VLIV SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ NA VĚTRANÉ STŘEŠNÍ KONSTRUKCE ZÁKLADNÍ PŘEDPOKLADY Konstrukce dvouplášťových větraných střech i fasád ke své správné funkci vyžadují trvalé větrání, ale v případě, že provedeme měření, zjistíme, že ne vždy konstrukce větrají a pokud ano, tak často velmi nestejnoměrně. Faktorů které toto větrání ovlivňují je celá řada, to také dalo podnět k výzkumu, který má za cíl zjistit hlavní ovlivňující faktory proudění a zda je s nimi správně počítáno i v metodice současného způsobu výpočtu a následného návrhu větraných konstrukcí, která je uvedena v ČSN 73 0540-4.
CHARAKTERISTIKA OBJEKTŮ Měření probíhaly periodicky po dobu 12 měsíců a to jak u šikmých střech, tak i u fasád a to vždy na několika místech, nicméně v tomto článku je řešeno pouze srovnání dvou objektů se šikmou střechou, které pro názornou ukázku plně dostačují. Porovnejme tedy teorii s praxí. Volba objektů byla náhodná, ale byly zvoleny tak, aby se nacházely v jedné lokalitě pro možnost porovnání. Charakteristika objektů: Objekt 1 - Šikmá střecha
Objekt 2 - Šikmá střecha
zeměpisná délka zeměpisná šířka nadmořská výška sklon
zeměpisná délka zeměpisná šířka nadmořská výška sklon
49°28´ 13°23´ 445 m.n.m. 48°
Obr. 1: Zkoumaný objekt č. 1 (nevytápěná část a bez tepelné izolace)
49°27´ 13°22´ 436 m.n.m. 41°
Obr. 2: Zkoumaný objekt č. 2 (vytápěný, s tepelnou izolací)
VÝSLEDKY Z MĚŘENÍ U každého měření je zde přiložena tabulka se základními informacemi o místě měření, jako jsou datum, čas a základní charakteristika větrané mezery v místě kde bylo měření prováděno. Z grafů je patrný průběh teplot v konstrukci (rubová strana krytiny, teplota vzduchu v mezeře a teplota rosného bodu) a v souvislosti s průběhem teplot je vidět i průběh proudění vzduchu. Závislost rychlosti proudění na nárůstu teploty během dne je zde zcela evidentní. Také je zde možno vidět praktické zastavení proudění vzduchu ve větrané mezeře během noci. Proudění probíhá ve dne i v noci ve stále stejné konstrukci, jedinými proměnnými podmínkami jsou zde změny dne a noci. Z toho lze usoudit, že vliv slunečního záření je zcela zásadní. Vliv větru, deště a dalších možných aspektů zde byl také řešen díky podpoře hydrometeorologického ústavu, ale jejich význam oproti slunečnímu záření byl o dost menší a měl význam jen na částečném zvýšení či snížení rychlosti proudění vzduchu, což je vidět i z určité nepravidelnosti a výchylkách grafů měření.
1
místo mČĜení
den mČĜení
zaþátek mČĜení
konec mČĜení
zemČpisná délka
zemČpisná šíĜka
nadmoĜská výška
orientace ke svČtovým stranám
sklon
výška úseku
šíĜka úseku
plocha nasávacích a odvádČcích otvorĤ dole nahoĜe
1-1d
2007.04.12. 2007.04.13. 2007.04.14. 2007.04.15. 2007.04.16.
14:10 00:00 00:00 00:00 00:00
24:00 24:00 24:00 24:00 16:31
49°28´05´´
13°23´03´´
445 m.n.m.
