5 Tepelná ochrana budov a dřevostavby

Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
5 Tepelná ochrana budov a dřevostavby
5.1 Úvod – širší souvislosti Hlavními úkoly tepelné ochrany budov (stavební tepelné techniky, součásti stavební fyziky) je
přispět ke kvalitnímu vnitřnímu prostředí pro uživatele budov, nízké energetické náročnosti budov i
k zajištění odpovídající životnosti stavebních prvků a konstrukcí. Ke stavební fyzice dále patří
zejména stavební akustika a osvětlení. Požadavky z těchto vzájemně se ovlivňujících oblastí by
měly v ideálním případě všechny být v harmonickém souladu s celkovým architektonickokonstrukčním řešením budov.
V posledních letech se stále více diskutuje o potřebě navrhovat skutečně energeticky úsporné
budovy. V každé souhrnné zprávě o stavebním průmyslu a budovách nalezneme konstatování
mimořádně velkého vlivu budov na spotřebu energie a na životní prostředí vůbec [1]. Např. OECD
považuje v tomto smyslu za klíčové tři oblasti – energetickou náročnost provozování budov
(především s ohledem na produkci CO2), kvalitu vnitřního prostředí v budovách a zacházení se
stavebním a demoličním odpadem. Provoz budov je ve vyspělých zemích zodpovědný za více než
40 % potřeby energie a tomu odpovídající množství emisí CO2.
Potenciál úspor energie a snižování environmentálního zatížení v souvislosti s budovami jsou
lákavé především pro jejich značný rozsah, nezpochybnitelnou dlouhodobost na rozdíl od jiných
oblastí výroby a služeb, skutečnou využitelnost jejich podstatné části již dnes známými a ověřenými
technologiemi, i ekonomickou atraktivnost při využívání alespoň části tohoto potenciálu, a to i při
dnešních cenách energie. K tomuto pohledu se jako významný argument obvykle přiřazuje i výhoda
tvorby nových pracovních míst v souvislosti s výstavbou nových budov a zejména při energetické
obnově budov.
Čím níže se budeme dostávat v deklarované potřebě tepla na vytápění, tím více se budeme muset
zabývat ostatními energetickými potřebami provozu budov a dále uvažovat v obecnějších
souvislostech. Ke konci devadesátých let dvacátého století se z terminologie udržitelného rozvoje
společnosti začínají odvozovat požadavky na výstavbu a objevují se dosud neznámé pojmy
udržitelné výstavby (sustainable construction, sustainable building).
Pro technické řešení budovy můžeme z obecných úvah odvodit snadno srozumitelný dílčí závěr [2],
že je vhodné navrhovat taková řešení budov, aby bylo požadavku nízké energetické náročnosti
dosahováno efektivně, tedy zejména s nízkou investiční náročností a s malou zátěží pro životní
prostředí, po celý životní cyklus budovy. Výsledné energetické vlastnosti budovy lze zpravidla
nejlépe ovlivnit při vytváření celkové koncepce v přípravné fázi projektu, zejména dobrou koordinací
s koncepcí nosné funkce, vytápění a osvětlení budovy. Taková koncepce by měla být
charakterizována mj. vyvážeností objemového a konstrukčně technologického řešení všech
prostorů a konstrukcí, při nejnižší energetické náročnosti budovy.
Nedávno schválená směrnice EU o energetické náročnosti budov (červen 2010) [3] má znamenat
další významný impuls. Po roce 2020 by měly všechny nově stavěné budovy být energeticky nulové
(!) nebo být takovému cíli velmi blízko.
5.2 Tepelná bilance budovy
5.2.1 Základní pojmy
Uvedené nejzákladnější pojmy většinou odpovídají definicím v [4 aj.], kde je možné najít další
upřesnění.
vytápěný prostor – místnost nebo uzavřený prostor vytápěný na požadovanou teplotu
nevytápěný prostor – místnost nebo uzavřený prostor, které není součástí vytápěného prostoru
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-1-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
vytápěná zóna – část vytápěného prostoru s danou požadovanou vnitřní teplotou, uvnitř kterého se
odchylky vnitřní teploty považují za zanedbatelné. Budova se pro účely energetických výpočtů
může skládat z jedné nebo více zón. Pravidla pro takové rozdělení jsou uvedena v [4].
výpočtové období – časový úsek pro výpočet tepelných ztrát a zisků a pro sestavení energetické
bilance budovy. Obvyklým výpočtovým obdobím je jeden měsíc, pro jednoduché domy se výpočty
provádí i pro celé otopné období vcelku.
vnitřní teplota – aritmetický průměr teploty vzduchu a střední sálavé teploty ve středu místnosti
(vnitřní suchá výsledná teplota)
požadovaná teplota – návrhová vnitřní teplota
potřeba tepla na vytápění – teplo, které je třeba dodat vytápěnému prostoru pro zajištění
požadované teploty vytápěného prostoru v daném období při ideální otopné soustavě
potřeba energie na vytápění – tepelná energie, kterou je třeba dodat otopné soustavě pro pokrytí
potřeby tepla
přerušované vytápění – způsob vytápění, při kterém se období normálního vytápění střídá s
obdobími s redukovaným vytápěním (snížení výkonu, vypnutí)
měrný tepelný tok – podíl tepelného toku mezi dvěma teplotními zónami a rozdílu teplot v obou
zónách
měrná tepelná ztráta – podíl tepelného toku z vytápěného prostoru do vnějšího prostředí a rozdílu
teplot mezi nimi
tepelná ztráta budovy – množství tepla odvedeného za danou dobu z vytápěného prostoru do
vnějšího prostředí prostupem tepla a větráním
Poznámka: Definice je tedy principiálně odlišná od dřívějších zvyklostí české technické praxe. Jako
tepelnou ztrátu budovy označovala starší „topenářská“ norma veličinu výkonu ve wattech,
charakterizující maximální potřebný výkon pro návrh otopné soustavy.
ztráta prostupem tepla – tepelná ztráta prostupem tepla obvodovými konstrukcemi a přes
přiléhající zeminu
tepelná ztráta větráním – tepelná ztráta v důsledku odvádění vzduchu z vytápěného prostoru
exfiltrací (únik vzduchu spárami a netěsnostmi obálky budovy) a větráním (cílenou výměnou
vzduchu)
tepelné zisky – teplo vznikající ve vytápěném prostoru nebo vstupující do vytápěného prostoru z
jiných zdrojů, než je otopná soustava a systém ohřevu teplé vody. Obsahují vnitřní tepelné zisky a
solární zisky.
vnitřní tepelné zisky – teplo vznikající uvnitř budovy od osob (citelné metabolické teplo) a od
spotřebičů jiných než je otopná soustava a systém ohřevu teplé vody, tedy osvětlení, domácí
spotřebiče, kancelářské vybavení apod.
solární zisky – teplo vznikající slunečním zářením pronikajícím do budovy okny a pasivními
solárními systémy, jako jsou zimní zahrady, transparentní tepelné izolace a solární stěny
stupeň využití – činitel redukující celkové měsíční nebo sezónní zisky ke stanovení výsledného
snížení potřeby tepla. Charakterizuje praktickou využitelnost tepelných zisků, v průběhu roku se
jeho hodnota mění.
zpětně získané teplo – množství tepla získaného z okolního prostředí nebo z otopné soustavy
nebo systému přípravy teplé vody (včetně pomocného zařízení), pokud není přímo zahrnuto ve
snížení ztrát otopné soustavy
zpětně získané teplo z větrání – teplo získané z odpadního vzduchu
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-2-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
potřeba konečné energie na provoz budovy – množství dodané energie, které je třeba pro
provoz budovy. Obvykle zahrnuje energii na vytápění (případně i chlazení), ohřev teplé vody a
energii na pokrytí tepelných ztrát způsobených vlastním energetickým systémem.
měrný tepelný příkon – odpovídá nejvyššímu potřebnému výkonu tepelného zdroje pro vytápění
budovy za smluvních výpočtových podmínek, vztaženému na podlahovou plochu budovy [3]
potřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů na provoz budovy – výpočtem stanovené
množství primární energie, tedy energie, která musí být přeměněna, aby bylo zajištěno potřebné
množství konečné energie na provoz budovy. Obsahuje přeměnu energie například v elektrárně,
energetické náklady na distribuci energie a další vyvolané energetické náklady. Uplatní se zde
faktor energetické přeměny [2], který je výrazně odlišný podle použitého energetického média.
ekvivalentní emise skleníkových plynů – výpočtem stanovené množství emisí CO2, které jsou
uvolňovány do ovzduší v souvislosti s provozem budovy. Další skleníkové plyny jsou přepočítávány
podle svého účinku na ekvivalenty CO2.
