytové místnosti se zpravidla požaduje zajistit nejméně 15 m3/h čerstvého vzduchu na osobu při klidové aktivitě s produkcí metabolického tepla do 80 W/m2 a při aktivitě s produkcí metabolického tepla nad 80 W/m2 až nejméně 25 m3/h na osobu. V učebnách se zpravidla požaduje dávka vzduchu 20-30 m3/h na žáka. Konkrétní závazné údaje je třeba hledat ve specializovaných předpisech. Výměna vzduchu v hygienických zařízeních se zpravidla uvádí v m3/h vztažených na jednotku zařízení (na sprchu, šatní místo, apod.). Mimo otopné období může být vhodné intenzitu větrání zvýšit. Pro obytné a obdobné budovy je požadována intenzita větrání, přepočítaná z minimálních dávek potřebného čerstvého vzduchu, obvykle mezi hodnotami

nN = 0,3-

0,6 h-1. Přirozený přívod a odvod vzduchu spárami otevíracích prvků v plášti budovy nezajišťuje větrání místností. Do větrání místnosti se zahrnou všechny prvky, které zajišťují větrání v přítomnosti uživatele. Pokud je místnost užívána v prokazatelném pravidelně proměnném režimu (např. kuchyně, učebny základních škol), je možné podmínky posuzovat s uvážením proměnlivých požadavků na větrání v čase (v denním nebo týdenním cyklu). Pro hodnocení potřeby energie na vytápění, například při dimenzování zdrojů či v energetických auditech, se celková intenzita větrání v budově nebo její ucelené části stanoví jako vážený průměr podle vzduchových objemů jednotlivých místností. Přitom je možné přiměřeně uvažovat nesoučasnost obsazení místností, pokud není jiným předpisem stanoveno odlišně.

56

Zpětné získávání tepla při nuceném větrání Pokud je u novostaveb z hygienických a provozních důvodů celková intenzita větrání v budově větší než n = 1 h-1 po dobu nejméně 8 hodin denně, doporučuje se osazení účinného zařízení ke zpětnému získávání tepla z odpadního vzduchu. Taková zařízení jsou pochopitelně navrhována v nízkoenergetických budovách i při nižších požadavcích na větrání.

3.6 Hodnocení tepelné stability místností a budov 3.6.1 Zimní období Tepelná stabilita místnosti v zimním období zkoumá chování v zimním období, v době přerušení vytápění místnosti (otopná přestávka, havárie, …). Konstantní teplota vnějšího vzduchu, proměnná teplota vnitřního vzduchu. Výpočet vychází z energetické bilance prostoru. •

Tepelné ztráty místnosti prostupem a infiltrací.

•

Tepelné zisky z chladnoucích konstrukcí, případně zisky z dalších vnitřních zdrojů tepla (technologická zařízení, chladnoucí otopná tělesa,…).

Výpočtové posouzení se provádí pro kritickou místnost: •

místnost s nejvyšším průměrným součinitelem prostupu tepla konstrukcí místnosti;

•

často je to rohová místnost pod střechou.

Výhodou řešení zimní stability je získání časového průběhu chladnutí místnosti. •

Optimalizace délky otopné přestávky (při havárii, v případě skladování určitých produktů,…).

57

ČSN 730540-2, kritérium pro hodnocení pro hodnocení zimní tepelné stability se používá: •

pokles výsledné teploty v místnosti.

Tab. 10: Požadované hodnoty poklesu výsledné teploty v místnosti v zimním období

Druh místnosti (prostoru)

Pokles výsledné teploty v místnosti v zimním období Δθv,N(t) [°C]

S pobytem lidí po přerušení vytápění: – při vytápění radiátory, sálavými panely a teplovzdušné; – při vytápění kamny a podlahovým vytápěním; Bez pobytu lidí po přerušení vytápění: – při přerušení vytápění topnou přestávkou: – budova masivní; – budova lehká; – při předepsané nejnižší výsledné teplotě θv,min; – při skladování potravin; – při nebezpečí zamrznutí vody. Nádrž s vodou (teplota vody).

3 4 6 8 θi - θv,min θi - 8 θi - 1 θi - 1

Zdroj: Vlastní Zásady pro navrhování •

Průsvitné konstrukce – zlepšení tepelně izolačních vlastností (zasklení, rám, křídlo, osazení do konstrukce).

•

Zlepšení tepelně izolačních vlastností obalových konstrukcí.

•

Zlepšení tepelně izolačních vlastností vnitřních ochlazovaných konstrukcí.

•

Zvýšení akumulační schopnosti vnitřních vrstev obalových konstrukcí (vrstvy s vysokou objemovou hmotností na vnitřní líc konstrukce).

•

Akumulační prvky uvnitř budovy (stropní konstrukce, vnitřní dělící konstrukce jako masivní konstrukce se zvýšenou akumulační schopností).

•

Vytvoření akumulačních jader uvnitř objektu.

58

3.6.2 Letní období Tepelná stabilita místnosti v letním období zkoumá chování (nárůst teploty vnitřního vzduchu) osluněného vnitřního prostoru v letním období. •

Stále aktuálnější problém (nebezpečí přehřívání u prosklených ploch).

Výpočtové posouzení se provádí pro kritickou místnost: •

prostor s předpokládanou nejvyšší tepelnou zátěží;

•

místnost s největšími přímo osluněnými prosklenými plochami, orientovanými na Z, JZ, J, JV, V a to v poměru k podlahové ploše přilehlého prostoru.

ČSN 730540-2 používá pro hodnocení •

Tab.

nejvyšší denní teplotu vzduchu v místnosti.

11:

Požadované

hodnoty

nejvyšší

denní

teploty

vzduchu

v místnosti

v letním

období

Nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období θ ai,max,N [°C] 1) Nevýrobní 27 3 Ostatní s vnitřním – do 25 W/m včetně 29,5 3 zdrojem tepla – nad 25 W/m 31,5 1) U obytných budov je možné připustit překročení požadované hodnoty nejvíce o 2 °C na souvislou dobu nejvíce 2 hodiny během normového dne, pokud s tím investor (stavebník, uživatel) souhlasí. Druh budovy

Zdroj: Vlastní

•

Budovy s klimatizací musí v případě výpadku klimatizačního zařízení splňovat podmínku max. vzestupu 12 °C nebo nejvyšší teploty 32 °C.

•

Pro výpočet letní tepelné stability se užívá program SIMULACE.