110°
48°
5000 mm
670 mm
11959 mm 2/m 13786 mm 2/m
hloubka vČtrané mezery dole
nahoĜe
20 mm
20 mm
Obr. 3: Tabulka specifikace místa měření - první měření na objektu č. 1, strana 1d (první strana - u okapu)
Teplota vzduchu
Teplota krytiny
Rosný bod
65°
55°
45°
35°
25°
15°
5°
-5°
-15° 2007.04.12 00:00:00
2007.04.13 00:00:00
2007.04.14 00:00:00
2007.04.15 00:00:00
2007.04.16 00:00:00
2007.04.17 00:00:00
2007.04.18 00:00:00
2007.04.19 00:00:00
2007.04.20 00:00:00
2007.04.17 00:00:00
2007.04.18 00:00:00
2007.04.19 00:00:00
2007.04.20 00:00:00
2007.04.18 00:00:00
2007.04.19 00:00:00
2007.04.20 00:00:00
Rychlost proudČní
1,500 m/s
1,250 m/s
1,000 m/s
0,750 m/s
0,500 m/s
0,250 m/s
0,000 m/s 2007.04.12 00:00:00
2007.04.13 00:00:00
2007.04.14 00:00:00
2007.04.15 00:00:00
2007.04.16 00:00:00 Vlhkost vzduchu
Obr. 4: Grafy průběhů teplot a rychlostí proudění vzduchu - objekt č. 1, strana 1d (první strana - u okapu) 100%
90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2007.04.12 00:00:00
2007.04.13 00:00:00
2007.04.14 00:00:00
2007.04.15 00:00:00
2007.04.16 00:00:00
2007.04.17 00:00:00
Tlak par
30 mb
25 mb
20 mb
15 mb
0
10 mb
500 [mm]
Obr. 5: Místo provádění měření - objekt č. 1, strana 1d (první strana - u okapu)
Obr. 6: Detail místa provádění měření - objekt č. 1, strana 1d
5 mb
0 mb 2007.04.12 00:00:00
2007.04.13 00:00:00
2007.04.14 00:00:00
2007.04.15 00:00:00
2007.04.16 00:00:00
2007.04.17 00:00:00
2007.04.18 00:00:00
2007.04.19 00:00:00
2007.04.20 00:00:00
2
místo mČĜení
den mČĜení
zaþátek mČĜení
konec mČĜení
zemČpisná délka
zemČpisná šíĜka
nadmoĜská výška
orientace ke svČtovým stranám
sklon
výška úseku
šíĜka úseku
plocha nasávacích a odvádČcích otvorĤ dole nahoĜe
5-2d
2007.07.23. 2007.07.24. 2007.07.25. 2007.07.26. 2007.07.27. 2007.07.28.
18:41 00:00 00:00 00:00 00:00 00:00
24:00 24:00 24:00 24:00 24:00 17:59
49°28´08´´
13°23´08´´
446 m.n.m.
250°
45°
4800 mm
710 mm
11959 mm 2/m 10861 mm 2/m
hloubka vČtrané mezery dole
nahoĜe
20 mm
20 mm
Obr. 7: Tabulka specifikace místa měření - páté měření na objektu č. 1, strana 2d (druhá strana - u okapu)
Teplota vzduchu
Teplota krytiny
Rosný bod
65°
55°
45°
35°
25°
15°
5°
-5°
-15° 2007.07.23 00:00:00
2007.07.24 00:00:00
2007.07.25 00:00:00
2007.07.26 00:00:00
2007.07.27 00:00:00
2007.07.28 00:00:00
2007.07.29 00:00:00
2007.07.30 00:00:00
2007.07.31 00:00:00
2007.07.28 00:00:00
2007.07.29 00:00:00
2007.07.30 00:00:00
2007.07.31 00:00:00
2007.07.29 00:00:00
2007.07.30 00:00:00
2007.07.31 00:00:00
Rychlost proudČní
1,500 m/s
1,250 m/s
1,000 m/s
0,750 m/s
0,500 m/s
0,250 m/s
0,000 m/s 2007.07.23 00:00:00
2007.07.24 00:00:00
2007.07.25 00:00:00
2007.07.26 00:00:00
2007.07.27 00:00:00 Vlhkost vzduchu
Obr. 8: Grafy průběhů teplot a rychlostí proudění vzduchu - objekt č. 1, strana 2d (druhá strana - u okapu) 100%
90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2007.07.23 00:00:00
2007.07.24 00:00:00
2007.07.25 00:00:00
2007.07.26 00:00:00
2007.07.27 00:00:00
2007.07.28 00:00:00
Tlak par
30 mb
25 mb
20 mb
15 mb
0
10 mb
500 [mm]
Obr. 9: Místo provádění měření - objekt č. 1, strana 2d (druhá strana - u okapu)
Obr. 10: Detail místa provádění měření - objekt č. 1, strana 2d
5 mb
0 mb 2007.07.23 00:00:00
3
2007.07.24 00:00:00
2007.07.25 00:00:00
2007.07.26 00:00:00
2007.07.27 00:00:00
2007.07.28 00:00:00
2007.07.29 00:00:00
2007.07.30 00:00:00
2007.07.31 00:00:00
místo mČĜení
den mČĜení
zaþátek mČĜení
konec mČĜení
zemČpisná délka
zemČpisná šíĜka
nadmoĜská výška
orientace ke svČtovým stranám
sklon
výška úseku
šíĜka úseku
3-1d
2007.08.05. 2007.08.06. 2007.08.07. 2007.08.08. 2007.08.09.