5.2.2 Bilanční schéma
Jednoduché bilanční schéma podle je na obr.1: Ztráta prostupem tepla (QT) a výměnou vzduchu
(QV) musí být kompenzována dodanou energií. Příznivě se zde projeví zpětně získané teplo z
větracího vzduchu (QVr). Dodaná energie se z části skládá z vnitřních tepelných zisků Qg, přesněji
řečeno jejich využitelné části ηQg – od osob (Qm), spotřebičů (Qoa) a proměnlivých pasivních
solárních zisků (QS). Druhá část musí být dodána pomocí otopné soustavy (Qh). Otopná soustava
často také řeší ohřev teplé vody (Qww). Na vstupu do objektu musíme dodat dostatečné množství
energie (Q) tak, abychom kromě skutečné potřeby pokryli i tepelné ztráty technického systému v
důsledku úniků tepla i nevhodné regulace (Qhs). V některých případech můžeme využít i nějakou
zpětně získanou energii z technologických procesů (Qr), například odpadní teplo ve výrobním
areálu. Takovou celkovou bilanci je možné sestavit pro krátký časový úsek, pro jednotlivé měsíce i
pro celý rok. Proporce jednotlivých prvků bilance budou pochopitelně odlišné. Uvedená bilance se
nezabývá chlazením budovy.
Schéma komplexnějšího přístupu k energetické bilanci, kdy se podle typu budovy a potřebné
podrobnosti výsledku volí konkrétní výpočtový postup, je uvedeno na obr.2. Obr.3 naznačuje
rozšíření energetické bilance budovy o environmentální souvislosti zajištění energetických služeb.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-3-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Obr.1 Schéma energetické bilance (podle ČSN EN ISO 13790 [4]). (Číslem 1 je označena budova,
2 příprava teplé vody, 3 otopná soustava se zdrojem tepla a 4 celek)
Obr.2 Schéma pro podrobnější výpočty energetických bilancí budov. Vybírá se mezi jednoduchou
bilanční metodou s měsíčními úseky výpočtu, obdobnou metodou, kdy se v letních měsících dá do
výpočtu zjednodušeně zahrnout i strojní chlazení budovy (je-li požadováno), a výpočtem pro celý
rok s hodinovým krokem výpočtu.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-4-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Schéma rozšířené energetické bilance budovy [5]
energetické služby
Obr.3 Schéma rozšířené energetické bilance budovy
5.2.3 Základní určení tepelných ztrát a tepelných zisků
Při členění tepelných ztrát můžeme pro názornost vycházet ze schématu na obr.4, ať je řešená
budova jakkoli složitá. Tepelné ztráty můžeme rozdělit na ztráty prostupem tepla a ztráty výměnou
vzduchu. Prostup tepla probíhá konstrukcemi přímo, pokud jsou v kontaktu s venkovním vzduchem,
nebo nepřímo, pokud je mezi vytápěným prostorem a exteriérem prostor nevytápěný. Dalším a
složitějším případem je prostup tepla přes zeminu přiléhající k budově. Sem se řadí situace, kdy je
pod vytápěnou budovou jen základová konstrukce na zemině, nevytápěný suterén, otevřený
průlezný prostor i suterén v části nebo zcela vytápěný. Většina těchto výpočtům je vyhrazena
specialistům.
Obr.4 Schématický přehled tepelných ztrát budovy
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-5-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Ztráty prostupem tepla
Měrná ztráta prostupem tepla HT [5] se vypočte podle vztahu:
HT = LD + LS + HU
kde je:
LD
tepelná propustnost obvodovým pláštěm mezi vytápěným prostorem a vnějším prostředím,
LS
ustálená tepelná propustnost přes zeminu,
HU
měrná ztráta prostupem tepla přes nevytápěné prostory.
Před výpočtem měrné ztráty prostupem tepla se musí jednoznačně stanovit vytápěný prostor
posuzované budovy. Ztrátu prostupem tepla uvažujeme na hranicích vytápěného prostoru
(vytápěné zóny). Hranice mezi „podzemní“ částí, zahrnující prostup tepla zeminou, a „nadzemní“
částí budovy, která má přímou tepelnou ztrátu do vnějšího prostředí, jsou podle ČSN EN ISO 13370
[6] stanoveny takto:
• pro budovy s podlahou na terénu, se zvýšenou podlahou a nevytápěným suterénem: rovina
vnitřního povrchu podlahy přízemí,
• pro budovy s vytápěným suterénem: úroveň vnějšího terénu.
Přímý prostup tepla do vnějšího prostředí
Měrná ztráta prostupem tepla obvodovým pláštěm budovy oddělující vytápěný prostor a vnější
vzduch se stanoví podle vztahu:
LD = Σi Ai Ui + Σk ℓk ψk + Σj χj
První člen vztahu (suma) odpovídá prostupu tepla v ploše konstrukcí, druhý člen přídavnému
prostupu tepla v důsledku napojení konstrukcí mezi sebou (lineární tepelné mosty) a třetí člen, který
bývá velmi často ve výpočtech zanedbáván, odpovídá přídavnému bodovému prostupu tepla
(bodovému tepelnému mostu). Energetický vliv lineárního tepelného mostu je objasněn na obr.5.
Ve výše uvedeném vztahu je:
A
plocha prvku i obvodového pláště. Plochy oken a dveří se uvažují rozměry otvoru ve stěně;
Ui
součinitel prostupu tepla prvku i obvodového pláště [W/(m2K)], stanovený podle ČSN EN
ISO 6946 [7] pro neprůsvitné prvky nebo podle ČSN EN ISO 10077-1 [8] pro zasklené
prvky,
ℓk
délka lineárního tepelného mostu k [m],
ψk
lineární činitel prostupu tepla tepelného mostu k [W/(m.K)], převzatý z katalogu nebo
vypočtený podle ČSN EN ISO 10211-1 [9],
χj
bodový činitel prostupu tepla tepelného mostu j [W/K], vypočtený podle [9]
Bodové tepelné mosty, které jsou součástí plošných prvků a již jsou zahrnuty v jejich součiniteli
prostupu tepla, se zde neobjeví. Pokud je hlavní izolační vrstva souvislá bez přerušení a má všude
stejnou tloušťku, mohou být lineární činitele tepelné propustnosti zanedbány, jsou-li použity vnější
rozměry. Hlavní izolační vrstvou je myšlena vrstva s nejvyšším tepelným odporem. Paušální
přirážky na blíže nespecifikovaný vliv tepelných mostů mohou někdy vést k nesprávným závěrům.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-6-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Obr.5 Schéma ke stanovení energetického vlivu tepelné vazby v napojení obvodové stěny a ploché
střechy
Základní hodnoty součinitele prostupu tepla jsou velmi nízké a každá nehomogenita se zde projeví
relativně výrazně více než u konstrukcí dosud obvyklých. Hodnoty lineárních a bodových činitelů
prostupu tepla se stanoví vyhodnocením výpočtů vícerozměrného vedení tepla. K tomu je k
dispozici potřebný software vycházející z mezinárodních norem. Ve výpočtech se vždy pracuje s
vnějšími rozměry konstrukcí. Výpočtové normy umožňují pracovat i s jinou soustavou rozměrů,
například s vnitřními rozměry, výsledek je ovšem na zvolené soustavě rozměrů závislý, což bývá
zdrojem nedorozumění při porovnávání hodnot.