59

Zásady pro navrhování •

Průsvitné konstrukce: plocha, orientace, clonění. clonění o Protichůdné požadavky, minimalizace tepelných zisků v létě a získání co nejvíce solární energie v zimě. zimě o Obvykle upřednostnění solárních zisků v zimě a pro léto navrhnout dostatečné clonění (žaluzie, rolety, markýzy, římsy, přesah střechy). střechy) o Návrh stínících prvků s ohledem na orientaci ke světovým stranám, na kvalitu denního osvětlení a využití solárních zisků v zimním období. období

•

Snížení tepelného toku neprůsvitnými obalovými konstrukcemi vhodnou barvou a strukturou vnějšího vnějšího povrchu (světlé barvy). barvy)

•

Dvouplášťové provětrávané konstrukce (vnější plášť = radiační clona, snižuje prostup energie do interiéru). interiéru)

•

Návrh obalových konstrukcí se zvýšenou akumulační schopností (vrstvy s vysokou objemovou hmotností na vnitřní líc konstrukce) konstrukce).

•

Akumulační prvky uvnitř budovy (stropní konstrukce, vnitřní dělící konstrukce jako masivní konstrukce se zvýšenou akumulační schopností). schopností)

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. příklady In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-110180 -X. TYWONIAK, J., J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061 978 2061-6.

60

TYWONIAK, J., J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další. další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832 3832-1. ČSN 73 0540-1. Tepelná ochrana budov - Část 1: Terminologie. Terminologie. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005. ČSN 73 0540-2. Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. ČSN 73 0540-3. Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin veličin.. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní státní zkušebnictví, 2005. ČSN 73 0540-4. Tepelná ochrana budov – Část 3: Výpočtové metody. metody. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jak určíte tepelnou vodivost u nehomogenní konstrukce? 2. Odpor při přestupu tepla. 3. Naznačte průběh teploty v konstrukci. 4. Jak se hodnotí minimální povrchová teplota? 5. Co je teplotní faktor? 6. Co je tepelný most (vazba)? 7. Načrtněte obrázek s jednorozměrným vedením tepla a s dvourozměrným měrným vedením tepla. 8. Může docházet v konstrukcii ke kondenzaci vodní páry? A případně v jakých případech? 9. Zásady pro navrhování stavebních konstrukcí z hlediska difúze a kondenzace vodní páry? 10. Jaké jsou kategorie podlah? 11. Jak se hodnotí letní tepelná stabilita? 12. Jak se hodnotí zimní tepelná stabilita? 13. Co je referenční budova?

61

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad. 4. Viz výklad. 5. Viz výklad. 6. Viz výklad. 7. Viz výklad. 8. Viz výklad. 9. Viz výklad. 10. Viz výklad. 11. Viz výklad. 12. Viz výklad. 13. Viz výklad.

62

Kapitola

4

-

Progresivní

materiály

pro

nízkoenergetické a pasivní budovy

KLÍČOVÉ POJMY Materiál, konstrukce, nosná konstrukce, zdící materiál, tepelná izolace, izolace, dřevostavba

CÍLE KAPITOLY Seznámení s možnými konstrukcemi pasivních budov.


VÝKLAD

Každý materiál či konstrukce mají určité vlastnosti, které je při návrhu nutné respektovat. Neexistuje „univerzální“ konstrukce či způsob stavění pasivních budov, pouze lze „chytře“ využít specifických vlastností každého materiálu či konstrukce. Důležité je nemyslet v zaběhaných tradičních kolejích, ale vždy se pokusit přijít na optimální řešení, které ne vždy musí odpovídat obvyklým způsobům. způsobům

63

Při návrhu pasivního domu je nutné přemýšlet nad vhodným výběrem stavebního materiálu tak, aby splňoval všechny funkce, které od něj požadujeme, tedy nejen ty funkce, které vyžadujeme od použitého stavebního materiálu na všech stavbách, jako je nosnost, lehkost, tepelně izolační vlastnosti, nízká cena, snadná montáž, ale i mnoho dalších funkcí, jako např. akumulační schopnosti nebo naopak nízkou akumulaci (dle účelu budovy), nízkou úroveň svázaných emisí (LCA hodnocení, tzv. „šedá“ energie). Přitom je třeba, aby stavba byla navržena jako vzduchotěsná po celou dobu životnosti stavby. Svislá nosná konstrukce: může být zděná z libovolného zdícího materiálu (cihly, vápenopískové cihly, betonové tvarovky…pozor: u plynosilikátového zdiva je nutné dbát na bilanci kondenzace vodní páry a vnesenou vlhkost) nebo se může jednat o dřevostavbu různého systému (použití dřevěných I nosníků, systém two by four …). Vodorovná nosná konstrukce: měla by korespondovat se svislou nosnou konstrukcí, tedy u dřevostaveb půjde pravděpodobně opět o dřevěnou konstrukci, u zděných staveb o těžkou konstrukci. Pokud je navrhováno podkroví, může se opět jednat o těžkou konstrukci a nebo může jít o klasickou konstrukci (dřevostavba, kdy je nosným systémem dřevěný krov), přitom je vhodné navrhovat tepelnou izolaci jako nadkrokevní, případně částečně mezi krokvemi a nad nimi. U dřevěných I nosníků se obvykle umísťuje tepelná izolace mezi nosníky, u sbíjených dřevěných vazníků pak obvykle mezi a nad spodní pásnice vazníků. Způsoby založení stavby musí respektovat základové podmínky. Při zakládání na desce lze použít jako tepelnou izolaci násyp z pěnoskla. U dřevostavby, obzvláště pokud je navržena z I nosníků, lze použít i zakládání na patky. Podlaha přízemí může být umístěna nad terénem (mezi podlahou a terénem je provětrávaná vzduchová dutina), tím se zamezí vzlínání zemní vlhkosti, dojde k ochraně domu před stojící vodou, která může dosahovat až k spodnímu líci podlahy. Dojde také k dokonalému odstínění od radonu. Jako tepelnou izolaci lze použít jakýkoliv materiál s tepelně izolačními schopnostmi tak, aby jeho použití odpovídalo dané situaci. Obvykle se snažíme volit levné materiály s malou uhlíkovou stopou, jako je celulóza apod. Přípustné jsou však i všechny ostatní tepelné izolace od pěnového polystyrénu, přes minerální vlnu, šedý, perimetrický

64

či extrudovaný polystyrén, PUR pěnu, PIR desky, dřevovláknité desky, aerogel, vakuum v deskách, pěnové sklo, tepelnou izolaci na bázi silikátů, korek, ovčí vlnu, konopné desky apod. Pro stavbu lze využít i balíky slámy.

4.1 Tvarové řešení Kompaktní tvar budovy – nejzásadnější z parametrů, snaha o dosažení co nejnižšího poměru ochlazovaných konstrukcí k objemu budovy A/V; ideální tvar je koule, ovšem z hlediska využití v praxi pak krychle nebo dispozičně vhodnější kvádr.