13:50 00:00 00:00 00:00 00:00
24:00 24:00 24:00 24:00 17:20
49°27´54´´
13°22´37´´
436 m.n.m.
350°
41°
6600 mm
840 mm
plocha nasávacích a odvádČcích otvorĤ dole nahoĜe
22028 mm 2/m
9710 mm 2/m
hloubka vČtrané mezery dole
nahoĜe
39 mm
39 mm
Obr. 11: Tabulka specifikace místa měření - třetí měření na objektu č. 2, strana 1d (první strana - u okapu)
Teplota vzduchu
Teplota krytiny
Rosný bod
65°
55°
45°
35°
25°
15°
5°
-5°
-15° 2007.08.05 00:00:00
2007.08.06 00:00:00
2007.08.07 00:00:00
2007.08.08 00:00:00
2007.08.09 00:00:00
2007.08.10 00:00:00
2007.08.11 00:00:00
2007.08.12 00:00:00
2007.08.13 00:00:00
2007.08.10 00:00:00
2007.08.11 00:00:00
2007.08.12 00:00:00
2007.08.13 00:00:00
2007.08.11 00:00:00
2007.08.12 00:00:00
2007.08.13 00:00:00
Rychlost proudČní
1,500 m/s
1,250 m/s
1,000 m/s
0,750 m/s
0,500 m/s
0,250 m/s
0,000 m/s 2007.08.05 00:00:00
2007.08.06 00:00:00
2007.08.07 00:00:00
2007.08.08 00:00:00
2007.08.09 00:00:00 Vlhkost vzduchu
Obr.100% 12: Grafy průběhů teplot a rychlostí proudění vzduchu - objekt č. 2, strana 1d (první strana - u okapu) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2007.08.05 00:00:00
2007.08.06 00:00:00
2007.08.07 00:00:00
2007.08.08 00:00:00
2007.08.09 00:00:00
2007.08.10 00:00:00
Tlak par
30 mb
25 mb
20 mb
15 mb
0
10 mb
Obr. 13: Místo provádění měření - objekt č. 2, strana 1d (první strana - u okapu)
500
Obr. 14: Detail místa provádění měření - objekt č. 2, strana 1d
[mm]
5 mb
0 mb 2007.08.05 00:00:00
2007.08.06 00:00:00
2007.08.07 00:00:00
2007.08.08 00:00:00
2007.08.09 00:00:00
2007.08.10 00:00:00
2007.08.11 00:00:00
2007.08.12 00:00:00
2007.08.13 00:00:00
4
TEORETICKÝ VÝPOČET Výpočtem můžeme snadno vyčíslit rychlost prodění vzduchu dle normy ČSN 73 0540-4, kde se rychlost proudění vzduchu ve větrané vzduchové vrstvě vcav [m·s-1] stanoví takto: a) přibližně, hodnotami pro návrh a ověření ve dvou mezních polohách vcav , min vcav ,max
A1 A A 0,9 v a 1 A
0,3 va
b) přesněji výpočtem ze vztahů V normě je velmi podrobný výpočet dle bodu b), který bere v úvahu řadu dalších faktorů, jako jsou například tlaková ztráta třením, délka úseku větrané mezery, výškové rozdíly, vsazené odpory atd., nicméně ani zde není nikterak započten vliv slunečního záření, které je z grafů zcela evidentní. Z tohoto důvodu můžeme pro srovnání požít výpočet základní rychlosti proudění pouze dle bodu a). Objekt č. 1 – strana 1 A1=11,959·10-3·0,67=0,0080 m2 (plocha průřezu vstupního nebo výstupního otvoru - menšího z nich) A =20·10-3·0,67=0,0134 m2 (plocha průřezu, pro který se stanovuje rychlost proudění) va=1,50 m·s-1 (rychlost venkovního vzduchu dle ČSN 73 0540-3 - budova nechráněná, zatížení zvýšené) vcav , min vcav , max
A1 A A 0,9 va 1 A
0,3 va
0,0080 0,269 m s 1 0,0134 0,0080 0,9 1,50 0,806 m s 1 0,0134