Hodnoty lineárního činitele prostupu tepla pro nároží obvodových stěn bez omezení tepelně izolační
vrstvy mohou být i záporné. Mimořádně pečlivě je třeba přistupovat k volbě odpovídajícího modelu
výpočtu (rozhodnutí, zda se jedná o dvourozměrné nebo obecné trojrozměrné vedení tepla,
rozhodnutí o velikosti posuzovaného výřezu konstrukce, možnosti zjednodušení tvaru i zanedbání
některých vrstev, i o způsobu vyhodnocení výsledků výpočtů). Tyto výpočty mají provádět pouze
specialisté. Spíše výjimečně uvádí hodnoty výrobci stavebních systémů a oken.
Pro určitou orientaci je možné využít publikovaných katalogů obvyklých tepelných mostů. Hodnoty
lineárních činitelů prostupu tepla je možné nalézt v již hotovém katalogu v tištěné nebo elektronické
formě.
Tepelná propustnost přes zeminu
Tepelná propustnost přes zeminu se vypočítá podle ČSN EN ISO 13370 [6]. Zde jsou uvedeny
výpočtové vztahy postihující odlišnou „cestu tepelného toku“ z interiéru do exteriéru přes základové
konstrukce a přiléhající zeminu v konkrétním případě. Ve výpočtu je zohledněn vliv vícerozměrného
vedení tepla při obvodu budovy i případného umístění přídavné tepelně izolační vrstvy při okrajích
základové desky i základových pasů (pro pruhy svisle i vodorovně umisťované izolace).
Několika vztahy se pak nahrazuje jinak potřebný výpočet vícerozměrného vedení tepla. Hrubě
zjednodušený výpočet, využívající korekčního součinitele podle druhu konstrukčního uspořádání
(přítomnost nebo nepřítomnost suterénu apod.) a podle výškového vztahu mezi suterénní stěnou a
okolní zeminou, není pro dobře izolované konstrukce nízkoenergetických domů příliš vhodný.
Tepelná ztráta přes nevytápěné prostory
Měrná ztráta prostupem tepla mezi vytápěným prostorem a vnějším prostředím přes nevytápěné
prostory se stanoví podle vztahu:
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-7-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
HU = Liu b
b=
H ue
H iu + H ue
kde je
Liu
Hiu
Hue
b
tepelná propustnost mezi vytápěným a nevytápěným prostorem [W/K],
měrná tepelná ztráta z vytápěného prostoru do nevytápěného [W/K],
měrná tepelná ztráta z nevytápěného prostoru do vnějšího prostředí [W/K],
redukční součinitel [-], který charakterizuje odlišnost teploty nevytápěného prostoru od
teploty vnějšího prostředí. Hiu a Hue zahrnují tepelnou ztrátu prostupem tepla a větráním,
podrobněji v [5].
Jednodušší postup, kdy se redukční součinitel přímo stanoví z tabulky hodnot podle druhu a
konstrukčního řešení přiléhajícího nevytápěného prostoru, není pro nízkoenergetické domy
zpravidla příliš vhodný.
Tepelné ztráty výměnou vzduchu
Známe-li množství vzduchu, které je z vytápěné místnosti odváděno a na jehož místo je přiváděno
stejné množství vzduchu čerstvého, není obtížné určit tepelnou ztrátu s tím spojenou. Měrná
tepelná ztráta výměnou vzduchu HV [W/K] se stanoví podle vztahu:
HV = ρ · c · V
kde je:
V objemový tok vzduchu [m3/s]
ρ hustota vzduchu [kg/m3],
c měrná tepelná kapacita vzduchu [J/(kg.K)].
Tepelná kapacita vzduchu ρ . c se uvažuje hodnotou 1200 J/(m3K), což odpovídá 0,33 Wh/(m3K).
Množství přiváděného čerstvého vzduchu by mělo odpovídat hygienickým a dalším požadavkům,
účelu místnosti, aktuálnímu obsazení osobami atd. Často se v technické praxi používá hodnota
intenzity výměny vzduchu n [h–1], ta by ovšem měla být chápána jako hodnota odvozená.
Norma [2] požaduje, aby intenzita výměny vzduchu v místnosti n v době, kdy je užívána, splňovala
v zimních podmínkách podmínku:
nN < n < 1,5 nN
kde je:
nN požadovaná intenzita výměny vzduchu v užívané místnosti [h–1], přepočítaná z minimálních
množství potřebného čerstvého vzduchu stanovených v jiných předpisech (směrnicích, vyhláškách,
zákonech).
Pro obytné budovy leží požadovaná intenzita výměny vzduchu, stanovená z minimálních množství
potřebného čerstvého vzduchu obvykle mezi hodnotami nN =0,3 h–1 až nN = 0,6 h–1. Pro pobytové
místnosti se zpravidla požaduje zajistit nejméně 15 m3/h 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 požaduje výměna vzduchu 20 m3/h až 30 m3/h na žáka. V administrativních
budovách se (obvykle) požaduje 50 m3/h na pracovníka. Výměna vzduchu v hygienických
zařízeních se zpravidla uvádí v m3/h vztažených na jednotku zařízení (na sprchu, šatní místo
apod.). Uvedené hodnoty je třeba zajistit v provozní době, obvykle celoročně.
Požadavek současně zajišťuje přiměřenou potřebu energie v důsledku výměny vzduchu v chladné
části roku. Do výměny vzduchu se zahrnou všechny prvky, které zajišťují výměnu vzduchu v
přítomnosti uživatele. Pokud je místnost užívána v prokazatelném pravidelně proměnlivém režimu
(např. koupelny, kuchyně, učebny základní školy), je možné výše uvedenou podmínku posuzovat s
uvážením proměnlivých požadavků na výměnu vzduchu v čase (v denním nebo týdenním cyklu).
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-8-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Pro hodnocení potřeby energie na vytápění, například při dimenzování zdrojů či v energetických
auditech, se celková intenzita výměny vzduchu v budově nebo její ucelené části stanoví jako
vážený průměr podle vzduchových objemů jednotlivých místností. Přitom je možné přiměřeně
uvažovat nesoučasnost obsazení místností.
Norma [2] uvádí i doporučení pro minimální větrání v době nepřítomnosti uživatelů a další
podrobnosti.
Vnitřní tepelné zisky
Značný vliv na celkový výsledek energetické bilance má započítávání vnitřních tepelných zisků. Aby
byly výsledky porovnatelné pro odlišné varianty téže budovy nebo při kontrole splnění
energetického cíle, musí být i přístup k započítávání vnitřních tepelných zisků jednotný.
Protože se v tomto případě jedná o výpočet potřeby tepla na vytápění, měly by být vnitřní tepelné
zisky uvažovány realistickými, spíše nižšími hodnotami, aby nebyl jejich pozitivní příspěvek v
chladné části roku přeceňován. V metodice PHPP [10] pro pasivní domy se současně uplatňují dva
principy:
a) užití jednotných smluvních hodnot (ve W/m2),
b) zjištění co nejpřesnější hodnoty vnitřních zisků podle vybavení elektrickými spotřebiči a jejich
předpokládaného užití v čase. Současně se použijí buď obvyklé (ze statistik vycházející) hodnoty
„standardního obsazení“ (tedy údaje o charakteristické obytné nebo užitkové ploše připadající na
osobu v budově), nebo konkrétní údaje o počtu osob, pro které je dům navrhován.
