Metodika pro odhad teplotního faktoru vnitřního povrchu v oblasti

AT_5_2014_06/2004 ATELIÉR 03.09.14 14:52 Stránka 4
Dokončení
D
okkončení z min
minulého
ulého čísla
číslla
otvorové
výplně na českém
na českém a e
a evropském
trhu
Současné
S
oučasné ot
vorové výplně
vropském tr
hu - VI
METODIKA PRO
METODIKA
PRO ODHAD TEPLOTNÍHO
TEPLOTNÍHO
FAKTORU
F
AKTORU VNITŘNÍHO
V
Ř Í
PO
POVRCHU
OVRCHU
V OBLASTI
V OBL
ASTI Z
ZASKLÍVACÍ
ASKLÍV
VACÍ S
SPÁRY
SP
PÁR
ÁRY
IIng. Roman
ng. Roman Jirák,
Jirák, Ph.D.,
Ph.D., DEC
D
DECOEN
OEN v.o.s.,
v.o.s., [email protected]
[email protected]
problém
Pro
Pro spojnici trendu
trendu již není
n
problém stanovit
stanovit rovnici
rovnici regrese.
regrese. Ta
Ta je matematickým
matematickým vyjádřením
vyjádřením
závislosti
závislosti teplotního
teplotního faktoru
faktoru
o vnitřního
vnitřního povrchu
povrchu na hloubce
na hloubce uložení
uložení zasklívací
zasklívací jednotky,
jednotky, která
která plaplatí pro
rámečku
pro danou kombinaci distančního
d
rámečku a druhu
a druhu okenního
oke
enního rámu.
rámu. Míru
Míru přesnosti
přesnosti spojnice
spojn
nice
a její
a její rovnice
rovnice určuje
určuje tzv.
tzv. koeficient
koeficient spolehlivosti
spolehlivosti R zobrazený
zobrazen
e ý v grafu
v grafu pod rovnicí.
rovnicí. Čím
Čím více
více se
hodnota blíží 1, tím je rovnice
rovnice přesnější.
přesnější. Jak je vidět,
vidět, rovnice
rovn
nice jsou zatížené
zatížené minimální chybou.
chyb
bou.
Pro
Pro takovýto
takovýto případ
případ je i určitá
i ur
u čitá malá nepřesnost
nepřesnost žádoucí, protože
p otože pak mohou být
pr
být křivkou
křivkou elimieliminovány
novány určité
určité malé odchylky,
odchylky, které
které vznikly
vznikly nepřesností
nepřesností výpočtů
výpoč
ý
tů (např.
(např. problematika
problematika sítě)
sítě) nebo
nebo
zaokrouhlováním
zaokrouhlováním postupných
postup
pných výsledků.
výsledků. Pro
Pro ověření
ověření přesnosti
přesn
nosti rovnice
rovnice byl
byl proveden
proveden následující
následu
ující
příklad:
příklad:
Validace
V
alidace metodiky
metodiky
Zdali
Zdali odvození
odvození teplotního
teplotníh
ho faktoru
faktoru vnitřního
vnitřního
povrchu
po
vrchu dle předcházející
předcházejícíí metodiky,
metodiky, která
která vyvychází ze
ze tří
tří hlavních
hlavních faktorů,
faktorů
o , je možné
možné použít
v praxi,
praxi,
axi je nutné ověřit
ověřit její
je
ejí validací.
validací. Ta
Ta může
může
odhalit,, zdali
odhalit
zdali je použití dru
druhu
uhu rrámu,
ámu, druhu distančního rámečku
rámečku a hloubky
a hloub
bky uložení
uložení zasklívací
zasklívací
jednotkyy jako majoritních
jednotk
majoritních
h faktorů
faktorů dostačující
pro
pr
o odhad povrchové
povrchové teploty.
teplo
oty. Pro
Pro vvalidaci
alidaci byla
byla
zzvolena
volena skupina
skupina profilů
profilů pohybujících
po
ohybujících se na evna evrropském
opském tr
trhu,
hu, avšak
avšak odliš
odlišných,
ných, než byly
byly poupoužit
předešlých případech.
případecch. Příkladný
Příkladný výkres
výkres
žityy v předešlých
pr
ofilu a jeho grafický
grafický výstup
výstup z dvourozměrdvourozměrprofilu
n
ých výpočtů
výpočtů v programu
v programu Flixo
Flixo jsou zobrazeny
zobrazeny
ných
na následujícím obrázku
obrázku č 3. Výsledky
Výýsledky dvoudvourrozměrných
ozměrných výpočtů
výpočtů v porovnání
po
orovnání s vvýsledky
ýsledky
vvypočtenými
ypočtenými dle předcházející
předcházející metodiky
metodiky shrshrnuje následující tabulk
č. 4.
tabulkaa č.
