Tepelná technik - Česká komora lehkých obvodových plášťů

Ročenka ČKLOP
7
Tepelná technika
Oblast tepelné techniky prožívá v současnosti bouřlivý vývoj, a to jak po stránce technické tak hlavně
v oblasti norem. Následující text proto vychází z norem a doporučení zavedených do praxe v čase psaní této
kapitoly s tím, že v dalších vydáních bude aktualizován.
7.1
Všeobecně
Okenní výplně jsou nezbytnou součástí všech budov s trvalým pobytem osob. Jejich hlavní funkcí je zajištění
dostatečného osvětlení a oslunění místností, zajištění výměny vzduchu v interiéru a v neposlední řadě také
umožnění kontaktu s vnějším prostředím. Dalšími významnými funkcemi oken jsou jejich mechanická stabilita, vodotěsnost, zvuková izolace, požární odolnost, estetika apod.
V porovnání s ostatními obvodovými konstrukcemi mají okenní výplně horší tepelně technické vlastnosti,
tedy vyšší součinitel prostupu tepla U a nižší povrchové teploty.
Z tepelně technického hlediska je třeba rozlišovat lehké obvodové pláště a okna (např. pásová). Pro okna
a lehké obvodové pláště jsou totiž různé požadavky na součinitel prostupu tepla. Ke stanovení součinitele
prostupu tepla lehkých obvodových plášťů a oken také existují rozdílné metody výpočtu.
Tyto konstrukce mohou při pohledu na fasádu vypadat velmi podobně, liší se jejich konstrukční řešení.
Lehký obvodový plášť (LOP) je pojem pro lehkou obvodovou vnější stěnu, která je sestavená z rámů vyrobených převážně z kovu. Rámy obvykle tvoří svislou a vodorovnou konstrukci spojující výplňové prvky
(okna, neprůhledné panely, pevná zasklení). LOP tvoří opláštění budovy po celé výšce podlaží, většinou je
průběžný po výšce několika podlaží.
Naproti tomu okna jsou samostatná okenní konstrukce vsazená do obvodové stěny. Okna se mohou skládat
z otvíravých i pevných křídel. Podstatný rozdíl mezi okny a LOP je to, že neprůhledné části jsou tvořeny
obvodovou stěnou a mohou sloužit jako nosná konstrukce oken. U LOP jsou neprůhledné části vloženy do
rámů LOP.
7.2
Tepelná izolace oken, dveří a fasád
7.2.1
Základní tepelně technické-charakteristiky
Tepelný odpor R [m2.K/W] schopnost konstrukce zamezit šíření tepla. Je definován poměrem tloušťky
materiálu d [m] a jeho součinitelem tepelné vodivosti λ [m.K/W], viz rovnice (2).
[m2.K/W]
(2)
Součinitel prostupu tepla U [W/m2.K] vyjadřuje velikost tepelného toku plošnou konstrukcí, při jehož průchodu jedním čtverečným metrem vzniká na vnitřní a vnější straně teplotní rozdíl jeden Kelvin. V případě
oken a lehkých obvodových plášťů se hodnotí součinitel prostupu tepla zasklení Ug, součinitel prostupu
tepla rámu Uf a součinitel prostupu tepla neprůhledných panelů Up a celkový součinitel prostupu tepla
konstrukce (Uw pro okna a Ucw pro lehké obvodové pláště).
Součinitel prostupu tepla lze ručně spočítat pro homogenní konstrukce (např. betonová stěna s tepelnou
izolací, pro výpočet součinitele prostupu tepla složitých konstrukcí, např. okenních rámů je třeba použít
výpočetní program pro řešení dvourozměrného teplotního pole - Area, WinIso, Flixo, Therm…).
Vzorec (3) vyjadřuje závislost mezi tepelným odporem R a součinitelem prostupu tepla U:
[W/m2.K]
kde
Rsi
Rse
je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně,
odpor při přestupu tepla na vnější straně.
STAŽENO z www.cklop.cz
44
Vydáno 11/2008
(3)
Ročenka ČKLOP
Odpor při přestupu tepla Rsi, resp. Rse je tepelný odpor mezní vzduchové vrstvy přiléhající bezprostředně
k vnitřní, resp. k vnější straně konstrukce a je dán vztahem (4):
[m2.K/W]
kde
(4)
hi je součinitel přestupu tepla na vnitřní straně;
he součinitel přestupu tepla na vnější straně.
Odpor při přestupu závisí na proudění vzduchu. Odpor při přestupu tepla na vnitřní straně zohledňuje polohu konstrukce a směr tepelného toku, proudění vzduchu je v tomto případě zanedbáno. Odpor při přestupu
tepla na vnější straně zohledňuje proudění vnějšího vzduchu. Pokud je stěna či střešní konstrukce s větranou vzduchovou vrstvou, uvažuje se větraná vzduchová vrstva jako vnější prostředí.
Proudění vzduchu uvnitř dutiny se zohlední použitím odporu při přestupu tepla na vnější straně rovného
odporu při přestupu tepla na vnitřní straně. V Tabulce č.7.1 je uveden přehled součinitelů a odporů při přestupu tepla:
Tabulka č.7.1
- Odpory a součinitele při přestupu tepla při výpočtu tepelných toků (součinitele prostupu tepla)
Odpor při přestupu
tepla Rs [m2.K/W]
Součinitel přestupu
tepla hs [W/m2.K]
0,04
25,0
Vnější povrch stěny s provětrávaným obkladem
0,13
7,69
Vnější povrch stropu s provětrávaným obkladem
0,10
10,0
Vnitřní povrch s vodorovným směrem tepelného toku
(stěna)
0,13
7,69
Vnitřní povrch se směrem tepelného toku vzhůru
(strop, střecha)
0,10
10,0
Vnitřní povrch se směrem tepelného toku dolů
(podlaha)
0,17
5,88
Vnitřní povrch oken - běžné části oken (sklo..)
0,13
7,69
Vnitřní povrch oken se sníženým přenosem tepla sáláním nebo prouděním
0,20
5,0
Povrch
Vnější povrch obecně
Součinitel tepelné vodivosti λ [W/m.K] udává hodnotu tepelného toku ve W, který projde krychlí o jednotkové hraně mezi dvěma protilehlými stěnami, mezi nimiž je teplotní rozdíl 1 K, jsou-li ostatní stěny krychle
dokonale izolovány.
Obecně má na hodnotu součinitele tepelné vodivosti látek vliv objemová hmotnost a pórovitost materiálu,
jeho vlhkost, směr tepelného toku, chemické složení a teplota.
Tepelná vodivost materiálů pro okna a LOP je uvedena v příloze A normy ČSN EN ISO 10077-2 [6], tepelná
vodivost ostatních materiálů je uvedena v ČSN 73 0540-3 [3], případně lze vycházet z hodnověrných podkladů výrobců.
Lineární činitel prostupu tepla ψ [W/m.K] vyjadřuje množství tepla ve wattech, které prochází při vzniku
teplotního rozdílu 1 K tepelným mostem o délce 1 m. Lineární činitel prostupu tepla v případě lehkých obvodových plášťů charakterizuje přídavný tepelný tok vlivem napojení výplňových prvků do rámu LOP. Jedná
se o lineární činitel prostupu tepla vlivem zasklení ψg, vlivem napojení neprůhledného panelu ψp a vlivem
osazení okenního rámu ψf.
7.2.2
Okrajové podmínky dle ČSN 73 0540-3
[3]
STAŽENO z www.cklop.cz
Okrajové podmínky značně ovlivňují především výpočet vnitřních povrchových teplot a teplotního faktoru.
Z hlediska výpočtu povrchových teplot a součinitele prostupu tepla se uvažuje s okrajovými podmínkami
www.cklop.cz
45
Ročenka ČKLOP
pro zimní období, z hlediska tepelné stability místností se uvažuje s návrhovými podmínkami pro letní období.
Dodavatel lehkého obvodového pláště není povinen počítat tepelnou stabilitu místností, proto jsou v tomto
textu uvedeny pouze okrajové podmínky pro zimní období.