Obdobný přístup je použit v české metodice publikované v TNI 73 0329 a TNI 73 0330 (kap.5.4).
Protože se v tomto případě jedná o výpočet potřeby tepla na vytápění, měly by být vnitřní tepelné
zisky uvažovány realistickými, spíše nižšími hodnotami, aby nebyl jejich pozitivní příspěvek v
chladné části roku přeceňován.
Pasivní solární zisky
Jedná se o energii, která proniká do interiéru budovy prosklenými plochami v obvodovém plášti
(okny, jinými transparentními plochami, jako jsou zasklení atrií, prosklené plochy zimních zahrad a
dalšími). Pro výpočet jsou zásadní tyto údaje:
• celková plocha A [m2] zaskleného prvku (například okna včetně rámu);
• celková energetická propustnost slunečního záření g [-], která charakterizuje zasklení včetně
případné trvalé sluneční ochrany. Udává podíl energie pronikající skrz zasklení do interiéru
(tabulková hodnota);
• korekční činitel rámu FF [-], podíl průsvitné plochy a celkové plochy okenní konstrukce uvažované
ve výpočtu. Je třeba si uvědomit, že tento poměr se u stejně konstruovaných oken podle jejich
velikosti liší. U velmi malých oken může plocha rámu tvořit například 40 % velikosti okenního
otvoru, u velkých oken třeba méně než 15 %, tomu by pak odpovídaly hodnoty korekčního činitele
rámu FF 0,6 a 0,85;
• korekční činitel stínění FS [-] vyjadřuje vliv okolních budov a dalších vyvýšených objektů a
horizontu. Pro stanovení této hodnoty je rozhodující úhel spojnice posuzovaného okna a horní
hrany stínícího objektu s vodorovnou rovinou. Stínit mohou pochopitelně i konstrukce navrhované
budovy – nadokenní markýzy, boční stínicí žebra apod. Hodnoty jsou uvedeny v tabulkách v [4] a
odpovídajících výpočetních programech. Pozor: Hodnoty mohou být tedy odlišné pro různě
situovaná okna na téže budově;
• korekční činitel clonění FC [-] charakterizuje vliv clonících prostředků na oknech, jako jsou závěsy,
žaluzie apod. Obvyklé hodnoty jsou také uvedeny v tabulce v [4];
• účinná sběrná plocha AS [m2] okna nebo jiného zaskleného prvku se pak stanoví z jednoduchého
vztahu:
AS = A · FS · FC · FF · g.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
-9-
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
5.3 Tepelně-technické vlastnosti
Obvodové a další konstrukce, oddělující prostory s rozdílnými teplotami vzduchu, musí splnit řadu
požadavků, v případě nízkoenergetických domů zpravidla výrazně přísnějších než u výstavby
dosud převažující. Mezi hlavní, kvantitativně vyjádřené vlastnosti patří zejména:
• omezení prostupu tepla – vyjádřeno pomocí součinitele prostupu tepla,
• zajištění dostatečné teploty na vnitřním povrchu konstrukcí i za velmi nízkých venkovních
teplot,
• vyloučení nebo alespoň omezení kondenzace vodních par v konstrukcích – vyjádřeno pomocí
roční bilance zkondenzovaného a vypařitelného množství vodní páry,
• vyloučení průniku vzduchu skrz konstrukce, omezení průniku vzduchu funkčními spárami a
konstrukčně podmíněnými netěsnostmi,
• omezení energetického vlivu tepelných mostů (tepelných vazeb) v místech napojení konstrukcí
mezi sebou.
Součinitel prostupu tepla
Současné požadavky jsou podrobněji uvedeny v tab.1. ČSN 73 0540:2 [2] dále uvádí, že pro
nízkoenergetické domy je vhodné navrhovat konstrukce se součinitelem prostupu tepla na úrovni
přibližně 2/3 normou doporučených hodnot (tab. 2), čímž se dostáváme již k hodnotám potřebným
pro pasivní domy (viz též informativní příloha v téže normě).
Pozor: V hodnotě součinitele prostupu tepla musí být zahrnut vliv očekávaných lokálních zhoršení v
důsledku nejrůznějších nehomogenit, přítomnosti spojovacích prvků apod.
Tab.1 Požadavky na konstrukce podle [2]. Hodnoty platí pro budovy vytápěné na obvyklé teploty.
Doporučené
hodnoty
UN
[W/(m2·K)]
[W/(m2·K)]
Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45° včetně
Podlaha nad venkovním prostorem
0,24
0,16
Strop pod nevytápěnou půdou se střechou bez tepelné izolace
Podlaha a stěna s vytápěním
0,30
0,20
lehká
0,30
0,20
těžká
0,38
0,25
Podlaha a stěna přilehlá k zemině
Strop a stěna vnitřní z vytápěného k nevytápěnému prostoru
0,60
0,40
Strop a stěna vnitřní z vytápěného k částečně vytápěnému prostoru,
nebo z částečně vytápěného k nevytápěnému prostoru vytápěné
budovy
0,75
0,50
Stěna mezi sousedními budovami
Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně
1,05
0,70
Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně
1,30
0,90
Strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně
2,2
1,45
Stěna vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 °C včetně
2,7
1,80
Popis konstrukce
Stěna vnější
Střecha strmá se sklonem nad 45°
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
Typ
konstrukce
Požadované
hodnoty
UN
- 10 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
nová
1,70
1,20
uprave
ná
2,0
1,40
Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše,
z vytápěného prostoru do částečně vytápěného nebo z částečně
vytápěného či nevytápěného prostoru vytápěné budovy do
venkovního prostředí
3,5
2,3
Šikmé střešní okno, světlík a jiná šikmá výplň otvoru se sklonem
do 45°, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí
Pro rámy šikmých výplní otvorů s možností započítání jejich
speciálních tepelně izolačních obkladů platí Uf ≤ 2,0 W/(m2·K)
1,50
1,00
Šikmé střešní okno, světlík a jiná šikmá výplň otvoru se sklonem
do 45°, z částečně vytápěného nebo nevytápěného prostoru
vytápěné budovy do venkovního prostředí
2,6
1,70
Okno, dveře a jiná výplň otvoru ve vnější stěně a strmé
střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí
Pro rámy nových výplní otvorů: Uf ≤ 2,0 W/(m2·K)
Lehký obvodový plášť, hodnocený jako smontovaná
sestava včetně nosných prvků, s průsvitnou částí o
2
2
poměrné ploše f w = Aw / A , v m /m , kde A je celková
plocha lehkého obvodového pláště.
Pro rámy lehkých obvodových plášťů: Uf ≤ 2,0 W/(m2·K)
fw ≤
0,50
0,3 + 1,4·f w
0,2 + 1,0·f w
fw >
0,50
0,7 + 0,6·f w
V současné době (ke konci roku 2010) probíhá revize normy [2]. V prvním návrhu jsou uváděny
kromě hodnot požadovaných a doporučených také hodnoty cílové, které přibližně odpovídají
hodnotám obvykle potřebným pro dosažení úrovně pasivního domu.
Součinitel prostupu tepla – průměrná hodnota
Kromě jednotlivých hodnot součinitele prostupu tepla jsou stanoveny požadavky na průměrnou
hodnotu součinitele prostupu tepla obálky budovy. I zde pochopitelně dojde v novém znění normy
ke změnám a ke zpřísnění hodnot.
Teplota na vnitřním povrchu
V souvislosti s postupným zpřísňováním požadavků na hodnotu součinitele prostupu tepla
docházelo postupně k příznivému zvyšování vnitřních povrchových teplot obvodových konstrukcí.
Čím více se teploty povrchů, které obklopují osoby pobývající v místnostech, blíží teplotě vzduchu,
tím je vnímáno vnitřní prostředí příznivěji. Nedochází k výrazné asymetrii v sálavé složce přenosu
tepla a ani k vyvolávání nepříjemného proudění vzduchu.