4.2 Dům zděný nebo dřevostavba? 4.2.1 Zděný Výhody: -

tradice, pocit jistoty,

-

dobré tepelně akumulační vlastnosti (tepelná setrvačnost)

Nevýhody: -

pracnější (vyzdívání), mokrý proces,

-

nutné dodatečně zateplovat, velké tl. konstrukcí.

4.2.2 Dřevostavba Výhody: -

tradice, pocit jistoty,

-

rychlá výstavba,

-

dobré tepelně izolační vlastnosti,

-

menší tl. konstrukcí.

65

Nevýhody evýhody: -

bez tradice (pocit provizoria, chaty)

-

špatné tepelně akumulační vlastnosti

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura Šubrt, R. a kol., kol., 2011. Tepelné mosty. mosty. Praha: GRADA, 224s. ISBN 978-80-247 978 247-4059-1. Šubrt, R., Zvánovcová, Zvánovcová P. a M. Škopek,, 2008. 2008 Katalog tepelných mostů – 1: běžné detaily. detaily České Budějovice: Energy Consulting Service, 224s. ISBN 978-80 978 80-254-2715 2715-6.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popište Popište výhody a nevýhody jednotlivých konstrukčních řešení. 2. Jaké Jak existují tepelné izolace? izolac

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad.

66

Kapitola 5 - Progresivní řešení a technologie pro spodní stavbu

KLÍČOVÉ POJMY Spodní stavba, stavba, konstrukce, nosná konstrukce, zdící materiál, tepelná izolace

CÍLE KAPITOLY Přehled základních způsobů založení objektu.


VÝKLAD

Způsoby založení stavby musí respektovat základové podmínky. Při zakládání na desce lze použít jako tepelnou izolaci násyp z pěnoskla. U dřevostavby, obzvláště pokud je navržena z I nosníků, lze použít i zakládání na patky. Podlaha přízemí může být umístěna nad terénem (mezi podlahou a terénem je provětrávaná vzduchová dutina dutina),, tím se zamezí vzlínání zemní vlhkosti, dojde k ochraně domu před stojící vodou, která může dosahovat až k spodnímu podnímu líci podlahy. Dojde také k dokonalému odstínění od radonu.

67

Obr. 8 – založení na patkách

Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1.

Obr. 9 – založení na desce, tepelná izolace pod deskou


68

Obr. 10 – založení na pěnovém skle


Obr. 11 – klasické založení se svislou tepelnou izolací pod terén


69


OTÁZKY A ÚKOLY 1. Popište způsoby založení a jejich výhody a nevýhody. 2. Jaké jsou výhody založení nad terénem?

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad.

70

Kapitola 6 - Progresivní řešení a technologie pro obvodové konstrukce

KLÍČOVÉ POJMY Výplně otvorů, obvodový plášť, konstrukce, nosná konstrukce, zdící materiál, tepelná izolace

CÍLE KAPITOLY Základní řešení pro obvodové stěny a výplně otvorů.


VÝKLAD

6.1 Výplně otvorů Okno slouží nejen pro osvětlení místností, ale i pro optický styk interiéru s exteriérem. Jde o velmi složitý výrobek, na který se vztahuje vztahuje mnoho nároků. nároků Tyto požadavky jsou u pasivních domů výraznější.

71

Okno je z hlediska tepelných ztrát nejvýraznějším prvkem obálky budovy. Mimo tepelných ztrát může být v závislosti na orientaci a zastínění i zdrojem energie, a sice tím, že umožní solární zisky. Z hlediska celoroční potřeby energie na vytápění může být okno kladným prvkem, jeho energetická bilance může být kladná. Zda bude okno pro vytápění přínosem či nikoliv se rozhoduje již při projektování. Okno musí být především orientované na vhodnou stranu, nejlépe jih, lze však akceptovat i východ či západ. Nevhodná je orientace na sever, kde se oknům snažíme vyhýbat, pokud nás k jejich projektování na tuto stranu nevede jiný záměr (např. rozptýlené světlo potřebné pro některé činnosti). Stavba však musí být schopná zároveň tepelné zisky přenášet do neosvětlených prostor, případně je akumulovat a zpět vyzařovat tehdy, kdy slunce nesvítí a kdy je můžeme využít. Proto je nutné dbát na vhodnou velikost oken (u větších oken není možné všechno teplo ze slunce naakumulovat). Zároveň musíme dbát na to, aby nedocházelo k přehřívání objektu v letním období. Toto se řeší vhodným zastíněním, např. slunolamy, přečnívajícími částmi stavby, žaluziemi apod. Okno tvoří tepelně izolační a vzduchotěsnou obálku budovy a proto musí mít co nejlepší tepelně izolační vlastnosti, musí být osazeno tak, aby byly minimalizovány tepelné vazby, a zároveň musí být osazeno vzduchotěsně. Okno má několik spár, viz obr. 12.

Obr. 12 – spáry v oknech

72

Zdroj: Šubrt R., Z. Petrtyl a M. Škopek. OKNO-klíčová součást staveb. České Budějovice: Energy Consulting Service, 2010. 112s. ISBN 978-80-254-8573-6.

Připojovací spára je spára mezi okenním rámem a stěnou okolo okna. Tato spára musí být z interiéru parotěsná a z exteriéru vodotěsná. Tato úprava z obou stran zabezpečí nejen parotěsnost z interiéru, ale i vzduchotěsnost a zvukotěsnost. Napojovací spára je pak chráněná i z exteriéru proti větrem hnanému dešti. Funkční spára je spárou mezi okenním rámem a okenním křídlem. Tato spára by měla být těsněna pokud možno minimálně dvoustupňovým těsněním. V této spáře musí dojít k vyrovnání tlaků vzduchu v interiéru a exteriéru, musí být vyřešeno případné zatečení, případná kondenzace vodní páry a mnoho dalšího. Pokud není nutné okno dělat otevíravé, tak tato spára v okně odpadá. Zároveň dochází ke zvětšení prosklené plochy okna. Zasklívací spára je spára, kde sklo doléhá k okennímu křídlu. Zde je nutné, aby tato spára byla vzduchotěsná. Musí být dostatečně hluboká tak, aby byl minimalizován tepelný most distančním rámečkem. Tepelně technické vlastnosti celého okna jsou dány součtem jeho jednotlivých vlastností, proto musí být všechny jeho části dostatečně tepelně izolovány.

6.2 Obvodové konstrukce Obvodových konstrukcí pro pasivní domy je více: -

masivní konstrukce (zděné nebo betonové)

-

lehké konstrukce (dřevostavby prefabrikované nebo montované)

-

kombinace masivních a lehkých konstrukcí

Výhodou masivních konstrukcí je větší schopnost akumulace tepla. Výhodou dřevostaveb je zase menší tloušťka stěn a také rychlejší průběh výstavby s menší pracností.