Exteriér - zimní období:
Návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním období θe se stanoví v závislosti na teplotní oblasti a nadmořské výšce. Teplotní oblasti a tabulka s přehledem návrhových teplot venkovního vzduchu pro vybrané lokality jsou uvedeny v Příloze H normy ČSN 73 0540-3 [3]. V Tabulce č.7.2 jsou uvedeny příklady návrhových
teplot v exteriéru pro vybraná města.
Tabulka č.7.2
- Vybrané teplotní oblasti pro vybrané obce v ČR
Obec
Nadmořská
výška h
[m n. m.]
Teplotní
oblast
Návrhová teplota venkovního vzduchu v zimním
období θe [°C]
Zatížení
větrem
v krajině
Brno
227
2
-15
zvýšené
České Budějovice
384
3
-17
zvýšené
Hradec Králové
244
2
-15
normální
Karlovy Vary
379
3
-17
zvýšené
Olomouc
226
2
-15
normální
Ostrava
217
2
-15
normální
Praha
181
1
-13
normální
Trutnov
428
4
-19
normální
Relativní vlhkost venkovního vzduchu závisí na návrhové vnější teplotě a vztah pro její výpočet je uveden
v ČSN 73 0540-3 [3], pro většinu oblastí je tato hodnota φe = 84%.
Interiér:
Návrhová vnitřní teplota a vnitřní relativní vlhkost se stanoví podle přílohy I normy ČSN 73 0540-3, pokud
nestanoví technický předpis, provozní a technologické podmínky, požadavky projektanta či investora jinak.
Vnitřní relativní vlhkost bývá kritickým místem navrhování lehkých obvodových plášťů a oken z hlediska
vnitřních povrchových teplot konstrukcí. Vnitřní relativní vlhkost se může výrazně lišit od vlhkosti uváděné
v normě. Proto je vhodné na počátku projektu stanovit spolu s investorem pevně dané parametry vnitřního
prostředí, pro něž bude fasáda projektována.
K návrhové teplotě vnitřního vzduchu je třeba připočíst přirážku zohledňující typ budovy a způsob vytápění
Δθai. Výsledná výpočtová teplota θai,u se stanoví:
[°C]
(5)
V Tabulce č.7.3 jsou uvedeny návrhové teploty a relativní vlhkosti vzduchu v zimním období pro vybrané
druhy budov dle přílohy I normy ČSN 73 0540-3.
STAŽENO z www.cklop.cz
46
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
Tabulka č.7.3
- Návrhové teploty a relativní vlhkosti vnitřního prostředí pro vybrané místnosti
Návrhová vnitřní
teplota v zimním
období θe [°C]
Vnitřní relativní
vlhkost Φi
20
50
20
50
20
55
Ordinace
24
50
Pokoje pro nemocné
22
55
20
50
Druh místnosti s požadovaným stavem vnitřního
prostředí
Obytné budovy
Obývací místnosti
Administrativní budovy
Kanceláře, čekárny, zasedací síně, jídelny
Školní budovy
Učebny, kreslírny, rýsovny, kabinety, laboratoře, jídelny
Zdravotnická zařízení
Obchodní stavby
Prodejní místnosti všeobecně
7.2.3
Požadavky dle ČSN 73 0540-2
[2]
Požadavky vychází z té normy, která platila v době, kdy bylo vydáno stavební povolení na daný objekt.
7.2.3.1 Součinitel prostupu tepla
Požadavky na lehké obvodové pláště a okenní výplně jsou uvedeny v národní normě ČSN 73 0540-2
Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky [2]. Požadavek i doporučená hodnota se liší pro okna a lehké
obvodové pláště; požadavek pro součinitel prostupu tepla LOP vychází z poměrné plochy průsvitné výplně
otvoru. Požadavky ČSN 73 0540-2 na součinitel prostupu tepla jsou uvedeny v Tabulce č.7.4.
Tabulka č.7.4
- Požadavek na součinitel prostupu tepla LOP a oken
Součinitel prostupu tepla
UN,20 [W/m2.K]
Popis konstrukce
Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu); jejich kovové
rámy přitom musí mít Uf ≤ 2,0 W/m2.K, ostatní rámy těchto výplní otvorů musí mít Uf ≤ 1,7 W/m2.K.
Lehký obvodový plášť, hodnocený jako smontovaná
sestava včetně nosných prvků, s poměrnou plochou
průsvitné výplně otvoru
fw ≤ 0,50
Požadované
hodnoty
Doporučené
hodnoty
1,7
1,2
0,3 + 1,4 . fw
fw = Aw/A, v m2/m2,
kde A je celková plocha lehkého obvodového pláště
(LOP), v m2;
Aw plocha průsvitné výplně otvoru včetně příslušných částí rámu LOP, v m2;
0,2 + fw
fw > 0,50
0,7 + 0,6 . fw
Rámy LOP by přitom měly mít Uf ≤ 2,0 W/m2.K.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
47
Ročenka ČKLOP
Podle posledního vydání ČSN 73 0540-2 z dubna roku 2007 není pro rámy LOP požadavek Uf ≤ 2,0 W/m2.K
závazný, je to pouze doporučení normy. Pokud to investor nevyžaduje, není nutné Uf prokazovat, nesplnění
doporučení rozhodně není závadou fasády.
Naopak u okenních konstrukcí jsou požadavky na rámy oken pevně dané.
7.2.4
Tepelně technické parametry LOP
Jak již bylo výše popsáno, základním tepelně izolačním parametrem lehkých obvodových plášťů a oken je
součinitel prostupu tepla. V této kapitole jsou popsány dílčí parametry pro výpočet celkového součinitele
prostupu tepla a způsob jejich výpočtu.
7.2.4.1 Přenos tepla
Do výpočtu součinitele prostupu tepla je třeba zahrnout všechny způsoby přenosu tepla. Jsou to:
• přenos tepla vedením (transmise),
• přenos tepla prouděním (konvekce),
• přenos tepla sáláním (radiace).
Všechny druhy přenosu tepla jsou závislé na teplotním spádu uvnitř konstrukce.
K vedení tepla dochází uvnitř látek všech skupenství, nejvýznamnější je uvnitř pevných látek. Přenos tepla
vedením nejvíce záleží na součiniteli tepelné vodivosti λ [W/m.K] materiálu, kterým je konstrukce tvořena.
K proudění a sálání dochází uvnitř kapalin a plynů, k přenosu tepla sáláním může docházet i ve vakuu.
Proudění je jev, kdy dochází k pohybu molekul plynných (popř. kapalných látek) a předávání tepelné energie
mezi molekulami navzájem. Závisí především na rozměrech plynového prostoru.
Sálání je jev, při němž látka vyzařuje do prostoru energii, kterou přijímá jiná látka. Množství vyzařované
i pohlcované energie závisí na teplotách obou látek, na emisivitě jejich povrchů a rozměrech prostoru,
ve kterém k sálání dochází.
U složených stavebních prvků, kde jsou uzavřeny vzduchové konstrukční meziprostory, je tedy třeba zohlednit vliv všech tří energetických mechanismů.
7.2.4.2 Dílčí tepelně-technické parametry
Součinitel prostupu tepla rámu Uf se počítá podle ČSN EN ISO 10077-2 [6] a charakterizuje celkový prostup tepla 1 m2 plochy okenního rámu nebo rámu LOP. Plocha 1 m2 je uvažována při zachování původní
šířky rámu. Šířka rámu má totiž na součinitel prostupu tepla rámu významný vliv. S rostoucí šířkou rámu se
součinitel prostupu tepla snižuje.
Legenda
1
Vnitřní část
2
Střední část
3
Vnější část
STAŽENO z www.cklop.cz
48
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
Z obrázku je patrné, že největší teplotní spád uvnitř rámu se odehrává právě v střední části. Ve vnitřní
i ve vnější části určitý teplotní spád je, ale nedosahuje ani velikosti 1 K. Vnitřní a vnější část rámu proto nemají na výsledný součinitel prostupu tepla rámu podstatný vliv. Střední část rámu je proto někdy nazývána
tepelným mostem rámu. Součinitel prostupu tepla rámu lze nejúčinněji snížit úpravou právě střední části
rámu. Možností je např. vkládání materiálů s nízkou tepelnou vodivostí či dělení vzduchových dutin, apod.