Pokud budou splněny požadavky z hlediska součinitele prostupu tepla, bude dosaženo dostatečné
teploty na vnitřním povrchu konstrukce i při nejnižších teplotách venkovního vzduchu v souladu
s normovými požadavky s ohledem na riziko povrchové kondenzace vodní páry. Pozornost je třeba
ovšem vždy věnovat místům oslabení konstrukcí – tepelným mostům. Komplikovanější situace je u
výplní otvorů, kde výpočtové hodnocení uvažuje i přítomnost/nepřítomnost vzestupného proudu
teplého vzduchu z otopné soustavy podél povrchu okna.
Bilance vlhkosti
Výpočtovým postupem uvedeným v [11] se zjišťuje pro standardizované zimní výpočtové podmínky
výskyt kondenzace vodní páry ve skladbě konstrukce. Pokud ke kondenzaci nedochází, je
konstrukce vyhovující. Jestliže ke kondenzaci dochází, můžeme konstrukci přesto považovat za
vyhovující, pokud:
a) přítomnost kondenzátu nemůže ohrozit požadovanou funkci konstrukce,
b) množství kondenzátu není velké,
c) roční bilance dokládá, že v průběhu let nemůže dojít ke hromadění vlhkosti v konstrukci.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 11 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Za ohrožení požadované funkce je obvykle považováno zkrácení předpokládané životnosti
konstrukce, snížení vnitřní povrchové teploty konstrukce vedoucí ke vzniku plísní, objemové změny
a výrazné zvýšení hmotnosti konstrukce mimo rámec rezerv statického výpočtu, a zvýšení
hmotnostní vlhkosti materiálu na úroveň způsobující jeho degradaci. Pro dřevo se za takovou
hranici považuje hodnota 18 % hmotnostní vlhkosti.
Za malé množství kondenzátu se v souladu s [2] považuje hodnota menší než 0,1 kg/(m2a) v
případě jednoplášťových střech, obvodových konstrukcí s vnějším zateplením a všech dalších
konstrukcí s málo propustnou vrstvou při vnějším líci. Pro ostatní obvodové konstrukce se za malé
množství kondenzátu považuje hodnota menší než 0,5 kg/(m2a). Roční bilance zkondenzované a
vypařitelné vodní páry se provádí výpočtovým postupem uvedeným v [11].
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.
Měřicí zařízení vlastní v těchto zemích kromě zkušeben a výzkumných pracovišť také inženýrské
kanceláře i stavební firmy. V řadě jiných zemí se tento jev (dosud) za tak významný nepovažuje.
Mezi první skupinu zemí patří jednak ty, kde je tradičně větší podíl dřevostaveb (tedy budov se
skládanými obvodovými konstrukcemi a s tím spojeným velkým množstvím konstrukčních spár), a
pak v zemích, které jsou nejvíce pokročilé v prosazování nízkoenergetické výstavby v praxi.
Celková průvzdušnost obvodového pláště budovy nebo její ucelené části se ověřuje pomocí
celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa [h–1]. Hodnoty se stanovují
experimentálně. Doporučuje se [2] splnění podmínky:
n50 ≤ n50, N
kde n50, N je doporučená hodnota podle tab.2.
Tab.2 Doporučené hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa
Větrání v budově
n50,N [h-1]
Přirozené
4,5
Nucené
1,5
Nucené se zpětným získáváním tepla
1,0
Nucené se zpětným získáváním tepla v budovách se zvláště nízkou potřebou tepla
na vytápění
0,6
Norma současně omezuje spárovou průvzdušnost funkčních spár oken a dveří v závislosti na výšce
budovy a způsobu větrání. Stanoví, že průvzdušnost styků a spojů konstrukčních prvků má být
prakticky nulová.
5.4 Nízkoenergetické a pasivní domy
S očekávaným rozvojem výstavby energeticky optimalizovaných budov se ukázalo jako potřebné
sestavit schéma pro hodnocení pro prováděné deklarativní výpočty. Bylo možné využít v maximální
míře zkušeností se zahraničními přístupy (PHPP model [10]) a přitom v nejvyšší možné míře
respektovat české a evropské technické normy. K tomu účelu byly vytvořeny technické
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 12 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
normalizační informace (TNI) sloužící stavebně-energetickým výpočtům, nejprve pro rodinné domy
(TNI 730329) [12], později i pro domy bytové (TNI 730330) [13]. Pro ostatní druhy užívání budov
srovnatelné podklady zatím chybí.
5.4.1 Klasifikační schéma
Jako nízkoenergetický rodinný dům se označuje dům, který splňuje požadavky č.2 a č.5 podle
tab. 3 a současně má hodnotu měrné potřeby tepla na vytápění nejvýše 50 kWh/(m2a). Požadavky
1a, 1b, 3 a 4 jsou doporučené. Požadavek 7 se nehodnotí.
Jako energeticky pasivní rodinný dům se označuje dům, který splňuje požadavky č.1a, 1b,
2, 3, 4, 5, 6, 7 podle tab. 3 a současně má hodnotu měrné potřeby tepla na vytápění nejvýše
20 kWh/(m2a).
Pro bytové domy je schéma hodnocení obdobné, hodnoty průměrného součnitele prostupu tepla
jsou o něco méně přísné, pasivní bytový dům musí ale splnit požadavek 15 kWh/(m2a) v potřebě
tepla na vytápění.
Číslo
požadavku
Tab.3 – Hodnocení rodinných domů s velmi nízkou energetickou náročností
Jev,
veličina
Označe
ní
Jednot
ka
Požadavek
Způsob
prokázání
Poznámka
Prostup tepla
1a
Součinitel
prostupu tepla
jednotlivých
konstrukcí na
systémové
hranici
U
2
W/(m K)
Splnění
požadavku na
doporučené
hodnoty podle
ČSN 730540-2,
pokud není
výjimečně a
zdůvodněně
jinak.
Výpočet
v souladu
s
ČSN
73 0540-4
Podle konkrétních
podmínek se
doporučuje splnění
hodnot na úrovni 2/3
až 3/4 hodnot
doporučených
ČSN 73 0540-2.
1b
Průměrný
součinitel
prostupu tepla
Uem
W/(m2K)
Uem < 0,22 pro
energeticky
pasivní domy
Uem < 0,35 pro
nízkoenergetické
domy
Výpočet
v souladu
s
ČSN
73 0540-2
Podle konkrétních
podmínek se pro
energeticky pasivní
rodinné domy
doporučuje:
Uem < 0,15 – 0,18
Kvalita vzduchu a tepelná ztráta výměnou vzduchu
2
Přívod čerstvého
vzduchu do všech
pobytových místností
--
--
Zajištěn.
3
Účinnost zpětného
získávání tepla
z odváděného
vzduchu
η
%
η > 75
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
Kontrola
projektové
dokumentace,
slovní
hodnocení.
Podle
ověřených
podkladů
výrobce
technického
zařízení
(rekuperátoru)
V energetických
bilančních výpočtech
se užije hodnota
snížená o 10
procentních bodů.
- 13 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
4
Neprůvzdušnost
obálky budovy
A. ve fázi přípravy
stavby
n50
[1/h]
n50 = 0,6 pro
energeticky
pasivní
rodinný dům,
n50 = 1,5 pro
nízkoenergetic
ký dům.
Kontrola
projektové
dokumentac
e, zejména
úplné
celistvosti
vzduchotěsni
cího
systému.
B1: po dokončení
stavby
n50
[1/h]
n50 < 0,6 pro
energeticky
pasivní
rodinný dům
n50 = 1,5 pro
nízkoenergetic
ký dům
Měření
metodou
tlakového
spádu a
výpočet n50
v souladu s
ČSN EN
13829,
metoda B.