73

Svislá nosná konstrukce může být zděná z libovolného zdícího materiálu (cihly, vápenopískové cihly, betonové tvarovky…pozor: u plynosilikátového zdiva je nutné dbát na bilanci kondenzace vodní páry a vnesenou vlhkost) nebo se může jednat o dřevostavbu různého systému (použití dřevěných I nosníků, systém two by four …). Na následujících obrázcích jsou ukázány některé možnosti skladeb obvodových stěn.

Obr. 13 – vápenopískové cihly + pěnový polystyren


74

Obr. 14 – vápenopískové cihly + climatizer + dřevovláknité desky

Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. Obr. 15 –climatizer


75

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura Šubrt, R. a kol., kol., 2011. Tepelné mosty. mosty. Praha: GRADA, 224s. ISBN 978-80-247 978 247-4059-1. Šubrt, R., Zvánovcová, Zvánovcová P. a M. Škopek,, 2008. 2008 Katalog tepelných mostů – 1: běžné detaily. detaily České Budějovice: Energy Consulting Service, 224s. ISBN 978-80 978 80-254-2715 2715-6. Šubrt R., R Petrtyl Z. a M. Škopek, Škopek, 2010. 2010 OKNO-klíčová klíčová součást staveb. staveb. České Budějovice: Energyy Consulting Service, Service 112s. ISBN 978-80-254-8573 978 8573-6.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Co je připojovací spára a jaké jsou na ni n kladené požadavky? 2. Co je funkční spára? 3. Co je zasklívací spára? spára 4. Jaké mohou být obvodové obvodové konstrukce a jejich výhody?

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad. 2. Viz výklad. 3. Viz výklad. 4. Viz výklad.

76

Kapitola 7 - Progresivní řešení a technologie pro střešní konstrukce

KLÍČOVÉ POJMY Střešní konstrukce, tepelná izolace

CÍLE KAPITOLY Základní řešení pro střechy.


VÝKLAD

Pasivní domy nejsou omezeny tvarově jen na jeden typ střechy. Pasivní střechy Výhodnější jsou však střechy s malým sklonem 0,5-20°, Výhodnější 0,5 20°, ať už střechy ploché, pultové nebo sedlové. sedlové Vytvářejí ytvářejí menší ochlazovanou plochu a jsou i levnější (méně izolace, krytiny) a konstrukčně jednodušší. jednodušší Vodorovná nosná konstrukce by měla korespondovat se svislou nosnou konstrukcí, tedy u dřevostaveb půjde pravděpodobně opět o dřevěnou konstrukci, u zděných staveb o těžkou konstrukci. Pokud je navrhováno podkroví, může se se opět jednat o těžkou konstrukci

77

nebo může jít o klasickou konstrukci (dřevostavba, kdy je nosným systémem dřevěný krov), přitom je vhodné navrhovat tepelnou izolaci jako nadkrokevní, případně částečně mezi krokvemi a nad nimi. U dřevěných I nosníků se obvykle umísťuje tepelná izolace mezi nosníky, u sbíjených dřevěných vazníků pak obvykle mezi a nad spodní pásnice vazníků. Na následujících obrázcích jsou ukázány některé možnosti skladeb střech a napojení na obvodové stěny.

Obr. 16 – foukaná tepelná izolace střechy

Zdroj: Šubrt R. a kol. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 2011. 224s. ISBN 978-80-247-40591.

78

Obr. 17 – foukaná tepelná izolace střechy


Obr. 18 – těžká střecha


79


OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaké materiály jsou vhodné pro střechy? střechy

KLÍČ K ŘEŠENÍ OTÁZEK 1. Viz výklad.

80

Kapitola 8 - Progresivní technologie pro izolační systémy

KLÍČOVÉ POJMY Tepelná izolace, pěnový polystyren, extrudovaný polystyren, minerální vlna, celulóza, pěnové vé sklo, vakuová izolace, sláma

CÍLE KAPITOLY Základní materiály pro tepelné izolace.

ČAS POTŘEBNÝ KE STUDIU KAPITOLY KAPITOLY 6 hodin

VÝKLAD

Při stavbě pasivního domu lze použít všechny běžně dostupné typy konstrukčních systémů, některé z nich však umožňují splnění specifických nároků na pasiv pasivní ní domy snadněji a efektivněji.

81

Výhody kvalitního zateplení: -

snížení tepelných ztrát;

-

snížení rizika plísně zvýšením vnitřní povrchové teploty;

-

menší namáhání nosné konstrukce atmosférickými vlivy;

-

odstranění typických tepelných mostů – sekání cihel, dozdívání jiným zdivem, přechod zdiva na základ;

-

nižší kondenzace vody v konstrukci;

-

snižuje přehřívání budovy v letním období.

-

redukce tloušťky nosného systému (zejména u zděných staveb).

8.1 Polystyren Pěnový expandovaný polystyren značený jako EPS a extrudovaný polystyren XPS. Nejrozšířenější tepelná izolace na trhu. Vyrábí se z granulátu polystyrénu a je napěňován pentanem. Má špatnou odolnost proti UV záření. Extrudovaný polystyrén je oproti pěnovému polystyrénu nenasákavý a má vyšší pevnost v tlaku. Tato izolace je účinná a cenově dostupná. Extrudovaný polystyrén oproti pěnovému dokáže dlouhodobě odolávat vlhkosti, takže ho lze zabudovat do inverzních střech a pod úroveň terénu. Zabarvení XPS je pastelových odstínů světle modré, fialové a zelené. Pro EPS je charakteristická bílá barva.

8.1.1 Expandovaný pěnový polystyren - EPS Ve stavitelství se používají čtyři základní varianty, které předurčují jeho použití. -

Z - základní - nízká přesnost desek, použití: podlahy

-

S - stabilizovaný - používaný ve střechách

82

-

F - fasádní - vysoká přesnost desek (tolerance max. 2 mm), zejména pro kontaktní zateplovací systémy

-

Perimetr – desky jsou minimálně nasákavé a mrazuvzdorné - využívá se tam, kde by mohlo dojít ke kontaktu s vodou – např. izolace soklu.

V současné době je již na trhu polystyren s příměsí grafitu (tzv. „šedý EPS“).

8.1.2 Extrudovaný polystyren - XPS Obecně se rozdělují XPS dle níže uvedených kritérií: -

dle pevností v tlaku (kPa) - XPS 200, 250, 300, 500, 700,

-

dle povrchu - hladký, zdrsněný, protlačovaný,

-

dle pofilu hran - rovný, polodrážka, pero-drážka.