Od července 2007, kdy vstoupila v České republice v platnost ČSN EN 13947 [8], je třeba do součinitele
prostupu tepla rámu LOP zahrnout vliv kotev a šroubů prostupujících střední částí rámu. Jedná se především o šrouby přítlačné lišty u rastrových fasád. Výpočtový postup pro stanovení tepelného vlivu šroubů je
popsaný v příloze C normy ČSN EN 13947 [8].
Šroub je podle ČSN EN 13947 modelován jako průběžný („rozprostřený“) šroub o ekvivalentní tepelné vodivosti λs,eq a tloušťce, která je shodná se skutečným průměrem šroubu. Ekvivalentní tepelná vodivost šroubu
se vypočte podle rovnice (6). Ekvivalentní tepelná vodivost vzduchového prostoru kolem šroubu se vypočte
za předpokladu, že se jedná o jeden souvislý vzduchový prostor (při výpočtu vzduchového prostoru jako
dvou dutin rozdělených šroubem se do výpočtu vnáší chyba).
[W/m.K]
kde
ds
λs
ls
(6)
je průměr šroubu;
tepelná vodivost šroubu;
vzdálenost mezi šrouby.
Pro výpočet součinitele prostupu tepla dvojskla, popř. trojskla Ug existuje samostatná norma ČSN EN 673
[7]. Stanoví se podle vzorce (7):
[m2.K/W]
kde
he a hi
ht
(7)
jsou vnější a vnitřní součinitele přestupu tepla, ve W/m2.K;
celkový součinitel prostupu tepla zasklení.
Celkový součinitel prostupu tepla zasklení ht se stanoví obrácením hodnot tepelného odporu všech homogenních vrstev uvnitř izolačního skla a tepelné vodivosti plynového meziprostoru. Tepelná vodivost plynového meziprostoru závisí na emisivitě ohraničujících povrchů, na teplotě uvnitř meziprostoru, na vlastnostech
použitého plynu, na šířce a poloze plynového meziprostoru.
Ke snížení součinitele prostupu tepla zasklení Ug napomohou nejvíce následující úpravy:
• Volba optimální vzdálenosti skel (plynového meziprostoru). Na velikosti plynové dutiny totiž závisí
ekvivalentní tepelná vodivost plynu. Optimální šířka vzduchového meziprostoru je z hlediska součinitele prostupu tepla Ug, lineárního činitele prostupu tepla vlivem zasklení ψg i z hlediska povrchových teplot 16 mm. U vzácných plynů (např. krypton) se optimální tloušťka zasklení liší.
• Použití vzácného plynu v meziprostoru mezi skleněnými tabulemi. Běžně používaným plynem
je argon, nejlepší tepelně izolační vlastnosti má z používaných plynů krypton. Krypton se však
používá při tloušťce plynového meziprostoru 10-12 mm, což vede ke snížení povrchových teplot
a ke zvýšení lineárního činitele prostupu tepla ψg.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
49
Ročenka ČKLOP
• Snížení emisivity povrchu skel ohraničujících plynový meziprostor. Nízkoemeisivní (low-E) vrstva
se nejčastěji nanáší na jeden vnitřní povrch. Low-E vrstva může být nanesena na oba vnitřní
povrchy, ale snížení Up ve srovnání s dvojsklem s jednou low-E vrstvou už není výrazné a z ekonomických důvodů se většinou neprovádí.
• Poloha dvojskla. Nejnižší součinitel prostupu tepla má dvojsklo ve vertikální poloze, při naklonění
zasklení o 45° se Ug zvyšuje přibližně o 43%, v horizontální poloze je Ug o 59% vyšší, což bylo
prokázáno i měřením.
Součinitel prostupu tepla panelu Up se spočítá v souladu s ČSN 73 0540-4 [4] podle vzorce (3).
Součinitel tepelné vodivosti neprůhledné části by měl splňovat požadavek pro součinitel prostupu tepla
lehkých stěn U = 0,30 W/m2.K.
Pro neprůhledné panely LOP se jako tepelná izolace používají nejčastěji minerální vlákna. Používají se také
panely z polyuretanové pěny, která má přibližně o čtvrtinu nižší tepelnou vodivost než minerální vlákna.
S PUR panely je možné dosáhnout nižší tloušťky neprůhledné části.
např. 26 mm
Poměrně novým trendem jsou tzv. vakupanely. Jejich tloušťka odpovídá tloušťce dvojskla a díky vakuové
izolaci lze při této tloušťce dosáhnout součinitele prostupu Up ≤ 0,3 W/m2.K.
Vakuový izolant
Al, Sklo, Keramika, atd.
Al nebo Fe plech, atd.
Speciální rámeček
Řez panelem VAKUPANEEL®, který při tloušťce 26 mm
je schopen nahradit klasické řešení s panelem s minerální vatou tloušťky 140 mm
Vzduchotěsná folie
Příklad řešení s výplní VAKUPANEEL® a běžně používaný izolační panel
VAKUPANNEL
Běžné řešení izol. panelu
Lineární činitel prostupu tepla ψ vyjadřuje boční tepelnou vazbu v místě spojení dvou plošných konstrukcí.
V lehkých obvodových pláštích se vyskytují následující lineární činitele prostupu tepla.
• Lineární činitel prostupu tepla vlivem zasklení ψg vyjadřuje boční tepelný tok v místě uložení zasklení do rámu okna či LOP. ψg lze zanedbat pouze v případě, že je jako zasklení použito jednoduché sklo. V největší míře ho ovlivňuje použitý distanční rámeček, tedy tepelná vodivost použitého
materiálu. Dalšími parametry, které mají na ψg vliv, jsou hloubka uložení dvojskla do rámu, tloušťka
vrstvy primárního i sekundárního tmelu i druh použitého tmelu, šířka použitého dvojskla, šířka
plynového prostoru uvnitř dvojskla, apod.
Tabulka č.7.5 ukazuje přehled lineárních činitelů prostupu tepla vlivem zasklení pro dva typy rámů: okenní
STAŽENO z www.cklop.cz
50
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
systém Schueco RS 75 SI a fasádní systém Schueco FW 60+.
U obou systémů byly provedeny výpočty lineárního činitele prostupu tepla vlivem uložení dvojskla při použití
různých distančních rámečků. Ostatní parametry zůstaly zachovány. U všech distančních rámečků byl použit
primární tmel z butylu tloušťky přibližně 0,25 mm, sekundární tmel z polysulfidu tloušťky přibližně 2,5 mm.
Detaily byly modelovány v souladu s normou ČSN EN ISO 10077-2 [6]. Výpočet by proveden v programu
pro 2D výpočty teplotního pole Flixo 5.
Okenní systém Schueco RS 75 SI
• Dvojsklo 6 - 16 - 6
• Hloubka založení dvojskla 14 mm
Fasádní systém Schueco FW 60+
• Dvojsklo 5.5.2 - 16 - 10
• Hloubka založení dvojskla 14 mm
Fasádní systém Schueco FW 60+
Okenní systém Schueco RS 75 SI
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
51
Ročenka ČKLOP
Tabulka č.7.5
- Přehled lineárních činitelů prostupu tepla vlivem zasklení pro různé typy distančních rámečků udávaných výrobci
Lineární činitel prostupu tepla ψg
[W/m.K]
Materiál
Tepelná
vodivost
[W/m.K]
hliník
160
Ferrotech
ocel
50
0,104
0,119
Chromatec
nerezová ocel
17
0,093
0,107
Chromatec Plus
nerezová ocel Cr - Ni
14,3
0,069
0,078
TGI *
hliníková folie / plast
160 / 0,19
0,092
0,106
TGI-W *
nerezová folie / plast
20 / 0,19
0,059
0,067
Swisspacer
hliníková folie / kompozit
14,3 / 0,19
0,090
0,104
Swisspacer V
nerezová folie / kompozit
14,3 / 0,19
0,056
0,064
Thermix
nerezová folie / plast
14,6 / 0,23
0,057
0,065
Typ rámečku
ALU
OKNO SCHUECO
RS 75 SI
FASÁDNÍ SYSTÉM
SCHUECO FW 50+
0,114
0,130
* Pozn.: Hodnoty tepelné vodivosti jsou převzaty z článku Warm Edge Profil TGI: TGI reakce 10/2006 vydaného firmou Rover [10].