· pro
pro závislost
závislost mezi hloubkou
hlou
ubkou uložení
uložení a teplotním
a teplotním faktorem
faktorem
e byla
byla stanovena
stanovena následující rovnice
rovn
nice
závislosti,
závislosti, kde x [mm] je
e hloubka
hloubka uložení
uložení zasklívací
zasklívací jednotky.
jedno
otky. Pro
Pro ověření
ověření dosadíme hloubku
hloubk
bku
uložení
uložení 16 mm, 19 mm a 23
mm.
Výsledky
tabulce
Výsledkky a jejich porovnání
porovnán
ní jsou zaneseny
zanesen
nyy v následující
tabulcce č.
č. 2:
Obrázek č.
Obrázek
č. 3 příkladný
příkladn
ný výstup
výstup
up vvýpočtu
výp
ýpočtu a pr
a profiofilace.
lac
e.
Tabulka
Tabulka č.
č. 2 porovnání
porovnání výsledků
výsledků výpočtu
výpočtu z rovnice
z rovnice a výsledků
a výsledků výpočtu
výpočtu z dvourozměrného
z dvourozměrného teplotního
teplotního pole.
pole.
Rozdíly
Rozdíly mezi vypočteným
vypočteným
ý teplotním
teplotním faktorem
faktorem z rovnice
rovnice a z dvourozměrného
dvourozměrného výpočtu
výpočtu tepteplotního pole jsou pozorovatelné
pozorovatelné až na čtvrtém
čtvrtém desetinném
m místě.
místě. Tato
Tato nepřesnost
nepřesnost je v rámci
rám
mci
tolerance
tolerance zaokrouhlování
zaokrouhlování teplotního
teplotního faktoru.
faktoru. Pro
Pro větší
větší přehled
přeh
hled jsou zde
zde zobrazeny
zobrazeny rozdíly
rozdíly ve °C.
ve °C.
Největší
Největší odchylku
odchylku vykázala
vykázalaa hloubka
hloubka 19 mm. A to
A to pouze
pouze 0,02
2 °C. Z výsledku
Z výsledku příkladů
příkladů lze
lze tvrdit,
tvrditt, že
že
rovnice
rovnice popisuje křivku
křivku s dostatečnou
s dosta
d
tečnou přesností.
přesností. Je tedy
tedy možné
m žné rovnice
mo
rovnice použít při
při odhadování
odhadování
teplotního
teplotního faktoru
faktoru pro
pro danou
dan
nou kombinaci v závislosti
v zá
vislosti na hloubce
na hlou
ubce uložení
uložení zasklívací
zasklívací jednotky.
jednotky.
Hlavním
Hlavním výstupem
výstupem je následující
náásledující tabulka
tabulka č.
č. 3. Zde
Zde je uvedeno
uvede
eno 6 rovnic
rovnic reprezentujících
reprezentujících jednotjedn
notlivé
livé konkrétní
konkrétní kombinace
kombinace druhu okenního rámu
rámu a druhu
a druhu distančního
disstančního rámečku.
rámečku. Za jejich
Za jejich pomoci
pom
moci
je možné
možné stanovit
stanovit odhad teplotního
teplotního faktoru.
faktoru. Ke každé
Ke každé rovnici
rovniici je uveden
uveden i její
i její koeficient
koeficient spolehlispole
ehlivosti.
vosti.
ti Ve velké
Ve velké
lké většině
většině
ětši ě koeficient
k ficien
koe
fi i t přesahuje
přřesahuje
h j hodnotu
h d t 0,999.
0 999. Tato
Tato hodnota
h d t poukazuje
poukkazuje
j na vysokou
na vysokkou
k
přesnost,
danou křivku.
přesnost, kterou
kterou spojnice
spojnice kopíruje
k
křivku.
Tabulka
TTabulk
abulka č.
č. 3 rrovnice
ovnice pro
prro
o odhad
odhad
d
teplotního
teplotního faktoru
ffakt
aktoru vnitřního p
povrchu.
ovrrchu.
Rovnice
R
ovnice kombinací ost
ostatních
tatních sedmi druhů rámečků
rámečků pr
pro
o jednotliv
jednotlivé
é druhy
druhy okenních rámů
rámů nenejsou publiko
publikovány.