U pasivních domů se díky svým vlastnostem XPS nejčastěji používá při založení betonové desky na izolaci, v inverzní neboli obrácené skladbě ploché střechy tedy i zelené střechy, dále při izolování základů, suterénu, soklu, podlahy a eliminaci tepelných mostů. Jako všechny pěno-plastické izolace povrchově degraduje UV zářením.

8.2 Minerální vlna – MW Vyrábí se z diabasu, čediče, strusky a briket z recyklované kamenné vlny. Hornina se roztaví, každá kapka se natáhne do vláken a poté se přidají látky na zlepšení vlastností. Vlna je nasákavá, difúzně otevřená a nehořlavá. Vhodná do dřevostaveb. Oproti polystyrenu má minerální vlna nižší tepelnou roztažnost, nehrozí tak praskání fasády domu. Kromě aplikace v konstrukci objektu ve stěně, střeše a podlaze se používá i na izolaci potrubí, klimatizací a kotlů. Nejznámější výrobci jsou firmy Isover, Rockwool a Knauf.

83

8.3 Pěnový polyuretan PUR 8.3.1 Lehká PUR pěna Tyto pěny slouží především k zateplení interiérových prostor v různých typech sendvičových konstrukcí, při rekonstrukci a dodatečném zateplení starších objektů apod. Jsou to dvousložkové systémy vytvářející kompaktní izolační vrstvu. Aplikaci lze provádět nástřikem pomocí vysokotlakého strojního zařízení.

8.3.2 Tvrdá PUR pěna Exteriérové tepelné izolace – Pro exteriérové tepelné izolace se používají polyuretanové pěny o objemové hmotnosti 30-50 kg/m3 s uzavřenou buněčnou strukturou. Jedná se o dvousložkové systémy vytvářející kompaktní izolační vrstvu. Aplikaci lze provádět nástřikem pomocí vysokotlakého strojního zařízení.

8.4 Pěnové sklo Vyrábí se z recyklovaného skla, dolomitu, písku, vápna a uhlíku. Jsou dvě varianty výroby, buď to ze speciálního aluminio-silikátového skla, které se rozemele na prášek a přidá se uhlíkový prach. Nakonec se směs rozprostře do forem a po zahřátí se objem zvětší až dvacetinásobně. Druhý způsob spočívá ve zpracování odpadních střepů, které se taví spolu s chemikáliemi. Pěnové sklo má vysokou únosnost v tlaku. Výhodou je nehořlavost, tvarová stálost, vodotěsnost, parotěsnost a dobře odolává kyselinám. Jeho nevýhoda je nižší odolnost proti mrazu a křehkost. U nízkoenergetických staveb se nejčastěji umisťuje mezi zděnou stavbou a základy. Výrobci jsou například Refaglass, Ecotechnic a Recifa.

84

Obr. 19 – pěnové sklo

Zdroj: http://www.penove-sklo.eu/

8.5 Celulóza Mineralizovaná celulóza se vyrábí ze starého papíru na rozvlákňovací turbíně, přidává se kyselina boritá, která slouží k odolnosti proti ohni, plísním, ale také k odolnosti vůči škůdcům. Aplikuje se foukáním, je to rychlé a spolehlivé, v případě, že jsou dodrženy technologické postupy. Vhodná na zateplení všech částí konstrukce domu. Aplikaci u RD lze zvládnout za jeden až dva dny. Izolace má dobrou tepelnou akumulaci a dokáže vázat vzdušnou vlhkost. Známe pod jménem Cuir, Climatizer, Isocell.

85

Obr. 20 – celulóza

Zdroj:

http://www.stavebnictvi3000.cz/clanky/tepelne-izolace-prehled-materialy-druhy-

zpusoby-po/

8.6 Vakuová izolace Vakuové izolační panely vstoupily na stavební trh již v roce 2004. Zatím se však jejich použití u nás vzhledem k poměrně vysoké ceně příliš nerozšířilo. Vyznačují se však součinitelem tepelné vodivosti na úrovni 0,007 W/(m.K), přičemž tepelněizolační vlastnosti nezávisejí na tloušťce panelů.

86

Obr. 21 – vakuová izolace

Zdroj: http://www.virtualsro.cz/5-vakuove-izolacni-panely/

8.7 Izolace z přírodních materiálů Izolace ze slámy, balíky jsou vyráběny v různých velikostech. Slisovaná sláma je upevněná dráty. Jedná se o cenově dostupnou tepelnou izolaci. Má nízkou odolnost proti vlhkosti, ale na druhou stranu je slisovaná sláma téměř nehořlavá. Oproti jiným izolacím má vyšší součinitel tepelné vodivosti. Jako další izolace z přírodních materiálů je konopná izolace. Technické konopí se rozvlákňuje na lince, poté se třídí, rovná a vrství. Výsledné rohože mají tloušťku 20 až 180 mm. Tato izolace je stoprocentně přírodní výrobek. Má však vyšší cenu.

87

Výhodou je zdravotní nezávadnost izolace, proto není ani problém s montáží na stavbě. Lze ji použít jako izolaci stěn, fasády i střechy. Výrobcem této izolace je například firma Canabest. Další přírodní izolace je ovčí vlna. Ve formě provazců, se hodí hlavně jako výplňový tepelně izolační materiál. Pokud provazce našijeme například na tkanou rohož, můžeme tuto izolaci použít do lehkých konstrukcí, střechy či jako kročejovou izolaci pod plovoucí podlahu. Nevhodná je do klasických podlah či pod terénem. Vlna vydrží až několik stovek let. Nevýhodou je možnost napadení škůdci a riziko ohně. Proto se často impregnuje vodním sklem, borovou solí či boraxem. V konstrukci ji lze ochránit omítkou nebo sádrokartonovými nehořlavými deskami. Výrobce je například Isolena. Obr. 22 – sláma

Zdroj: http://www.veronica.cz

88

Obr. 23 – Izolace z dřevitých vláken, konopí a lnu

Zdroj: http://www.obcanskavystavba.cz/clanek/prirodni-izolace http://www.obcanskavystavba.cz/clanek/prirodni izolace-z-konopi/ konopi/


89

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaké materiály jsou vhodné jako tepelné izolace? izolace


90

Kapitola

9

-

Progresivní

technologie

solární

architektury

KLÍČOVÉ POJMY Fotovoltaické systémy, solární solární tepelné soustavy, kolektor

CÍLE KAPITOLY Seznámení s fotovoltaickým systémem a solární tepelnou soustavou. soust


VÝKLAD

9.1 Fotovoltaické systémy V oblasti zdrojů elektrické energie nabývá využití přímé přímé přeměny sluneční energie na elektrickou využitím fotovoltaického jevu na důležitosti především v souvislosti s výrazným poklesem ceny technologie v posledních desetiletích. desetiletích. Fotovoltaický systém je častým a z hlediska návrhu i relativně jednoduchým řešením vyvážení energetických toků budov během roku. Zároveň jsou fotovoltaické zdroje bezhlučné, snadno integrovatelné

91

jak do energetického systému, tak do její stavební konstrukce (střechy, fasády). Fotovoltaické panely se v mnoha podobách staly součástí architektonického řešení pláště budov.