Zde jsou uvedeny hodnoty tepelné vodivosti použitého plastu a nerezové folie, které se liší v normových hodnotách a hodnotách
změřených ve zkušebně IFT Rosenheim. Změřené hodnoty jsou nižší a bylo s nimi uvažováno ve výpočtu lineárního činitele prostupu
tepla vlivem zasklení.
Volba použití konkrétního typu distančního rámečku není ovlivněna pouze tepelně technickým hlediskem.
Prvotní funkce distančního rámečku je vytvoření požadované šířky vzduchového meziprostoru mezi skly.
Musí tedy být dostatečně pevný, aby byl schopen přenášet veškerá mechanická namáhání. S rozvojem použití vzácných plynu jako výplně meziskelního prostoru je důležitou funkcí distančního rámečku parotěsnost.
Ta bývá zajištěna utěsněním napojení skel na rámeček primárním, nejčastěji butylovým tmelem.
Plastové distanční rámečky mají sice nižší tepelnou vodivost, ale z hlediska mechanického namáhání nemohou být použity na tabule dvojskel větších rozměrů.
Velký vliv na funkčnost dvojskla má také ohýbání, resp. spojování distančních rámečků. Pro správnou funkci
dvojskla je výhodnější, je-li rámeček v rozích zahnutý. Distanční rámečky Swisspacer a Swisspacer-V ohýbat nelze a v rozích se spojují vložením speciálního rohového profilu. Tento spoj je nevýhodný z hlediska
parotěsnosti a vzniká nebezpečí, že ze skla bude v průběhu jeho užívání unikat výplň ze vzácného plynu.
Naproti tomu kovové rámečky i další plastové rámečky lze v rozích ohýbat, což je z hlediska zachování plynové výplně uvnitř dvojskla výhodnější.
•
Lineární činitel prostupu tepla vlivem napojení neprůhledného panelu ψp vyjadřuje vzájemné tepelné
působení mezi rámem a neprůhledným panelem. Záleží na skladbě neprůhledného panelu a na způsobu jeho upevnění do rámu.
•
Lineární činitel prostupu tepla vlivem napojení okenního rámu ψf vyjadřuje vliv bočního tepelného toku
mezi okenním rámem a rámem LOP. Hodnota ψf je nejvíce ovlivněna materiálem, který je ke spojení
obou profilů použit. I v tomto případě záleží na hloubce uložení přídavného profilu.
Orientační hodnoty výše uvedených lineárních činitelů prostupu tepla jsou uvedeny v příloze B normy ČSN
EN 13947 [8].
STAŽENO z www.cklop.cz
52
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
7.2.5
Výpočet součinitele prostupu tepla oken a LOP
Pro výpočet součinitele prostupu tepla oken a LOP existují rozdílné metodiky.
7.2.5.1 Výpočet součinitele prostupu tepla oken Uw dle ČSN EN ISO 10077-1 [5]
Výpočet se použije pro celé okno, popř. okenní sestavu. Jedná-li se o pásové okno, vybere se pro výpočet
opakující se část okenní sestavy.
Součinitel prostupu tepla jednoduchého okna se vypočítá ze vztahu (8):
[W/m2.K]
(8)
Pro kombinaci zasklené a neprůhledné výplně se hodnota Uw vypočítá ze vztahu (9):
[W/m2.K]
(9)
Ve výpočtu se použijí dílčí tepelně technické parametry popsané v odst. 7.2.4.
7.2.5.2 Výpočet součinitele prostupu tepla LOP dle ČSN EN 13947 [8]
Pro výpočet je nutné nejprve zvolit charakteristický výsek fasády, který reprezentuje celý LOP. Charakteristický výsek fasády je volen tak, aby zahrnoval opakující se části lehkého obvodového pláště.
Pokud je fasáda různorodá a jednotlivé prvky se opakují například pouze v jenom konkrétním podlaží, je
nutné zvolit charakteristický výsek fasády tak, aby v něm byly zahrnuty všechny prvky. V tomto případě by
měl charakteristický výsek fasády výšku celé fasády.
7.2.5.2.1 Výpočetní metody
Podle ČSN EN 13947 [8] existují dvě rozdílné metody výpočtu: metoda celkového hodnocení a metoda
hodnocení po částech. Obě tyto metody vedou ke stejným výsledkům součinitele prostupu tepla lehkého
obvodového pláště Ucw.
Přesný postup pro výpočet součinitele prostupu tepla LOP je popsán v ČSN EN 13947 [8]. V tomto textu je
popsán jen základní princip výpočtu Ucw.
Metoda celkového hodnocení je založena na stanovení součinitele prostupu tepla plošných konstrukcí
a součinitele prostupu tepla tepelné vazby. Z jednotlivých součinitelů prostupu tepla je potom stanoven
vážený průměr. Místo součinitele prostupu tepla tepelné vazby může ve výpočtech figurovat lineární činitel
prostupu tepla tepelné vazby.
Tepelná vazba je definována jako prvek, který vzájemně spojuje dvě plošné konstrukce. Je to tedy sloupek,
příčník, okenní rám či kombinace okenního rámu s rámem lehkého obvodového pláště spojující zasklení
a neprůhledné panely.
Tato metoda spočívá ve výpočtu celkového tepelného toku prostupujícího danou konstrukcí. Z tepelného
toku se pak dopočítají charakteristiky tepelných vazeb konstrukce.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
53
Ročenka ČKLOP
Metoda celkového hodnocení za použití součinitele prostupu tepla tepelné vazby UTJ:
Součinitel charakteristického výseku LOP se stanoví podle vztahu (10):
[W/m2.K]
(10)
přičemž plochy Ag, Ap, ATJ jsou plochy zasklení, neprůhledných panelů a tepelných vazeb. Dohromady tvoří
tyto dílčí plochy plochu charakteristického výseku fasády.
Metoda celkového hodnocení za použití lineárního činitele prostupu tepla tepelné vazby ψTJ:
Součinitel charakteristického výseku LOP se vypočítá podle rovnice (11):
[W/m2.K]
(11)
přičemž Acw je celková plocha charakteristického výseku lehkého obvodového pláště a stanoví se jako
součet všech dílčích ploch Ag* a Ap*;
lTJ
ψTJ
je délka tepelné vazby;
je lineární činitel prostupu tepla tepelné vazby.
Metodu celkového hodnocení lze použít pro všechny typy lehkých obvodových plášťů. Je vhodná při stanovení součinitele prostupu tepla již vyprojektované fasády, nedochází potom k nepřesnostem vlivem zaokrouhlování jednotlivých lineárních činitelů prostupu tepla. Je však nutné spočítat veškeré detaily charakteristického výseku, tedy spočítat jeden druh rámu několikrát, pokud jsou napojované plošné konstrukce
odlišné po délce rámu. Obecně je však tato metoda rychlejší a přesnější oproti metodě hodnocení po
částech.
Při použití metody hodnocení po částech je třeba stanovit tepelně izolační vlastnosti jednotlivých prvků fasády. Celkový součinitel prostupu tepla se stanoví jako vážený průměr součinitele prostupu tepla jednotlivých
prvků, figurují zde i lineární činitele prostupu tepla v místě napojení zasklení a panelů do rámových profilů
a okenních rámů a lineární činitele prostupu tepla vlivem osazení okenních výplní do konstrukce lehkého
obvodového pláště Ψf.
Tato metoda nemá univerzální použití, s jejím použitím lze hodnotit pouze modulové a rastrové systémy
a systémy suchého zasklívání. Není vhodná pro hodnocení strukturálně lepených zasklení, dvojité fasády,
fasády s provětrávaným obkladem a zasklení s protmelenou spárou. Z hlediska uživatele je tato metoda
vhodná především v případě, že se součinitel prostupu tepla charakteristického výseku fasády počítá ve fázi
návrhu lehkého obvodového pláště. Součinitele prostupu tepla sloupků, příčníků a okenních rámů se dají
převzít z hodnot uváděných výrobci. Lineární činitele prostupu tepla vlivem zasklení, napojení oken na sloupky a příčníky a lineární činitele prostupu tepla napojení panelu mohou být pro předběžný výpočet převzaty
z ČSN EN 13947 [8]. Při použití metody hodnocení po částech je znám součinitel prostupu tepla jednotlivých
rámu. Do dubna roku 2007 muselo být deklarováno, že rámy LOP splňují požadavek Uf ≤ 2,0 W/m2.K, proto
byla tato metoda výhodná. Dnes se již součinitel prostupu tepla rámů Uf dokládat nemusí, proto je tato metoda pro již projektované fasády méně vhodná z důvodu časové náročnosti a možnosti zkreslení výsledků.