Výpočty
distančních
vány. V
ýpočty všech
všech analyzovaných
analyzovaných distančn
ních rrámečků
ámečků a kombinací ostatních
ostatn
ních
faktorů
provést
internetové
aplikaci
faktorů je možné
možné pr
ovésst vve e vveřejné
eřejné in
ternetové aplik
acci na stránkách
stránkách www.decoen.cz/frsi.
www.decoen.cz//frsi.
Ukázka
aplikace
pro
faktoru
vnitřního
povrchu
Ukázka aplik
ace pr
o vvýpočet
ýpo
očet teplotního
teplotního fakt
oru vnitř
ního po
vrchu v oblasti
v oblasti zasklívací
zasklívací jednotky
jedno
otky
na charakteristickém
průřezu
na charakteristickém prů
řezu rámu
rámu je zzobrazena
obrazena na následujícím
na násled
dujícím obrázku
obrázku č.
č. 2 . [6]
4
První
P
rvní ččást
ást ttabulky
abulky o
obsahuje
bsahuj
uje o
označení
značení o
okenního
kenního
p
rofilu aa kombinaci
aktorů ss patřičnou
ovvnicí ododprofilu
kombinaci ffaktorů
patřičnou rrovnicí
vvozenou
ozenou pro
pro o
dhad p
ovrchové tteploty.
eploty. K
e kombiodhad
povrchové
Ke kombin
acím jjsou
sou p
řiloženy vvýsledky
ýsledky jak
jak o
dhadu pomocí
pomocí
nacím
přiloženy
odhadu
rrovnice,
ovnice, ttak
ak i i vvýpočet
ýpočet vve e dvourozměrném
dvourozměrném tteploteplotn
ím p
oli. O
dchylky mezi
mezi vvýpočtem
ýpočtem aa vyvinutou
vyyvvinutou
ním
poli.
Odchylky
m
etodikou jjsou
sou u
místěny vv pravé
části tabulky.
tabulky. NeNemetodikou
umístěny
pravé části
p
řesnost m
etodiky jje
e vv průměru
,87 % aa průměrpřesnost
metodiky
průměru 0
0,87
průměrn
dchylka p
ovrchových teplot
teplot 0
,22 °°C.
C. N
epřesnáá o
odchylka
povrchových
0,22
Nepřesn
osti jjsou
sou zzapříčiněny
apříčiněny p
ředevším o
dlišnou geometgeometnosti
především
odlišnou
rriíií rrámů
ámů aa jejich
konstrukčním řřešením,
ešením, kkteré
teré nejsou
nejsou
jejich konstrukčním
zzahrnuty
ahrnuty vv aanalyzovaných
nalyzovanýcch ffaktorech
aktorech o
vlivňujících
ovlivňujících
p
ovrchovou tteplotu
eplotu vv oblasti
asklívací spáry.
spáry.
povrchovou
oblasti zzasklívací
R
elativně velká
velká přesnost
přesnost metody
metody odhadu
odhadu
Relativně
tteplotního
eplotního faktoru,
faktoru, resp.
resp. vnitřní
vnitřní povrchové
povrchové ttepeplloty
oty vv o
blasti zasklívací
zasklívací spáry
spáry na na charakteristiccharakteristicoblasti
kkém
ém p
růřezu rámu,
rámu, poukazuje
poukazuje n
a skutečnost,
skutečnost,
průřezu
na žže
e aanalyzované
nalyzované faktory
faktory v v předcházející
předcházející kkapitole
apitole
p
ředstavují majoritní
majoritní prvky
prvky mající
mající na vnitřní
na vnitřní popopředstavují
vvrchovou
rchovou teplotu
teplotu vliv.
vliv. Je
Je nutné
nutné však
však podotknout,
podotknout,
žže
e ttyto
yto faktory
faktory nejsou
nejsou jediné,
jediné, které
které danou
danou p
roprob
lematiku o
vlivňují. Existuje
Existuje celá
celá řřada
ada vvedlejších
edlejších
blematiku
ovlivňují.
ffaktorů,
aktorů, které
které díky
díky jejich
jejich velkému
velkému počtu
počtu nelze
nelze
d
o odhadů jednoduše
jednoduše zahrnout.
zahrnout. Jedná
Jedná se
se n
apřído odhadů
napříkklad
lad o
ešení funkční
funkční spáry.
spáry. Zdali
Zdali ffunkční
unkční spára
spára
o řřešení
o
bsahuje středové
středové těsnění,
těsnění, nebo
nebo pouze
pouze doradoraobsahuje
zzové.
ové. Je-li
Je-li u
okenní konstrukce
konstrukce p
oužita
u dřevěné
dřevěné okenní
použita
o
kapnice s přerušeným
s přerušeným tepelným
tepelným mostem,
mostem, nebo
nebo
okapnice
jje
e okapnice
okapnice celá
celá z z hliníku.
hliníku. Zdali
Zdali je
je do do zasklívací
zasklívací
sspáry
páry u
konstrukcí aplikován
aplikován izolační
izolační
u hliníkových
hliníkových konstrukcí
m
ateriál, n
ebo EPDM
EPDM těsnění
těsnění rozdělující
rozdělující dutinu
dutinu
materiál,
nebo
zzasklívací
asklívací spáry
spáry a mnoho
a mnoho dalších.
dalších.