B2: po dokončení
stavby alternativně,
pro A/V > 0,6:
Neprůvzdušnost
obálky budovy
vyjádřená hodnotou
n50 a současně i
vzduchovou
propustností budovy
q50 .
Hodnocení B2 lze
použít nejpozději do
31.12.2010.
n50
[1/h]
pro
energeticky
pasivní
rodinný dům:
n50 < 0,8
Měření
metodou
tlakového
spádu a
výpočet n50
a q50
v souladu s
ČSN EN
13829,
metoda B.
Vzduchový tok při
50 Pa zjištěný
měřením se vydělí
plochou obálky
budovy AE
vypočítanou
v souladu s 6.1.2
ČSN EN
13829:2001
z celkových
vnitřních rozměrů.
Pokud
n50 > 0,6, provede
se odpovídající
přepočet
energetické
bilance a korekce
výsledků EA a
PEA.
Výpočet
podle ČSN
73 0540-4.
Strojní
chlazení se
nepředpoklá
dá.
Ve výpočtu se
nezahrnuje
chladicí efekt
zemního
výměníku tepla.
Ten slouží jako
rezerva při
vícedenních
vlnách veder (nad
hodnotami
normového
výpočtu)
a
součas
ně
q50:
q 50 =
3
[m /h
/m2]
q50 < 1,0
V&50
AE
Projektový
předpoklad
Zajištění pohody prostředí v letním období
5
Nejvyšší teplota
vzduchu
v pobytové
místnosti
θa,max
°C
< 27
Potřeba tepla na vytápění
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 14 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
6
Měrná potřeba
tepla na vytápění
EA
kWh/(m2
a)
PEA
kWh/(m2a)
nejvýše 20 pro
energeticky
pasivní dům,
nejvýše
50 pro
nízkoenergetic
ký dům
Výpočet
podle
ČSN EN ISO
13790 a
dalších
norem.
Doporučená
hodnota pro
energeticky
pasivní dům: < 15
nejvýše 60
pro
energeticky
pasivní
rodinný dům
Výpočet
podle TNI
Pro
nízkoenergetický
rodinný dům se
nehodnotí
Potřeba primární energie
7
Potřeba primární
energie
z neobnovitelných
zdrojů na vytápění,
přípravu teplé vody a
technické systémy
budovy
5.4.2 Aktualizace TNI
V první polovině roku 2010 byla zpracována aktualizovaná znění obou dokumentů. Některá
upřesnění jsou vyvolána skutečností, že s textem pracují i méně zkušení projektanti, často bez
znalostí stavební fyziky.
Zvýšení jednotlivé hodnoty součinitele prostupu tepla
Upřesnění je uvedeno u přirážek k součiniteli prostupu tepla obvodových konstrukcí, které mají
charakterizovat vliv nehomogenit v souvrství (tab.4). Ani tak nelze popsat všechny situace, kterou
mohou nastat, a z neznalosti problému nebo ze spekulativních důvodů jsou buď přeceňovány (pro
hodnocení výchozího stavu) nebo podceňovány (pro navrhovaný stav). Je možné použít hodnoty
podle tabulky nebo hodnoty podle výsledku podrobnějších výpočtů uvedených v ČSN 73 0540-4
[11].
Tab.4 − Zvýšení součinitele prostupu tepla ∆U
Charakter konstrukce
Zvýšení součinitele
prostupu tepla
∆U [W/(m2K)]
Poznámka
Konstrukce zcela bez
tepelných mostů
0,00
Izolační vrstva je zcela souvislá a
homogenní, nejsou přítomny kotevních a
dalších prostupující prvky. 1)
Konstrukce téměř bez
tepelných mostů
0,02
Nejčastější případ, doporučený
projektový předpoklad pro
nízkoenergetické a pasivní domy, pokud
je v souladu s řešením konstrukčních
detailů.
Konstrukce s mírnými
tepelnými mosty
0,05
Konstrukce zpravidla nevhodné pro
nízkoenergetické a pasivní domy
Konstrukce s běžnými
tepelnými mosty
0,10
Konstrukce nevhodné pro
nízkoenergetické a pasivní domy
1) Kotevní a další prostupující prvky mohou být v některých případech již zahrnuty do hodnot
tepelné vodivosti odpovídajících vrstev. V takovém případě se jejich vliv již neprojevuje v hodnotě
∆U podle této tabulky.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 15 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla
Pro hodnocení napojení konstrukcí mezi sebou platí shodná poznámka jako výše. Nezávislá
kontrola výpočtů je jen obtížně možná, pokud by neměla trvat stejně dlouho, jako výpočet sám.
Tabelované hodnoty mohou být tedy vhodnou pomůckou.
Vliv tepelných vazeb mezi stavebními konstrukcemi se uvažuje souhrnně podle tab.5 ve formě
přirážky k hodnotě Uem. Použití nulové a jiné než tabulkové hodnoty přirážky je možné, pokud je
podrobně zdůvodněno výsledkem výpočtů všech tepelných vazeb mezi konstrukcemi na systémové
hranici budovy. Zápornou hodnotu zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy
∆Uem nelze ovšem podle TNI pro další výpočty použít. Budova totiž zpravidla obsahuje některé další
tepelné mosty a tepelné vazby, které nejsou v době zpracování výpočtů vůbec známy nebo nejsou
dostatečně popsané. Patří k nim i nutné průniky prvků technického zařízení budovy.
Tab.5 – Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy ∆Uem
Celková
úroveň
řešení
Charakteristika
Nejvyšší
Je zajištěna souvislost tepelně
izolačních vrstev ve všech
napojeních, převážně
v neztenčené tloušťce, podle
nejlépe dostupných technických
možností.
0,00
Možný projektový
předpoklad, pokud
je doložen výpočty
vícerozměrného
vedení tepla ve
všech napojeních
obvodových
konstrukcí 1)
Vysoká
Je zajištěna souvislost tepelně
izolačních vrstev ve všech
napojeních, převážně
v neztenčené tloušťce
0,02
Obvyklý projektový
předpoklad, pokud
je v souladu
s řešením
konstrukčních
detailů
Střední
Je zajištěna souvislost tepelně
izolačních vrstev téměř ve všech
napojeních.
0,05
Nízká
Není zajištěna souvislost tepelně
izolačních vrstev.
0,10
Častá situace při
umisťování tepelně
izolačních
souvrství z vnitřní
strany u zděných
konstrukcí
Velmi nízká
Není zajištěna souvislost tepelně
izolačních vrstev se zvláště
významnými důsledky
0,20
Častá situace při
umisťování tepelně
izolačních
souvrství z vnitřní
strany u
železobetonových
a ocelových
konstrukcí
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
Zvýšení
průměrného
součinitele prostupu
tepla obálky budovy
hodnoty
∆Uem [W/(m2K)]
Poznámka
- 16 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
1)
Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy může být nulové, protože při užití
vnějších rozměrů prvků ve výpočtech vícerozměrného vedení tepla mohou být hodnoty lineárních
činitelů prostupu tepla jednotlivých tepelných vazeb v řadě případů záporné. Takové případy se
vyskytují často v nárožích obvodových stěn s kvalitně řešenými izolačními souvrstvími.
Vzduchotěsnost
Možnost použití alternativního způsobu vyjádření vzduchotěsnosti pro malé kompaktní rodinné
domy je prodloužena do konce roku 2010. Výsledek je možné vyjádřit pomocí vzduchové
propustností budovy q50 (objemový tok vzduchu vztažený na 1 m2 obálky budovy).
V nové příloze obou TNI jsou uvedeny hodnoty n50 pro výpočty energetické náročnosti starších
budov, pokud nejsou k dispozici výsledky měření. Hodnoty jsou opět sestaveny s cílem být na
straně bezpečnosti s ohledem na účel výpočtů – porovnáním výchozího a navrhovaného stavu
stanovit realistickou hodnotu snížení energetické náročnosti.