STAŽENO z www.cklop.cz
54
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
Tato metoda je založena na stejném principu jako výše popsaná metoda pro výpočet součinitele prostupu
tepla oken Uw a výpočet součinitele prostupu tepla LOP Ucw je vyjádřen rovnicí (12):
[W/m2.K]
kde
Ug, Up
Uf, Um, Ut
Ψf,g, Ψm,g, Ψt,g, Ψp
Ψm,f, Ψt,f
(12)
jsou součinitele prostupu tepla zasklení a panelů;
součinitele prostupu tepla okenních rámů, sloupků, příčníků;
lineární činitele prostupu tepla způsobené vlivem kombinovaných
tepelných efektů v místě spojení zasklení či panelů a okenních rámů,
sloupků a příčníků;
lineární činitele prostupu tepla způsobené vlivem kombinovaných
tepelných efektů v místě spojení okenních rámů a sloupků a příčníků;
Plocha lehkého obvodového pláště se stanoví výpočtem podle rovnice (13):
[m2]
kde
7.2.6
Acw
A
Ap
Af
Am
At
(13)
je plocha charakteristického výseku lehkého obvodového pláště;
celková plocha zasklení;
celková plocha panelů;
celková plocha okenních rámů;
celková plocha sloupků;
celková plocha příčníků.
Napojení oken a LOP na stavební konstrukce
V ČSN 73 0540-2 jsou uvedeny požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla tepelných vazeb mezi konstrukcemi. Proto je třeba navrhovat detaily napojení okem a LOP na stavební konstrukce tak, aby byly tyto požadavky splněny. Požadavky na minimální lineární činitel prostupu tepla v souvislosti
s výplněmi otvorů jsou uvedeny v Tabulce č.7.6.
Dodavatel okenních výplní je povinen navrhnout takový připojovací detail, který splní uvedené požadavky.
Tabulka č.7.6 - Požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla Ψk,N tepelných vazeb mezi konstrukcemi dle
ČSN 73 0540-2
Lineární činitel prostupu tepla
Ψk,N [W/m.K]
Typ lineární tepelné vazby
Požadované
hodnoty
Doporučené
hodnoty
Vnější stěna navazující na výplň otvoru, např. okno, dveře, vrata
a část prosklené stěny v parapetu, bočním ostění a v nadpraží
0,10
0,03
Střecha navazující na výplň otvoru, např. střešní okno, světlík,
poklop výlezu
0,30
0,10
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
55
Ročenka ČKLOP
Při výpočtu lineárního činitele prostupu tepla tepelné vazby lze postupovat následujícím způsobem:
• Stanovit součinitel prostupu tepla rámu Uf (místo skla je použit tepelně izolační materiál
s λ ≤ 0,035 W/m.K).
• Namodelovat celý detail napojení výplňového prvku na stavební konstrukci, místo zasklení opět
použít tepelný izolant.
• Stanovit tepelný tok detailu Φ, z ní spočítat tepelnou propustnost 2D modelu L dle vzorce (14):
[W/m.K]
(14)
kde θi a θe jsou teploty vnitřního a vnějšího prostředí.
• Z hodnoty tepelné propustnosti spočítat dle vzorce (15) lineární činitel prostupu tepla Ψk.
[W/m.K]
kde
Up
Uf
Us
bp
bf
bs
(15)
je součinitel prostupu tepla tepelné izolace, ve W/m2.K;
je součinitel prostupu tepla rámu, ve W/m2.K;
je součinitel prostupu tepla stěny, ve W/m2.K;
je šířka tepelné izolace, v m;
je šířka profilu, v m;
je šířka stěny, v m.
V následujícím textu jsou uvedeny příklady napojení okna na obvodovou stěnu. Je uveden příklad hliníkových oken, která jsou napojena na stěnu s provětrávanou vzduchovou vrstvou a kamenným obkladem.
STAŽENO z www.cklop.cz
56
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
7.2.6.1 Okna umístěná v líci vnější fasády
Hrana okna je ve stejné rovině jako vnější hrana fasády. Okna jsou pomocí ocelových plechů předsazena
před úroveň tepelné izolace. Je třeba rám okna izolovat, např. pomocí tepelné izolace z extrudovaného
polystyrenu způsobem, jakým je detail řešen v uvedeném příkladu. Je třeba dbát na to, aby byly zachovány
minimální rozměry větrané vzduchové vrstvy a vstupních a výstupních otvorů. Šířka větrané vzduchové vrstvy
by měla být alespoň 30 mm.
Na obrázcích je pro ilustraci použit okenní systém Schueco AWS 75 SI.
Obrázek č.7.1
- Příklad řešení napojení okna na vnější líc fasády
Součinitel prostupu tepla rámu AWS 75 SI byl spočítán Uf = 1,7 W/m2.K.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
57
Ročenka ČKLOP
Obrázek č.7.2 - Výpočtový 2D model posuzovaného detailu
Vypočítaný tepelný tok detailu je Φ = 14,843 W/m.K. Součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí
a jejich šířky jsou uvedeny v Obrázku č.7.2.
Dle rovnic (14) a (15) byl spočítán lineární činitel prostupu tepla tepelné vazby Ψk = 0,047 W/m.K.
STAŽENO z www.cklop.cz
58
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
7.2.6.2 Okna umístěna v úrovni tepelné izolace
Okenní výplně jsou v tomto případě umístěny na úroveň tepelné izolace. Je opět třeba dodržet zásady pro
bezchybnou funkci větrané vzduchové vrstvy.
Obrázek č.7.3
- Příklad řešení napojení okna na stěnu v úrovni tepelné izolace
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
59
Ročenka ČKLOP
Obrázek č.7.4 - Výpočtový 2D model posuzovaného detailu
Vypočítaný tepelný tok detailu je Φ = 13,91 W/m.K. Součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí
a jejich šířky jsou uvedeny v Obrázku č.7.2.
Dle rovnic (14) a (15) byl spočítán lineární činitel prostupu tepla tepelné vazby Ψk = 0,022 W/m.K.
STAŽENO z www.cklop.cz
60
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
7.3
Vnitřní povrchová teplota, teplotní faktor
7.3.1
Vlhkost vzduchu
Atmosférický vzduch je vždy směs dvou složek, suchého vzduchu a vodní páry, která se nazývá vlhký
vzduch.
Množství vodní páry obsažené ve vzduchu lze vyjádřit několika způsoby, nejdůležitější jsou pojmy absolutní
a relativní vlhkost.
Absolutní vlhkost [g/m3, kg/m3] vyjadřuje hmotnost vodní páry obsažené v 1 m3 vzduchu. Vzduch může
pojmout pouze určité množství vodní páry, které závisí na teplotě vzduchu. Obecně platí, že s klesající
teplotou klesá schopnost vzduchu pojmout vodní páru. Čím je vyšší teplota vzduchu, tím se zvyšuje schopnost vzduchu pojmout vodní páru. V tabulce je uvedeno absolutní vlhkost nasyceného vzduchu při různých
teplotách.
Tabulka č.7.7 - absolutní vlhkost nasyceného vzduchu v závislosti na teplotě
θe [°C]
-20
3
Vsat [g/m ]
θe [°C]
Vsat [g/m3]
-15
0,88 1,38
12
14
-10
-8
-6
-4
2,13 2,52 2,98 3,51
16
18
20
22
-2
0
2
4
6
8
10
4,13 4,84 5,55 6,34 7,24 8,25 9,38
24
26
28
30
35
40
10,64 12,04 13,60 15,33 17,25 19,37 21,71 24,30 27,14 30,26 39,45 50,92
Relativní vlhkost [-, %] vyjadřuje stupeň nasycení vzduchu vodními parami. Vyjadřuje poměr mezi hmotností
vlhkosti obsaženou ve vzduchu a mezi maximální vlhkostí vzduchu, kterou lze při dané teplotě dosáhnout.