AT_5_2014_06/2004 ATELIÉR 03.09.14 14:52 Stránka 5
Závěr
Cílem bylo aplikovat výsledky předchozích analýz a experimentů a najít mezi nimi matematickou
závislost, pomocí které by bylo možné stanovit
teplotní faktor vnitřního povrchu na okenních konstrukcích v jejich kritických místech a do určité míry
jimi nahradit složité dvourozměrné a trojrozměrné
výpočty. Z validací vyplývá, že jednotlivé metodiky mohou sloužit pro odhad teplotního faktoru
vnitřního povrchu a značně tak v praxi napomoci
projektantům a architektům při výběru otvorových
výplní do daného objektu, ale není možné jimi plnohodnotně nahradit výpočty ve dvourozměrných a trojrozměrných teplotních polích. Z článku
plynou následující hlavní závěry:
Obrázek č. 2 ukázka aplikace pro odhad teplotního faktoru vnitřního povrhu na charakteristickém
průřezu rámu.
Tabulka č. 4 výsledky ověření metodiky pro stanovení teplotního faktoru vnitřního povrchu.
Z validace a míry přesnosti metodiky odhadu
povrchové teploty, resp. teplotního faktoru v oblasti zasklívací spáry na charakteristickém průřezu
rámu je zřejmé, že tímto postupem nelze plnohodnotně nahradit samotné výpočty. Je ji však možné
použít pro stanovení užšího výběru konstrukcí,
které budou vhodné pro zabudování do daného
objektu a může tak být značně nápomocna jednotlivým projektantům. V praxi může napomoci
předejít problémům s narušováním zdravotní a hygienické nezávadnosti obytných prostředí, které se
stále často objevují.
5
· byly vytvořeny rovnice pro odhad teplotního
faktoru vnitřního povrchu fRsi-x na charakteristickém průřezu rámu v zasklívací spáře v závislosti
na hloubce uložení zasklívací jednotky, a to pro
kombinace devíti druhů distančních rámečků
a tří základních materiálů okenních rámů;
· byla vytvořena veřejná internetová aplikace
využívající předcházející výstupy matematicko-numerických simulací a experimentálních
měření dostupná na www.decoen.cz/frsi . Jejím cílem je pomoc při navrhování otvorových
výplní projektantům, investorům, developerům a dalším.
[1] R. JIRÁK, Současné otvorové výplně na českém a evropském
trhu II - Nejkritičtější místa z pohledu kondenzace vodních par
na vnitřním povrchu, Materiály pro stavbu 3/2013, str. 21. - 25.
[2] ČSN 730540-2 : Tepelná ochrana budov Část 3: Návrhové
hodnoty veličin. Praha: ČNI 2005
[3] J. ŠÁLA, Teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi pro ČSN
730540-2, Tepelná ochrana budov, 4/2006
[4] R. JIRÁK, Současné otvorové výplně na českém a evropském
trhu III A – Analýza faktorů ovlivňujících povrchovou teplotu v oblasti
zasklívací spáry, Materiály pro stavbu 4/2013, str. 16. - 19.
[5] R. JIRÁK, Současné otvorové výplně na českém a evropském
trhu III B – Analýza faktorů ovlivňujících povrchovou teplotu v oblasti
zasklívací spáry, Materiály pro stavbu 5/2013, str. 18. - 21.
[6] www.decoen.cz/frsi
Ing. Roman Jirák, Ph.D. (*1982)
je soudním znalcem v oboru stavebnictví se specializací na otvorové výplně a tepelnou techniku lehkých
obvodových plášťů. Absolvoval doktorské studium na
ČVUT Fakultě stavební v Praze. Dva roky pracoval jako
tepelný technik ve společnosti Skanska v závodě
lehkých obvodových plášťů. Po té strávil čtvrt roku
na pracovní stáži v IFT Rosenheim v Německu, kde
se soustředil na simulaci transportu tepla skrz LOP
a otvorové výplně. V současné době řídí společnost
DECOEN v.o.s. zaměřující se na tepelnou techniku
a na snižování energetické náročnosti budov.