Hodnoty pro pomocnou elektrickou energii
Samostatná příloha [13] se věnuje stanovení roční i potřeby pomocné elektrické energie na chod
systémů technického zařízení budovy. Kromě paušálních tabelovaných hodnot je tedy možné
stanovit hodnoty pomocné energie podrobněji – podle dostupnosti vstupních údajů v době
zpracování výpočtu a jeho účelu.
5.4.3 Nulové domy
Evropská směrnice o energetické náročnost budov (EPBD) [3] zaostává za ambiciozními
požadavky předcházejících usnesení Evropského parlamentu a používá jen velmi obecná
vyjádření. Bude tedy vyžadovat zásadní zpřesnění na úrovních jednotlivých členských zemí. Na její
vydání zmíněné aktualizované TNI již reagují: Pokud je dům vybaven zařízeními na energetickou
produkci (fotovoltaický systém), které jsou součástí budovy, ať již jsou použity pro vlastní potřebu
nebo dále distribuovanou produkci, v takovém rozsahu, že roční bilance potřebné dodávané
energie na vstupu do budovy a vyprodukované energie stanovená v hodnotách primární energie je
vyrovnaná, označuje se dům jako energeticky nulový dům.
Zde musí být kvalifikovaně zohledněna využitelnost energetického zdroje pro krytí energetických
potřeb a musí být věrohodně stanovena započitatelná produkce, s uvážením její proměnlivosti i
poptávky v rodinném domě v průběhu roku. Pokud je fotovoltaický systém zapojen do veřejné sítě,
využije se v bilančním výpočtu veškerá produkce elektrické energie. Zjednodušeně se dá říci, že
fotovoltaická produkce s faktorem energetické přeměny 0,2 nahrazuje obvyklou výrobu elektrické
energie s faktorem energetické přeměny 3,0 podle (tabulkové údaje v TNI). V bilančních výpočtech
bude v takovém případě fotovoltaická produkce vystupovat s faktorem energetické přeměny 0,2 –
3,0, tedy -2,8 (záporné číslo) [14].
5.5 Konstrukční souvislosti
Mezi nízkoenergetickými stavbami mají dřevěné konstrukce o něco větší podíl než v běžné
výstavbě. Do dřevěné obvodové konstrukce bývá zpravidla snazší umístit potřebné množství
tepelných izolací, aniž by nepřijatelně narostla jejich celková tloušťka. Tento přirozený „náskok“
dřevostaveb není velký a jiná řešení s využitím tzv. masivních konstrukcí mohou posloužit podobně.
Obvodové konstrukce dřevostaveb patří ke skládaným konstrukcím, kde je třeba zvláště pečlivě
postupovat jak při konstrukčním řešení, tak při výpočtech tepelně technických vlastností. Výhodná
je v tomto smyslu malá tloušťka stěny kombinovaného I-nosníku. Konstrukční systémy lze různými
způsoby kombinovat a vytvořit tak například dvojitou konstrukci s minimem propojení vnější a vnitřní
části.
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 17 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
Často zmiňovaný problém malých tepelně-akumulačních vlastností dřevostaveb postupně přestává
být tak významným – v souvislosti s potřebnou velkou tloušťkou tepelných izolací a s kvalitními
okny optimalizované velikosti u nízkoenergetických řešení budov.
Obvodové konstrukce musí být navrhovány pečlivě s ohledem na rizika kondenzace vodních par.
Zde jednak o pořadí vrstev (výpočtově prokazatelné), ale i o řešení detailů, návazností na okolní
konstrukce a problém prostupujících prvků, včetně instalačních.
5.6 Neprůvzdušnost
5.6.1 Měření
Intenzita výměny vzduchu při 50 Pa n50 je definována takto:
V&
n50 = 50
V
V&
kde
je objemový tok vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa [m3/s],
50
V
objem vnitřního vzduchu měřené budovy nebo měřené ucelené části budovy [m3].
Princip měření spočívá ve stanovení závislosti objemového toku vzduchu netěsnostmi v obálce
budovy na tlakovém rozdílu. K určení této závislosti se používá metoda tlakového spádu [16].
Hodnocená budova je během zkoušky vystavena sérii uměle vytvořených, odstupňovaných
tlakových rozdílů. Na každé úrovni tlakového rozdílu je měřen objemový tok vzduchu netěsnostmi v
obálce budovy. Z naměřených hodnot je statistickými metodami nebo graficky odvozena spojitá
funkce, ze které je možno vypočítat hledanou hodnotu objemového toku vzduchu při tlakovém
rozdílu 50 Pa.
Měření se provádí pomocí zařízení, často nazývaného Blower-Door [15]. Aparatura sestává ze
speciálního, velmi výkonného, ventilátoru s plynule měnitelnými otáčkami ve velkém rozsahu, čidel
pro měření tlakového rozdílu a pro měření objemového toku vzduchu, osazovacího rámu a
vzduchotěsné plachty s otvorem pro ventilátor. Plachta se pomocí osazovacího rámu napne do
vhodného otvoru v obvodové stěně (okno, dveře). Do otvoru v plachtě se nasadí ventilátor a vše se
dotěsní. Nainstalují se přístroje pro měření tlakového rozdílu a objemového toku vzduchu. Otáčky
ventilátoru se nastaví tak, aby mezi interiérem budovy a vnějším prostředím bylo dosaženo
požadovaného tlakového rozdílu. V okamžiku, kdy je tlakový rozdíl konstantní, se změří objemový
tok vzduchu transportovaný ventilátorem. Předpokládá se, že stejné množství vzduchu protéká
netěsnostmi v obvodovém plášti budovy. Měření se opakuje pro různé úrovně tlakového rozdílu v
rozsahu přibližně 20 – 80 Pa. Obvykle se provádí dvě série měření – podtlakem a přetlakem.
Moderní zařízení bývají vybavena řídící elektronickou jednotkou, která prostřednictvím osobního
počítače a speciálního softwaru kontroluje úroveň tlakového rozdílu, mění otáčky ventilátoru, řídí a
okamžitě vyhodnocuje průběh celého měření.
Před měřením je ovšem nutné provést i několikahodinovou přípravu budovy – především
zkontrolovat napojení sanitárních instalací, vzduchotechnických vedení apod., které často nejsou v
době měření zcela dokončeny. Měření je výhodné provádět v průběhu výstavby opakovaně –
poprvé před zakrytím dokončených parotěsných a vzduchotěsných vrstev, podruhé po úplném
dokončení objektu. Současně s měřením neprůvzdušnosti může proběhnout lokalizace míst
zvýšených netěsností – měřením okamžité hodnoty rychlosti proudění vzduchu ručním
anemometrem nebo sledováním pohybu barevného kouře vyvíjeného zvláštním přístrojem. Řadu
cenných informací může přinést také termovizní snímkování prováděné současně.
5.6.2 Řešení [15]
Snaha o zajištění velmi nízké průvzdušnosti obalových konstrukcí se musí promítnout do všech fází
přípravy a realizace budovy, nejedná se jen o problém kvality provedení na stavbě. Konstrukční
zásady je možno shrnout do těchto bodů:
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 18 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
• jasné vymezení vrstvy (vrstev), která zajistí nízkou průvzdušnost konstrukce,
• volba vzduchotěsného materiálu pro tuto vrstvu (vrstvy),
• zajištění spojitosti vzduchotěsné vrstvy,
• minimalizace prvků prostupujících vzduchotěsnou vrstvou,
• zajištění vzduchotěsného napojení těchto vrstev na navazující a prostupující prvky
(okna, potrubí atd.),
• volba kvalitních výrobků (lepicích pásek atd.) pro spojování a utěsnění prostupujících prvků – u
těchto výrobků musí být garantovaná funkčnost (přilnavost, pružnost) po celou dobu životnosti
konstrukce.