0,3 1,50
Objekt č. 1 – strana 2 A1=10,861·10-3·0,71=0,0077 m2 (plocha průřezu vstupního nebo výstupního otvoru - menšího z nich) A =20·10-3·0,71=0,0142 m2 (plocha průřezu, pro který se stanovuje rychlost proudění) va=1,50 m·s-1 (rychlost venkovního vzduchu dle ČSN 73 0540-3 - budova nechráněná, zatížení zvýšené) vcav , min vcav , max
A1 A A 0,9 va 1 A
0,3 va
0,0077 0,244 m s 1 0,0142 0,0077 0,9 1,50 0,732 m s 1 0,0142
0,3 1,50
Objekt č. 2 – strana 1 A1=9,710·10-3·0,84=0,0082 m2 (plocha průřezu vstupního nebo výstupního otvoru - menšího z nich) A =39·10-3·0,84=0,0328 m2 (plocha průřezu, pro který se stanovuje rychlost proudění) va=1,50 m·s-1 (rychlost venkovního vzduchu dle ČSN 73 0540-3 - budova nechráněná, zatížení zvýšené) vcav , min vcav , max
5
A1 A A 0,9 va 1 A
0,3 va
0,0082 0,113 m s 1 0,0328 0,0082 0,9 1,50 0,338 m s 1 0,0328
0,3 1,50
SHRNUTÍ Srovnání naměřených a vypočtených hodnot zjistíme o kolik se liší. naměřené hodnoty [m·s-1]
vypočtené hodnoty [m·s-1]
vcav, min
vcav, max
vcav, min
vcav, max
objekt 1-1d
0,000
0,728
0,269
0,806
objekt 1-2d
0,000
1,102
0,244
0,732
objekt 2-1d
0,000
0,615
0,113
0,338
měřený úsek
Z tabulky je zcela patrné, že během noci když dle měření proudění prokazatelně ustává, by nám dle výpočtu měl stále v konstrukci proudit vzduch. objekt 2 (s minerální izolací)
objekt 1 (bez minerální izolace)
vcav, průměr za rok [m·s ]
vcav, průměr za rok [m·s-1]
noc
0,03
0,06
den - bez oslunění
0,11
0,17
den - vliv oslunění
0,16
0,20
měřené období
-1
Tabulka ukazuje průměrné hodnoty za období jednoho roku (2007/2008). I když objekty měli různou vellikost větrací mezery, vliv oslunění je zde u obou patrný a to v nárůstu průměrné rychlosti proudění o cca 30%. Rozdíl mezi dnem a nocí je zde podstatně výraznější a to až desetinásobně, průměrně činí cca 300%.
ZÁVĚR Z výsledku vidíme, že dosavadní normové výpočetní postupy zatím nepočítají se zásadním vlivem slunečního záření, respektive doby, kdy sluneční záření na konstrukci nikterak nepůsobí. Do této kategorie kromě nočních hodin patří i vliv trvalého stínu v zástavbě, lesního porostu či sněhové pokrývky v zimním období na střechách, kde díky téměř úplnému zastavení proudění dochází k velmi rychlému zvýšení relativní vlhkosti vzduchu ve větrané mezeře.
KAREL SEDLÁČEK Ing. Karel Sedláček (*1979) absolvent FSv ČVUT v Praze, obor pozemní stavby a architektura. V současné době absolvuje studium doktorského programu na ČVUT - FSv v Praze, katedra konstrukcí pozemních staveb a pracuje ve společnosti Saint-Gobain Orsil s.r.o. jako produktový manažer.
Literatura: ČSN 73 0540-1 ČSN 73 0540-2 ČSN 73 0540-3 ČSN 73 0540-4
Recenzoval: Ing. Jiří Sedláček, CSc
Text byl zpracován za podpory MSM 6840770001
Zdroje: www.isover.cz
6