9.2 Solární tepelné soustavy Solární tepelné soustavy využívají fototermální přeměnu slunečního záření v tepelnou energii v solárních kolektorech a teplo je odváděno zpravidla do tepelného akumulátoru pro využití v době potřeby. Návrh solárních soustav pro budovy musí zohledňovat místní potřebu energie, teplo získávané kolektory se střechy nebo fasády využívá přímo v budově. U některých realizací se lze setkat s napojením solární soustavy do místní sítě centralizovaného zásobování teplem. Vlastním zdrojem solární soustavy jsou solární kolektory, které lze rozlišit podle druhu teplonosné látky (vzduchové, kapalinové) nebo konstrukčního uspořádání (nezasklené, zasklené, ploché, trubkové jednostěnné, trubkové dvojstěnné Sydney). Výkon a účinnost solárních kolektorů jsou oproti většině jiných tepelných zdrojů významně závislé na provozních podmínkách, proto nelze parametry solárních kolektorů uvádět bez bližšího popisu provozu. Solární teplo je využitelné v podstatě v jakékoliv aplikaci, které teplo potřebuje. Nicméně je vždy nutné mít na paměti, že vzhledem k dostupnosti slunečního záření během roku je solární teplo v naprosté většině aplikací ve funkci spořiče energie či paliva s omezeným pokrytím potřeby tepla, nikoli hlavního zdroje tepla. Přínosy solárních soustav jsou charakterizovány jejich celkovými zisky využitými pro krytí potřeby tepla.

92

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura lite TYWONIAK, J., J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další. další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832 3832-1.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaké jsou solární systémy? systémy


93

Kapitola 10 - Progresivní technologie pro využití geotermální energie

KLÍČOVÉ POJMY Geotermální energie, vrt, zemětřesení, výroba elektrické energie

CÍLE KAPITOLY Seznámení s geotermální energií a její využití.


VÝKLAD

Geotermální energie je přirozený projev tepelné energie zemského jádra jádra,, která vzniká rozpadem radioaktivních látek a působením slapových sil. sil. Jejími projevy projevy jsou erupce sopek a gejzírů,, horké prameny či parní výrony. Využívá se ve formě tepelné energie ((pro vytápění), vytápění či

pro

výrobu elektrické

energie v geotermálních

elektrárnách. elektrárnách.

Obvykle

se

řadí

mezi obnovitelné zdroje energie, energie, nemusí to však platit vždy – některé zdroje geotermální energie jsou vyčerpatelné v horizontu desítek let.

94

10.1 Využití geotermální energie Tuto energii lze v příznivých podmínkách využívat k vytápění nebo výrobě elektřiny v geotermálních elektrárnách. Takové využití je ale většinou technologicky náročné, protože horká voda z vrtů je obvykle silně mineralizovaná a zanáší technologická zařízení, což má za následek nutnost časté výměny potrubí a čištění systému. Navíc je dostatečný tepelný spád obvykle zároveň spojen s geologickou nestabilitou oblasti, v níž se nachází, což klade vysoké nároky na kvalitní stavbu schopnou odolávat zemětřesením. V rozsáhlejším měřítku se tato energie využívá např. na Islandu, kde se využívá pro vyhřívání obytných domů, skleníků, veřejných budov, bazénů, pro vyhřívání chodníků, aby se v zimě nemusely příliš upravovat a dokonce i pro pěstování banánů či jiného jižního ovoce. Uvádí se, že geotermální energie se podílí až z 85 % na vyhřívání islandských domů. Další země, které geotermální energii ve větším využívají jsou USA, Velká Británie, Francie, Švýcarsko, Německo a Nový Zéland. Geotermální pumpy je možno využit k ohřívání i chlazení individuálních domků. Jedná se o využití zemního tepla (či v létě chladna), které se nachází v hloubce 2-3 metrů a zůstává stabilní během roku.

10.2 Výroba elektrické energie Dnes se využívají tři druhy elektráren – na suchou páru, na mokrou páru a horkovodní (binární). Systém suché páry používá přímo páru získanou ze země na pohon turbíny. Systém mokré páry nechá nejprve horkou vodu přeměnit v páru a ta pak slouží k pohonu turbíny. Horkovodní (binární) systém použije vodu s nízkou teplotou, která předá ve výměníku teplo organické kapalině (např. propan, isobutan a freon) s nižším bodem varu, a teprve její pára pak pohání turbínu. První geotermální elektrárna byla otevřena v Larderello, Itálie už v roce 1904. V roce 2010 byla celosvětová instalovaná kapacita geotermálních elektráren 10 715 MWe, z toho absolutně nejvíce v USA - 3 086 MWe. V roce 2008 geotermální elektrárny vyrobily 60 435 milionů kWh elektrické energie. Nejvíce elektrické energie bylo opět vyrobeno v USA,

95

relativně nejvíce pak na Islandu a v Salvadoru, Salvadoru, kde geotermální elektrárny vyrobily čtvrtinu elektrické energie.

10.3 Využití v Česku V Česku využívá geotermální energii např. město Ústí nad Labem Labem,, kde slouží k vytápění plaveckých bazénů a od května 2006 také k vytápění zoologické zahrady v Ústí nad Labem. Labem. Ojedinělý projekt využití geotermální energie pro výrobu tepla je v Děčíně. Od roku 2002 je zde v provozu výtopna na Benešovské ulici (www.termo.mvv.cz), která jako jediná v České republice využívá geotermální energii pro zásobování poloviny města teplem. V Litoměřicích ěřicích se od listopadu 2006 hloubí zkušební vrt pro geotermální elektrárnu, který by měl skončit v hloubce 2500 m. Pokud budou výsledky měření příznivé, začnou se hloubit další dva vrty – tentokrát již produkční. Tyto vrty mají dosáhnout hloubky až 5000 m. m Elektrárna bude založena na metodě HDR, HDR, která ještě nebyla ve střední ani východní Evropě použita. Tato metoda spočívá v tom, tom, že se do jednoho vrtu vhání voda voda, a ve druhém se čerpá, přičemž se voda v hloubce ohřívá. Jedná se o uzavřený oběh média – vody. Tepelná energie se může přeměnit na energii elektrickou. elektrickou. V zimě se bude energie využívat především pro vytápění, v létě naopak pro vytváření elektrické elektrické energie. Náklady na vybudování vrtů a geotermální elektrárny mají být kolem 1,11 miliardy Kč, na jejich krytí se bude podílet i EU. Elektrárna má mít tepelný výkon 50 MW a elektrický pak 5 MWe. V Liberci hloubí zkušební vrt společnost ze Skupiny ČEZ,, případný elektrický výkon elektrárny má být v řádu jednotek či desítky MWe.