Z uvedeného vyplývá, že vlhkosti vzduchu 10 g/m3 odpovídá při teplotě vzduchu 20°C relativní vlhkost φ.
Určitá relativní vlhkost je nutná pro příjemné vnitřní klima. Jako hygienické minimum je uváděna vnitřní relativní vlhkost 30%. Optimální relativní vlhkost vnitřního prostředí se pohybuje v rozmezí 40 - 50%.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
61
Ročenka ČKLOP
Obrázek č.7.5 - h-x diagram
Na Obrázku č.7.5 je zobrazen h-x diagram, který zobrazuje teplotně vlhkostní chování vzduchu. Pokud je
vzduch ohříván (chlazen), zůstává konstantní jeho měrná vlhkost (hmotnost vodní páry v 1 kg suchého vzduchu) a mění se vlhkost relativní. Pokud je vnitřní vzduch i zvlhčován, zůstává konstantní jeho enthalpie h.
Relativní vlhkost vzduchu je závislá na užívání budovy. Relativní vlhkost v interiéru se nejvíce zvyšuje při
vaření, sušení prádla, odpařováním vodní páry z rostlin, sprchování, apod. Lze ji naopak snížit přívodem venkovního vzduchu, při jeho ohřátí se relativní vlhkost výrazně sníží (viz h-x diagram). Reálně se tedy relativní
vlhkost vnitřního vzduchu liší v závislosti na užívání budovy. Nejvyšší vlhkost lze očekávat u obytných budov
(pokud pomineme bazény, velkokapacitní kuchyně, výrobní haly s vlhkým provozem, apod.). V domácnostech může být běžně vyprodukováno až 10 kg vodní páry za den. Při současném trendu těsných plastových
oken a omezeném větrání z důvodu úspor energií je vnitřní relativní vlhkost uvnitř obytných budov často vyšší
než 50%.
Naopak u administrativních nebo školních budov chybí přirozené zdroje vlhkosti a proto musí být vnitřní
vzduch v zimním období zvlhčován vzduchotechnicky. I poté se však vnitřní relativní vlhkost často pohybuje
na hranici hygienického minima.
Tyto skutečnosti by měly být zohledněny při projektování budovy.
STAŽENO z www.cklop.cz
62
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
7.3.2
Teplota rosného bodu
Teplota rosného bodu významně souvisí s požadavky na vnitřní povrchovou teplotu výplní otvorů.
Z Tabulky č.7.8 je názorné, že množství vodní páry obsažené v plně nasyceném vzduchu klesá zároveň
s klesající teplotou.
Rosný bod je teplota, při které je vzduch plně nasycen vodními parami (dosáhne relativní vlhkosti 100%).
Pokud teplota klesne pod tento bod, dojde ke kondenzaci vodních par.
Tabulka č.7.8
- Teplota rosného bodu v závislosti na teplotě a relativní vlhkosti vzduchu
Teplota
vzduchu t
30%
[°C]
1)
Teplota rosného bodu tr
35%
40%
45%
50%
55%
1)
ve [°C] při relativní vlhkosti
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
30
10,5
12,9
14,9
16,8
18,4
20,0
21,4
22,7
23,9
25,1
26,2
27,2
28,2
29,1
29
9,7
12,0
14,0
15,9
17,5
19,0
20,4
21,7
23,0
24,1
25,2
26,2
27,2
28,1
28
8,8
11,1
13,1
15,0
16,5
18,1
19,5
20,8
22,0
23,2
24,2
25,2
26,2
27,1
27
8,0
10,2
12,2
14,1
15,7
17,2
18,6
19,9
21,1
22,2
23,3
24,3
25,2
26,1
26
7,1
9,4
11,4
13,2
14,8
16,3
17,6
18,9
20,1
21,2
22,3
23,3
24,2
25,1
25
6,2
8,5
10,5
12,2
13,9
15,3
16,7
18,0
19,1
20,3
21,3
22,3
23,2
24,1
24
5,4
7,6
9,6
11,3
12,9
14,4
15,8
17,0
18,2
19,3
20,3
21,3
22,3
23,1
23
4,5
6,7
8,7
10,4
12,0
13,5
14,8
16,1
17,2
18,3
19,4
20,3
21,3
22,2
22
3,6
5,9
7,8
9,5
11,1
12,5
13,9
15,1
16,3
17,4
18,4
19,4
20,3
21,2
21
2,8
5,0
6,9
8,6
10,2
11,6
12,9
14,2
15,3
16,4
17,4
18,4
19,3
20,2
20
1,9
4,1
6,0
7,7
9,3
10,7
12,0
13,2
14,4
15,4
16,4
17,4
18,3
19,2
19
1,0
3,2
5,1
6,8
8,3
9,8
11,1
12,3
13,4
14,5
15,5
16,4
1,3
18,2
18
0,2
2,3
4,2
5,9
7,4
8,8
10,1
11,3
12,5
13,5
14,5
15,4
16,3
17,2
17
-0,6
1,4
3,3
5,0
6,5
7,9
9,2
10,4
11,5
12,5
13,5
14,5
15,3
16,2
16
-1,4
0,5
2,4
4,1
5,6
7,0
8,2
9,4
10,5
11,6
12,6
13,5
14,4
15,2
15
-2,2
-0,3
1,5
3,2
4,7
6,1
7,3
8,5
9,6
10,6
11,6
12,5
13,4
14,2
14
-2,9
-1,0
0,6
2,3
3,7
5,1
6,4
7,5
8,6
9,6
10,6
11,5
12,4
13,2
13
-3,7
-1,9
-0,1
1,3
2,8
4,2
5,5
6,6
7,7
8,7
9,6
10,5
11,4
12,2
12
-4,5
-2,6
-1,0
0,4
1,9
3,2
4,5
5,7
6,7
7,7
8,7
9,6
10,4
11,2
11
-5,2
-3,4
-1,8
-0,4
1,0
2,3
3,5
4,7
5,8
6,7
7,7
8,6
9,4
10,2
10
-6,0
-4,2
-2,6
-1,2
0,1
1,4
2,6
3,7
4,8
5,8
6,7
7,6
8,4
9,2
mezilehlé hodnoty lze stanovit lineární interpolací
Příklad použití: vnitřní teplota: 20°C, relativní vlhkost vzduchu: 50%
=> teplota rosného bodu: tr = 9,27°C
Ke vzniku kondenzace vodních par obsažených ve vzduchu nemusí být vždy ochlazen celý objem tohoto
vzduchu. K orosení vodním kondenzátem dochází též, má-li některá plocha na kontaktu se vzduchem teplotu nižší než je rosný bod (např. okenní výplň).
7.3.3. Okrajové podmínky
Parametry vnitřního a vnějšího prostředí jsou shodně jako při výpočtu součinitele prostupu tepla a jsou
uvedeny v odst. 7.2.2.
Pro výpočet povrchových teplot se použije odlišná hodnota součinitele (odporu) při přestupu tepla hsi, resp.
Rsi na vnitřním povrchu dle ČSN EN ISO 13788 [9]. Hodnoty odporu při přestupu tepla se liší pro neprůhledné konstrukce a okenní výplně a jsou uvedeny v Tabulce č.7.9.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
63
Ročenka ČKLOP
Tabulka č.7.9
- Odpory a součinitele při přestupu tepla na vnitřním povrchu při výpočtu povrchových teplot
Odpor při přestupu
tepla Rs [m2.K/W]
Součinitel přestupu
tepla hs [W/m2.K]
Vnější povrch obecně
0,04
25,0
Vnější povrch stěny s provětrávaným obkladem
0,13
7,69
Vnější povrch stropu s provětrávaným obkladem
0,10
10,0
Vnitřní povrch - okenní konstrukce (zasklení a rámy)
0,13
7,69
Vnitřní povrch - ostatní konstrukce
0,25
4,0
Povrch
7.3.4
Kritická vnitřní povrchová teplota [2]
Riziko vzniku kondenzátu, popř. růstu plísní závisí na vnitřní povrchové teplotě konstrukcí. Na vnitřní povrchovou teplotu konstrukce mají vliv následující parametry:
• teplota venkovního vzduchu,
• tepelně izolační vlastnosti stavebního prvku,
• teplota vnitřního vzduchu.