Vzduchotěsnou vrstvou (vzduchotěsnicí podle [2]) se rozumí spojitě provedená vrstva z materiálu,
který je při běžných tlakových podmínkách nepropustný pro vzduch, jako jsou např. plastové fólie
(parozábrany) a asfaltové pásy (hydroizolace) s dokonale provedenými spoji nebo i souvislé
bednění z některých tuhých desek na bázi dřeva (OSB apod.) s utěsněnými spoji. Funkci
vzduchotěsné vrstvy může plnit i omítka, pokud není narušená prasklinami. Naopak běžné
sádrokartonové podhledy a obklady rozhodně nemohou být považovány za vzduchotěsné, neboť
bývají narušeny velkým množstvím otvorů pro elektroinstalace a jiné rozvody a později může být
jejich vzduchotěsnost výrazně snížena zásahem uživatele budovy (kotvením nábytku, zavěšováním
dekorací).
Spoje sádrokartonových desek, přestože jsou v době výstavby tmelené, mohou po čase popraskat
a stát se netěsnými. Ve skladbě konstrukce se sádrokartonovým obkladem by tedy měla být vždy
použita jiná vzduchotěsná vrstva. Vzduchotěsné vrstvy by měly být v podobných konstrukcích
chráněny proti poškození, je tedy vhodné neosazovat je přímo za sádrokartonový obklad, ale až za
pomocný rošt, ke kterému je obklad kotvený.
Mezeru mezi vzduchotěsnou vrstvou a obkladem je možno využít pro vedení instalací (tzv.
instalační prostor), jejichž průnik sádrokartonovým obkladem již nezvyšuje průvzdušnost
konstrukce. Volba materiálu vzduchotěsné vrstvy a její polohy ve skladbě musí být provedena již
během projekční přípravy. U skládaných konstrukcí se často jedná o klíčová koncepční rozhodnutí,
která mohou mít zcela zásadní vliv na tepelně vlhkostní chování konstrukce.
Vzduchotěsné vrstvy musí být nepropustné pro vzduch v celé ploše, tedy i v místech spojů,
prostupů a napojení na vzduchotěsné vrstvy přiléhajících konstrukcí a na přiléhající prvky. Zajištění
jejich spojitosti je tedy problémem návrhu a realizace stavebních detailů. Projektant by měl zvážit i
technologické souvislosti, například:
• Dobré přilnutí lepicích pásek je podmíněno stlačením lepeného spoje – lepené spoje měkkých
materiálů (např. fólií) je vhodné záměrně umístit na tuhé konstrukční prvky.
• Kvalitní provedení všech spojů a prostupů vzduchotěsných vrstev vyžaduje velmi pečlivou ruční
práci – okolo prostupů musí být k dispozici dostatečný manipulační prostor pro ruce a nástroje.
Pochopení této skutečnosti může vést ke změně některých konstrukčních prvků – například
náhradu běžných dvojitých kleštin v krovu za jednostranné.
Současný trh nabízí mnoho speciálních prostředků pro lepení, napojování a utěsňování
vzduchotěsných vrstev z různých materiálů. Jedná se o výrobky vyvinuté přímo k tomuto účelu s
garantovanou životností.
Parotěsné lepicí pásky s vysokým difúzním odporem
Jsou určené pro lepení parozábran z plastových fólií a k přelepování styků mezi deskami, pokud
funkci parozábrany plní například OSB desky.
Lepicí pásky s nízkým difúzním odporem
Jsou určené pro lepení difúzních fólií a přizpůsobené venkovnímu použití.
Speciální pásky pro spoje plastových fólií a silikátových materiálů
Slouží pro napojení parozábrany na zdivo, beton atd. Velmi jednoduše, bez použití přítlačné lišty a
hmoždinek, řeší např. napojení parozábrany stěny na betonovou podlahu nebo napojení
parozábrany šikmé střechy na zděnou štítovou stěnu.
Speciální pásky pro napojení plastových fólií na okna a další konstrukční prvky
Vyrábí se v mnoha variantách pro vnitřní nebo vnější použití, mohou mít různé difúzní vlastnosti.
Lepidlo na těchto páskách není naneseno celoplošně, ale pouze ve dvou úzkých proužcích.
Proužky lepidla mohou být naneseny na stejné straně pásky nebo jeden na líci, druhý na rubu, což
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 19 -
Jan Tywoniak
Tepelná ochrana budov a dřevostavby
_______________________________________________________________________
může v některých případech velmi usnadnit práci při montáži oken. K dispozici jsou různé šířky
pásky pro různé šířky připojovací spáry okna.
Pružné pásky pro utěsnění prostupů plastovými fóliemi
Umožňují bezproblémové napojení plastové fólie na kolmo prostupující prvek většího průřezu, bez
nutnosti komplikované výroby manžet z pruhů fóliové parozábrany. Jsou vhodné např. pro napojení
parozábrany na velké prostupující prvky kruhového i obdélníkového průřezu (např. potrubí
vzduchotechniky).
Manžety pro napojení prostupujících prvků
Pružné průchodky a manžety pro utěsnění prostupujících prvků kruhového průřezu. K dispozici jsou
různé průměry manžet, ale vhodné jsou především pro utěsnění prostupů tenkých potrubí a kabelů
(vodovod, rozvody vytápění atd.), kde není vhodné používat pružné pásky.
Vzduchotěsné elektroinstalační krabice
Tělo instalační krabice je ze vzduchotěsného plastu a navíc jsou vzduchotěsně řešeny i otvory pro
kabely. Používají se především u konstrukcí, u kterých není vhodné nebo možné umístit
elektroinstalace do instalačního prostoru a krabice musí procházet vzduchotěsnou vrstvou,
například u kompletizovaných obvodových panelů prefabrikovaných dřevostaveb.
Podklady
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
Agenda 21 on Sustainable Construction. CIB Report 237. 1999, česky www.substance.cz
ČSN 73 0540:2 Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky
Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov
(přepracování), červen 2010
ČSN EN ISO 13790 Tepelné chování budov – Výpočet potřeby energie na vytápění
ČSN EN ISO 13789 Tepelné chování budov – Měrné tepelné toky prostupem tepla
a větráním – Výpočtová metoda
ČSN EN ISO 13 370 Tepelné chování budov – Přenos tepla zeminou – Výpočtové metody
ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce – Tepelný odpor a součinitel
prostupu tepla – Výpočtová metoda
ČSN EN ISO 10077-1 Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu
tepla – Část 1: Zjednodušená metoda, ČSNI 2001
ČSN EN ISO 10211-1 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích – Výpočet tepelných toků
a povrchových teplot – Část 1: Základní metody
PHPP 2007. Passive House Planning Package. Requirements for Quality Approved
Passive Houses.Passivhaus Institut Darmstadt, 2007
ČSN 73 0540:4 Tepelná ochrana budov. Část 4: Výpočtové postupy, ČSNI 2005
TNI 73 0329, Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi
nízkou potřebou tepla na vytápění – Rodinné domy. ÚNMZ 2010
TNI 73 0330, Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi
nízkou potřebou tepla na vytápění – Bytové domy. ÚNMZ 2010
Tywoniak, J.: Energeticky nulové domy – východiska řešení. Sborník konference
Alternativní zdroje energie 2010, Kroměříž. Společnost pro techniku prostředí, Praha
Novák, J.: Vzduchotěsnost obvodových plášťů budov. GRADA 2008
ČSN EN 13829 Tepelné chování budov – Stanovení průvzdušnosti budov – Tlaková
metoda
Tywoniak, J.: Nízkoenergetické domy. Principy a příklady. 2 GRADA 2008
Prohlubovací kurs v oboru dřevostaveb
- 20 -