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další. další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832 3832-1.

96

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaké je využití geotermální energie? energie


97

Kapitola

11

-

Enviromentální

posuzování

nízkoenergetických a pasivních budov

KLÍČOVÉ POJMY Výstavba, životní prostředí, LCA, svázaná energie

CÍLE KAPITOLY Seznámení s environmentálním posouzením, metoda LCA. LCA


VÝKLAD

Hodnocení staveb z hlediska dopadu jejich výstavby a provozu na životní prostředí, představuje exaktní metodu nezávislou na dnešních zcela deformovaných cenách energií a jejich neodhadnutelným vývojem. Proto se ve vyspělých zemích postupně zavádí skutečně objektivní kritérium pro návrh a výběr nejúspornějších stavebních systémů z hlediska udržitelného rozvoje metodou LCA (Life Life Cycle Assessment), vyjadřující mimo souhrnné environmentální dopady výstavby i analýzu souhrnné energetické náročnosti, spolu s celkovou bilancí svázaných energií a emisí

98

CO2 pro výstavbu i provoz budov, která je zároveň objektivní metodou z celospolečenských hledisek. Současná energetická krize vyspělého světa, kde stavebnictví a provoz budov spotřebují přes 50 % všech primárních energetických zdrojů, si nutně vyžádá i zásadní změny v legislativě a povolování staveb, zároveň s povinným hodnocením i celospolečenských aspektů.

11.1 Metodika hodnocení Metodika LCA zahrnuje souhrn všech energetických nároků stavby včetně těžby surovin, výroby materiálu, dopravy, montáže, provozní energie a likvidace, po celou dobu životního cyklu. V tab. 12 jsou uvedeny hodnoty svázaných energií, tj. suma všech vynaložených energií na těžbu, výrobu, dopravu, montáž základních stavebních materiálů v přepočtu na běžně používané měrné jednotky ve stavební praxi a hodnoty ekvivalentních emisí CO2 uvolněných do ovzduší při těžbě, výrobě, dopravě základních stavebních materiálů (případně vázaných do hmoty dřeva).

99

Tab. 12 – svázané energie a ekvivalent emise CO2 hlavních stavebních materiálů

Zdroj:

http://stavba.tzb-info.cz/nizkoenergeticke-stavby/5752-environmentalni-a-

energeticke-hodnoceni-drevostaveb-v-pasivnim-standardu

V tab. 13 jsou faktory energetické přeměny (pro přepočty konečných spotřeb na primární zdroje) a produkce emisí CO2 jednotlivých energetických medií používaných v provozu pasivních budov.

Tab.

Zdroj:

13

–

faktory

energetické

přeměny

a

produkce

emisí

energetických

medií

http://stavba.tzb-info.cz/nizkoenergeticke-stavby/5752-environmentalni-a-

energeticke-hodnoceni-drevostaveb-v-pasivnim-standardu

100

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TZB INFO. Environmentální nvironmentální a energetické hodnocení dřevostaveb v pasivním standardu [online]. 2009 [cit. 29. 6. 2009]. Dostupné z: http://stavba.tzb-info.cz/nizkoenergeticke http://stavba.tzb info.cz/nizkoenergetickeinfo.cz/nizkoenergeticke stavby/5752 environmentalni-a-energeticke stavby/5752-environmentalni environmentalni energeticke-hodnoceni hodnoceni-drevostaveb drevostaveb-v-pasivnim pasivnim-standardu standardu

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Co je metoda LCA?


101

Kapitola

12

-

Koncepce

navrhování

nízkoenergetických a pasivních budov

KLÍČOVÉ POJMY Koncepce, orientace, návrh

CÍLE KAPITOLY Základní koncepce navrhování nízkoenergetických a pasivních budov.


VÝKLAD

Pasivní dům musí být do detailů promyšlený a navržený tak, aby při co největším komfortu měl co nejnižší potřebu energie na vytápění. Důležitá je orientace ke světovým stranám optimalizace velikosti okenních otvorů k jednotlivým světovým stranám, stranám, stranám optimalizace obálky budovy vůči podlahové ploše…. ploše… Dříve ve se prosazovalo tzv. zónování budovy, tedy orientovat na severní fasádu místnosti, která se vytápí na nižší teplotu (např. spíž, šatna) tak, aby tvořily další „vrstvu“ tepelné izolace.

102

Bylo ovšem zjištěno, že vzhledem k tomu, že tepelné izolace mezi jednotlivými jednotlivými místnostmi v rámci jednoho bytu jsou minimální, toto zónování nemá praktický význam. Při návrhu místností je nutné nezapomenout na dostatek obslužných prostor, jako jsou úložné prostory, technická místnost apod. Je také nutné si uvědomit souvislosti souvislosti v provozu domácnosti. Proto se již upouští od samostatných malých kuchyní, které se nově stávají součástí obytného prostoru. Konstrukce stavby je nutné volit i v souvislosti s akumulací tepla, zejména slunečních zisků. Proto není vhodné podlahové vytápění vytápění do těch částí místností, kde lze předpokládat dopad slunečních paprsků. Při návrhu pasivního domu je nutné vzít v úvahu nejen současné okolí stavby, ale i budoucí. Je nutné se seznámit s územním plánem, plánem pokud existuje a je nutné i promyslet jeho možné změny. Pokud územní plán není zpracován, je nutné ještě více zvážit alternativy okolní možné zástavby či osázení stromy.

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, Jan. Nízkoenergetické domy 3 : nulové, pasivní a další. In Stavitel Stavitel.. 1. vyd. Praha: Grada, 2012. 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832--1.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Jaká je základní koncepce navrhování?


103

Kapitola 13 - Závěrečné shrnutí a trendy vývoje do budoucnosti

KLÍČOVÉ POJMY Pasivní domy, životní otní prostředí, tepelná izolace

CÍLE KAPITOLY Závěrečné shrnutí proč stavět pasivní domy a jejich budoucnost.