Kritická vnitřní povrchová teplota θsi,cr [°C] je vnitřní povrchová teplota, při které vnitřní vzduch dosáhne kritické vnitřní povrchové vlhkosti φsi,cr. Je to teplota, při níž dojde ke kondenzaci vodních par (vlhkost 100%
- teplota rosného bodu), popř. vlhkost v konstrukci dosáhne 80% a vznikne riziko růstu plísní na povrchu
konstrukce. Kritická vnitřní povrchová teplota se mění v závislosti na teplotě a relativní vlhkosti vnitřního
vzduchu.
Všechny stavební konstrukce musí mít nejnižší povrchovou teplotu vyšší než je požadavek normy (16).
[-]
(16)
K nejnižším požadovaným povrchovým teplotám se připočítává přirážka zohledňující délku otopných přestávek, vliv lehké stavební konstrukce a u okenních výplní umístění otopných těles pod okny (17).
[-]
(17)
Pro výplně otvorů je kritická teplota rosného bodu, tzn. 100% relativní vlhkost na povrchu konstrukce. Tento
požadavek se vztahuje k rámům, průsvitným i neprůsvitným výplním otvorů (okna, světlíky, dveře) a průsvitné
části lehkého obvodového pláště.
Pro ostatní stavební konstrukce, jako jsou stěny, střechy, stropy, neprůsvitné části lehkého obvodového
pláště apod. je kritická povrchová teplota, při níž konstrukce dosáhne relativní vlhkosti 80%. Při 80% vlhkosti stavebních materiálů již hrozí riziko růstu plísní na povrchu konstrukcí.
Při parametrech vnitřního prostředí θi = 20°C φi = 50% jsou požadavky na vnitřní povrchovou teplotu
následující:
• okna θsi = 8,77°C (přirážka Δ θsi = -0,5°C na umístění otopných těles pod okny)
• stavební konstrukce (těžká) θsi = 13,11°C (přirážka Δ θsi = 0,5°C na tlumené vytápění)
• stavební konstrukce lehká θsi = 13,61°C (přirážka Δ θsi = 0,5°C na tlumené vytápění a přirážka Δ θsi = 0,5 °C pro lehkou stavební konstrukci)
Pro okna a jejich rámy platí požadavek na vnitřní povrchovou teplotu 8,77°C, pro napojení okenního rámu
na stěnu (připojovací spáru) již platí požadavek 13,11°C.
V případě lehkého obvodového pláště platí požadavek 8,77°C pro průsvitné části a jim příslušné rámy, pro
neprůsvitné výplně a příslušné rámy platí požadavek jako pro lehkou stavební konstrukci 13,61°C. Přirážka Δ θsi = 0,5°C pro lehké stavební konstrukce zohledňuje plošnou hmotnost konstrukce ≤ 100 kg/m2
STAŽENO z www.cklop.cz
64
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
a s tím spojenou nízkou tepelnou setrvačnost konstrukce. V místě napojení LOP na stavební konstrukce
pak platí požadavek na vnitřní povrchovou teplotu stavebních konstrukcí těžkých 13,11°C.
Na běžné konstrukci s vlhkostí 50% nesmí dojít ke kondenzaci vodních par. Naopak u objektů s vlhkým
vnitřním prostředím (bazény, průmyslové objekty s vysokou vlhkostí…) je vznik kondenzátu připuštěn. Kritické detaily s rizikem kondenzace vodních par musí být ale vyřešeny tak, aby byl zajištěn odvod kondenzátu
a nebyla ohrožena životnost a funkce konstrukce.
Kritická vnitřní povrchová teplota je od roku 2007 nahrazena teplotním faktorem. V tomto textu byla uvedena
pro názornost, její použití je výhodné při grafickém výstupu průběhu teplot uvnitř konstrukce, především při
průběhu kritických izoterm konstrukcí.
7.3.5
Teplotní faktor
Podle novely ČSN 73 0540-2 z roku 2007 se vnitřní povrchová teplota převádí na teplotní faktor fRsi. Teplotní faktor vyjadřuje vnitřní povrchovou teplotu v závislosti na interiérové θai i exteriérové teplotě θe.
Hodnota teplotního faktoru stavebních konstrukcí musí být vyšší než je hodnota požadovaná ČSN 73 0540-2:
[-]
(18)
Ke kritickému teplotnímu faktoru fRsi,cr se připočítává bezpečnostní přirážka ΔfRsi zohledňující otopné přestávky a v případě výplní otvorů také umístění otopných těles pod okny.
Požadovaná hodnota teplotního faktoru je dána vztahem (19):
[-]
(19)
[-]
(20)
[°C]
(21)
Pro vnitřní povrchovou teplotu θsi a teplotní faktor fRsi platí vztahy (20) a (21):
Pro okenní výplně a lehké obvodové pláště je kritická vlhkost φsi,cr = 100% a kritická vnitřní povrchová
teplota odpovídá teplotě rosného bodu.
Výpočtem dvourozměrného teplotního pole kritického detailu lze stanovit nejnižší povrchové teploty.
Kritickým místem je v případě oken nebo LOP napojení zasklení do rámu. Snížení povrchové teploty je
v tomto bodě způsobeno vyšší tepelnou vodivostí distančního rámečku. Jak již bylo zmíněno v souvislosti
s lineárním činitelem prostupu tepla vlivem zasklení, je třeba používat plastové distanční rámečky.
7.3.6
Příklady průběhů izoterm detaily LOP a oken
Veškeré 2D výpočty jsou provedeny v programu Flixo Professional 5.
7.3.6.1 Porovnání fasádního systému Schueco FW 50+ s vysokou lištou a s nízkou lištou
Na následujících obrázcích jsou porovnány vnitřní povrchové teploty u fasádního systému Schueco 50 FW+
s vysokou a nízkou přítlačnou lištou. U obou detailů jsou použity shodné distanční rámečky TGI-W, stejná je
i hloubka uložení dvojskla dovnitř profilu 13 mm. U profilu s vysokou lištou vycházejí vyšší povrchové teploty
než u profilu s nízkou lištou, ale rozdíl není příliš významný. Profily s nízkou lištou lze používat, ale je třeba
vždy ověřit nejnižší vnitřní povrchové teploty.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
65
Ročenka ČKLOP
Větší vliv má použití nízké lišty na prostup tepla profilem, šroub přítlačné lišty ochlazuje vnitřní část profilu
ve větší míře než u profilu s vysokou lištou.
Obrázek č.7.6 - FW 50+ s vysokou lištou
Obrázek č.7.7 - FW50+ s nízkou lištou
STAŽENO z www.cklop.cz
66
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
7.3.6.2 Strukturální zasklení - porovnání povrchových teplot při použití dvojskla a trojskla
Dále byly porovnány povrchové teploty u strukturálního zasklení s dvojsklem (Ug = 1,1 W/m2.K) a trojsklem
(Ug = 0,7 W/m2.K). U obou typů zasklení byly použity distanční rámečky TGI-W, shodná hloubka uložení
skla do profilu 12,5 mm a tloušťka sekundárního silikonového tmelu 8 mm.
V případě použití dvojskla je vnitřní povrchová teplota 5,2°C (oproti požadavku jsou-li otopná tělesa umístěná pod okny). Naopak při použití trojskla se teplota zvýšila na 11,9°C. Z tohoto výpočtu vyplývá, že strukturální fasády by bylo z hlediska povrchových teplot možné realizovat téměř výhradně za použití trojskel. Další
stránkou věci je součinitel prostupu tepla, z tohoto hlediska jsou strukturální fasády také nevýhodné.
Obrázek č.7.8 - Strukturální zasklení - dvojsklo
Obrázek č.7.9
- Strukturální zasklení - trojsklo
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
67
Ročenka ČKLOP
7.3.6.3 Napojení hliníkových oken na obvodovou stěnu s vnějším provětrávaným obkladem
Detaily napojení oken na obvodovou stěnu je třeba správně navrhnout z hlediska povrchových teplot.
Je třeba, aby byla na rám oken napojena tepelná izolace. V následujícím textu jsou uvedeny příklady řešení
napojení oken na obvodovou stěnu včetně průběhu povrchových teplot.
7.3.6.3.1 Okna umístěná v líci vnější fasády
Okno je řešeno stejným způsobem jako v odst. 7.2.6.1, kde je detail řešen z hlediska lineárního činitele
prostupu tepla tepelné vazby. Posuzovaný detail je uveden na Obrázku č.7.1.
Obrázek č.7.10 - 2D model posuzovaného detailu
STAŽENO z www.cklop.cz
68
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
Obrázek č.7.11 - Průběh teplot posuzovaným detailem
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
69
Ročenka ČKLOP
7.3.6.3.2 Okna umístěna v úrovni tepelné izolace
Pro výpočet povrchových teplot je použit detail napojení okna na obvodovou stěnu z odst. 7.2.6.2. Posuzovaný detail je uveden na Obrázku č.7.3.
Obrázek č.7.12 - 2D model posuzovaného detailu
STAŽENO z www.cklop.cz
70
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
Obrázek č.7.13 - Průběh teplot posuzovaným detailem
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
71
Ročenka ČKLOP
7.3.6.3.3 Vnitřní povrchová teplota v závislosti na použitém distančním rámečku
Vnitřní povrchová teplota v závislosti na druhu použitého distančního rámečku byla opět posuzována pro
okenní systém Schueco RS 75 SI a fasádní systém FW 60+. Ve výpočtu je uvažováno s izolačním dvojsklem se součinitelem prostupu tepla Ug = 1,1 W/m2.K.
Při výpočtu se mění pouze distanční rámečky, ostatní parametry zůstávají zachovány.
Je třeba zdůraznit, že uvedené výsledky platí pouze pro konkrétní modelované případy. Vnitřní povrchová
teplota v místě uložení izolačního dvojskla závisí na řadě parametrů jako je typ a materiál rámu, typ distančního rámečku, použitý primární a sekundární tmel a jejich tloušťky, hloubka uložení skla do profilu, šířka
meziskelního prostoru apod.
Okenní systém Schueco RS 75 SI
• Dvojsklo 6 - 16 - 6
• Hloubka založení dvojskla 14 mm
Fasádní systém Schueco FW 60+
• Dvojsklo 5.5.2 - 16 - 10
• Hloubka založení dvojskla 14 mm
Fasádní systém Schueco FW 60+
Okenní systém Schueco RS 75 SI
STAŽENO z www.cklop.cz
72
Vydáno 11/2008
Ročenka ČKLOP
Požadavky na nejnižší vnitřní povrchové teploty jsou určeny pro okrajové podmínky v interiéru: θi = 20°C
a φi = 50%. Ve výpočtu je uvažováno s návrhovou vnější teplotou θe = -13°C.
Tabulka č.7.10 - Přehled nejnižších povrchových teplot v závislosti na druhu použitého distančního rámečku
Nejnižší vypočítaná vnitřní
povrchová teplota [°C]
Typ
rámečku
Požadovaná nejnižší povrchová teplota
Hodnocení
OKNO
SCHUECO
RS 75 SI
FASÁDNÍ
SYSTÉM
SCHUECO
FW 50+
Otopné těleso
je umístěné
pod oknem
Otopné těleso
není umístěné
pod oknem
ALU
6,7
7,5
8,77
9,77
nevyhoví
nevyhoví
Ferrotech
7,2
8,0
8,77
9,77
nevyhoví
nevyhoví
Chromatec
7,9
8,8
8,77
9,77
nevyhoví
nevyhoví
Chromatec
Plus
9,3
10,5
8,77
9,77
vyhoví
vyhoví
TGI •
8,0
8,9
8,77
9,77
nevyhoví
nevyhoví
TGI-W •
10,0
11,2
8,77
9,77
vyhoví
vyhoví
Otopné těleso
je umístěné
pod oknem
Otopné těleso
není umístěné
pod oknem
Swisspacer
8,2
9,0
8,77
9,77
nevyhoví
nevyhoví
Swisspacer V
10,3
11,4
8,77
9,77
vyhoví
vyhoví
Thermix
10,2
11,4
8,77
9,77
vyhoví
vyhoví
Z výše uvedených výsledků je patrné, že z hlediska povrchových teplot jsou použitelné především plastové
distanční rámečky. U rámečku s kovovou folií platí, že vhodné jsou distanční rámečky s nerezovou folií, hliníkové folie snižují vnitřní povrchovou teplotu. Dále je vhodný distanční rámeček Chromatec Plus.
Uvedené výpočty platí pouze pro modelované systémy. Nejnižší vnitřní povrchové teploty je třeba vždy ověřit
výpočtem.
7.4
Rady pro projektování LOP a oken z hlediska tepelné techniky
• Od počátku projektu mít pevně stanovené okrajové podmínky v interiéru, pokud nejsou okrajové
podmínky uvedeny, je třeba uvažovat s okrajovými podmínkami dle ČSN 73 0540-3.
• Fasádu co nejméně členit, u nadměrně členité fasády hrozí riziko, že nevyhoví požadavkům
na součinitel prostupu tepla.
• Používat „teplé“ distanční rámečky, vždy je však nutné ověřit povrchové teploty.
• Strukturální zasklení s dvojsklem ve většině případů nevyhoví požadavkům tepelné techniky.
• Bodová fasáda může být kvůli svým tepelně technickým vlastnostem použita pouze tam, kde
nejsou vysoké nároky na parametry vnitřního prostředí - nákupní centra, stanice metra apod.
7.5
Projektová a realizační odpovědnost
Požadované parametry oken nebo lehkého obvodového pláště definuje projektant v projektu. Dodavatel
těchto konstrukcí je povinen zadané parametry splnit.
Dodavatel oken a lehkých obvodových plášťů je povinen dodat takovou konstrukci, která splní požadavek
na součinitel prostupu tepla a minimální vnitřní povrchovou teplotu. Zároveň musí navrhnout takový připojovací detail výplně otvoru, který splní požadavek na lineární činitel prostupu tepla a minimální vnitřní povrchovou teplotu.
STAŽENO z www.cklop.cz
www.cklop.cz
73
Ročenka ČKLOP
Generální projektant stavby je povinen zajistit ostatní tepelně technické vlastnosti celé konstrukce, v souvislosti s výplněmi otvorů je to především:
• lineární činitel prostupu tepla ψ vlivem napojení LOP či okna na obvodovou konstrukci,
• teplotní faktor v místě napojení LOP či okna na obvodovou konstrukci,
• průvzdušnost obálky budovy a výměna vzduchu v místnostech,
• tepelná stabilita místnosti v letním období,
• prostup tepla obálkou budovy,
• výpočet potřeby tepla na vytápění dle ČSN EN ISO 13790 zahrnující ztráty prostupem, ztráty
větráním, vnitřní zisky, solární zisky, vliv otopné soustavy apod.
Pro tyto účely musí dodavatel LOP doložit následující parametry:
• součinitel prostupu tepla LOP či okna,
• průvzdušnost funkčních spar oken,
• parametry použitého skla pro výpočet solárních zisků a denního osvětlení místnosti.
7.6
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
Použitá literatura
ČSN 73 0540-1 (73 0540) Tepelná ochrana budov - Část 1: Terminologie, 2005
ČSN 73 0540-2 (73 0540) Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky, 2007
ČSN 73 0540-3 (73 0540) Tepelná ochrana budov - Část 3: Návrhové hodnoty veličin, 2005
ČSN 73 0540-4 (73 0540) Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody, 2005
ČSN EN ISO 10077-1 (73 0567) Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele
prostupu tepla - Část 1: Zjednodušená metoda, 2007
ČSN EN ISO 10077-2 (73 0567) Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele
prostupu tepla - Část 2: Výpočtová metoda pro rámy, 2004
ČSN EN 673 + A1 + Změna A2 (70 1024) Sklo ve stavebnictví - Stanovení součinitele
prostupu tepla (hodnota U) - Výpočtová metoda, 2003
ČSN EN 13947 (73 0321) Tepelné chování lehkých obvodových plášťů - Výpočet součinitele
prostupu tepla, 2007
ČSN EN ISO 13788 (73 0544) Tepelně vlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků
- Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení kritické povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř
konstrukce - Výpočtové metody, 2002
Rover: Warm Edge Profil TGI: TGI reakce 10/2006
STAŽENO z www.cklop.cz
74
Vydáno 11/2008