VÝKLAD

Proč stavět pasivní domy? 1. Pasivní domy mají příznivější mikroklima, které odpovídá životu v 21. stol století. 2. Pasivní domy mají nižší potřebu energie, tedy jsou provozně méně nákladné, jsou bezpečnější z hlediska možných problémů s dodávkami energií (black out). 3. Pasivní domy šetří životní prostředí. 4. Pasivní domy odpovídají nové legislativě. legis

104

5. Pasivní domy mohou prezentovat jejich majitele jako moderní lidi, dodavatele či projektanta jako schopné podnikatele. Budoucnost pasivních domů je dána Směrnicí EU č. 31/2010 z 19. 5. 2010, kde se říká, že od roku 2018 musí být všechny stavby financované z veřejných rozpočtů a od roku 2020 všechny stavby realizované v pasivním standardu (parafrázováno). Mimo to je potřeba se stavebně ocitnout na úrovni 21. století a nevycházet stále ze zákona Císaře Františka II. (obnovené požární řády, kdy zakázal v obytných aglomeracích stavět dřevostavby) a ze Stavebního řádu vydaného císařem Františkem Josefem I. Pasivní stavba tak, jak ji známe dnes, byla definovaná v Německu. Cílem bylo navrhnout obytnou budovu, která bude mít co nejnižší potřebu energie. Postupně se ukázalo, že zvyšováním účinnosti tepelných izolací lze snížit potřebu energií pouze na určitou mez, další zvyšování tlouštěk tepelné izolace pak již nevede ke snižování potřeby energie na vytápění, neboť ta se spotřebovává na ohřev větracího vzduchu. To vedlo postupně nejprve k zemním kolektorům, kdy se přiváděný vzduch předehříval průchodem zeminou, v létě tento průchod sloužil pro chlazení. Toto však bylo málo účinné, a tak se začala používat rekuperace, tedy zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu a využití tohoto tepla na předehřev přiváděného vzduchu. Těmito úpravami se však výrazně zvýšila cena domu o další technické zařízení. Úvaha tedy směřovala dál, a sice když už jsou rozvody vzduchu, tak toto využít a vytápět vzduchem. Vzhledem k předpisům omezujícím rychlost proudění vzduchu při vytápění v pobytových místnostech bylo spočítáno, že je možné vzduchem zajistit tepelný tok do interiéru o max. výkonu 10 W/m2. Z tohoto vzniklo první omezení stanovující maximální

energetickou

náročnost

pasivního

domu.

Následně

pak

výpočty

byl

stanoven požadavek na max. potřebu tepla na vytápění 15 kWh/(m2.a), přičemž plochou se rozumí součet podlahových ploch jednotlivých místností. Toto je hodnota pro pasivní domy v Německu, Rakousku. V ČR se používají trochu jiné výpočtové postupy, proto je požadavek na max. potřebu tepla na vytápění v ČR mírně vyšší, a sice 20 kWh/(m2.a), přičemž vztažnou plochou je tzv. celková podlahová plocha, která je vymezená vnitřním lícem vnějších obvodových zdí.

105

Při porovnávacích výpočtech bylo např. pro konkrétní dům zjištěno, že při jeho hodnocení v ČR měl energetickou náročnost na vytápění 19 kWh/(m kWh/(m2.a) a při jeho hodnocení v Salzburgu podle rakouských předpisů tato hodnota činila 13 kWh/(m kWh/( 2.a). Dříve mít normální byt znamenalo koupit dřevo a uhlí, naštípat, vynosit do bytu, odnosit popel. Běžný byl byt o ploše 35 m2 s 6 obyvateli. Při potřebě na vytápění 180 kWh/(m2.a) při 20 °C to znamenalo 5500 kWh/a, tedy cca 1200 1200 kg paliva, potřeba energie na vytápění na osobu 920 kWh. Obvykle se však vytápělo na nižší teploty, takže spotřeba energie byla ještě nižší. Platí však Jevonsův paradox, „Čím více se šetří, tím spotřeba roste.“ (Lze i otočit,: „Musí se šetřit, aby spotřeba spotřeba mohla růst.“). růst.“) Dnes nízkoenergetický rodinný dům znamená obsazenost 3 lidmi, při ploše 180 m2 s potřebou 50 kWh/(m2.a), potřebou potřeb u tepla na vytápění 9000 kWh/a. To představuje potřebu tepla na vytápění na osobu 3000 kWh, tedy více jak 3x více, než tomu bylo bylo ještě před 80 lety. Dnes pasivní rodinný dům při obsazenosti 3 lidmi a ploše 180 m2 a s potřebou 15 kWh/(m2.a) má potřebu tepla na vytápění 2700 kWh/a. To je 900 kWh/osobu – tedy stejně jako tomu bylo dříve. Pasivní dům tedy není o úsporách energií, ale o návratu ke spotřebám, alespoň v oblasti vytápění (nikoliv dopravy, užívání tekoucí vody, svícení apod.), kte které ré byly běžné začátkem 20. století.

STUDIJNÍ MATERIÁLY Použitá literatura TYWONIAK, J., J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další.. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80 80-247-3832 3832-1.

OTÁZKY A ÚKOLY 1. Proč stavět pasivní domy?

106


107

Použitá literatura ŠUBRT, R. a kol., 2011. Tepelné mosty. Praha: GRADA, 224s. ISBN 978-80-247-4059-1. ŠUBRT, R., ZVÁNOVCOVÁ, P. a M. ŠKOPEK, 2008. Katalog tepelných mostů – 1: běžné detaily. České Budějovice: Energy Consulting Service, 224s. ISBN 978-80-254-2715-6. ŠUBRT R., PETRTYL, Z. a M. ŠKOPEK, 2010. OKNO-klíčová součást staveb. České Budějovice: Energy Consulting Service, 112s. ISBN 978-80-254-8573-6. TYWONIAK, J., 2005. Nízkoenergetické domy: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 80-247-1101-X. TYWONIAK, J., 2008. Nízkoenergetické domy 2: principy a příklady. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 193 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2061-6. TYWONIAK, J., 2012. Nízkoenergetické domy 3: nulové, pasivní a další. In Stavitel. 1. vyd. Praha: Grada, 195 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-3832-1. ČSN 73 0540-1. Tepelná ochrana budov - Část 1: Terminologie. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005. ČSN 73 0540-2. Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011. ČSN 73 0540-3. Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005. ČSN 73 0540-4. Tepelná ochrana budov – Část 3: Výpočtové metody. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005. TZB INFO. Environmentální a energetické hodnocení dřevostaveb v pasivním standardu [online]. 2009 [cit. 29. 6. 2009]. Dostupné z: http://stavba.tzb-info.cz/nizkoenergetickestavby/5752-environmentalni-a-energeticke-hodnoceni-drevostaveb-v-pasivnim-standardu

108

Nízkoenergetické a pasivní stavby

Recommend Documents