O PROBLEMATICE TEPELNÉ STABILITY V LETNÍM OBDOBÍ JSTE SE JIŽ MOHLI DOČÍST V ČÍSLE 01/2006 ČASOPISU DEKTIME. V ČLÁNKU ING. ANTONÍNA ŽÁKA BYL UKÁZÁN VLIV HMOTNOSTI KONSTRUKCE, STÍNICÍCH PRVKŮ A NÁSOBNOSTI VÝMĚNY VZDUCHU NA TEPELNOU STABILITU V LETNÍM OBDOBÍ PODKROVNÍ MÍSTNOSTI. V NÁSLEDUJÍCÍM TEXTU SE ZAMĚŘÍME NA POSOUZENÍ TEPELNÉ STABILITY V LETNÍM OBDOBÍ U TYPOVÉHO RODINNÉHO DOMU DEKHOME A UKÁŽEME SI, CO SE MŮŽE STÁT, POKUD PROBLEMATIKU TEPELNÉ STABILITY PODCENÍME, RESPEKTIVE SE JÍ VŮBEC NEBUDEME ZABÝVAT. DÁLE POROVNÁME TEPELNOU STABILITU RODINNÉHO DOMU POSTAVENÉHO ZDĚNOU TECHNOLOGIÍ S TEPELNOU STABILITOU RODINNÉHO DOMU ŘEŠENÉHO JAKO DŘEVOSTAVBA.

Tento článek vychází z českého normativního prostředí. Závěry článku platí pro Českou republiku. Dílčí závěry týkající se posuzování tepelné stability v letním období podle ČSN (STN) EN ISO 13792:2005 platí i pro Slovenskou republiku. Článek o posuzování tepelné stability v letním období na Slovensku uveřejníme v druhé polovině roku 2008. 

Na stavby jsou z pohledu stavební fyziky – tepelné techniky – kladeny přísné požadavky. U obalových konstrukcí se hodnotí součinitel prostupu tepla, nejnižší vnitřní povrchová teplota, zkondenzované množství vodních par v konstrukci, roční bilance zkondenzované a vypařené vodní páry a v eposlední řadě i trvanlivost zabudovaných dřevěných prvků. Toto jsou parametry, které jsou ve všeobecném povědomí u odborné veřejnosti. Ve stavební praxi se však velmi často zapomíná na další normový požadavek, kterým je tepelná stabilita objektu. Požadavky na tepelnou stabilitu objektu, stejně jako požadavky na ostatní výše uvedené parametry, jsou stanoveny v normě ČSN 73 0540-2:2007 a jejich splnění je závazné dle vyhlášky 137/1998 Sb. o obecných technických požadavcích na výstavbu. 

POPIS TEPELNÉ STABILITY V LETNÍM OBDOBÍ

Metodikou tepelné stability v letním období se provádí hodnocení reakce objektu na zatížení tepelnými zisky od slunečního záření. Míra ohřívání vnitřního vzduchu v objektu má zásadní vliv na vnitřní pohodu obyvatel domu. Tepelnou stabilitu ovlivňují výplně otvorů, jejich velikost a orientace ke světovým stranám. Dalším velmi důležitým faktorem, který ovlivňuje tepelnou stabilitu, je schopnost konstrukce akumulovat teplo. Konstrukce s větší akumulační schopností pomáhají snížit teplotu vzduchu v interiéru. Obvodové konstrukce dřevostaveb mají malou akumulaci tepla, proto jsou mnohem náchylnější na přehřívání a splnění normových požadavků je náročnější. Hodnocení tepelné stability se provádí na kritické místnosti. Kritická místnost je místnost s největší plochou přímo osluněných výplní otvorů (udává se v poměru k podlahové ploše posuzované místnosti). Orientace výplní otvorů je na Z, JZ, J, JV a V.

VÝPOČTOVÉ METODY

Tepelnou stabilitu v letním období je možné hodnotit pomocí dvou výpočtových metod. Původní česká metoda je obsažena v ČSN 73 0540-4:2005. Při použití této metody je výpočtem stanoven nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu v místnosti v letním období Δθai,max [°C]. Nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu představuje, o kolik se zvýší teplota vzduchu v interiéru během jednoho dne vlivem solárních zisků.

Druhá metoda využívá dynamický model, provádí se dle ČSN EN ISO 13792:2005. Použitím této metody je vypočtena nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období θai,max [°C]. Dynamický model znamená možnost použití časově proměnných okrajových podmínek. Metoda zohledňuje stínění výplní otvorů, intenzitu větrání atd. Předpokládá dosažení kvazistacionárního stavu, tj. Stavu kdy se okrajové podmínky neustále opakují a počítá nejvyšší dosaženou teplotu v cyklu několika dní. Zohledňuje i stav, kdy konstrukce během noci nevychladne na výchozí teplotu. Zbývající akumulované teplo se zahrne do výpočtu nejvyšší teploty následujícího dne. Metodou se dobře postihne tepelná stabilita místnosti v letním období například při dlouhodobých extrémních teplotách.

Normové požadavky pro obě výpočtové metody jsou uvedeny v ČSN 73 0540-2:2007. Volba výpočtové metody je na projektantovi, norma žádnou z metod neupřednostňuje. Normové požadavky na tepelnou stabilitu v letním období dle ČSN 73 0540-2:2007 čl. 8.2.1: Kritická místnost (vnitřní prostor) musí vykazovat:

a) buď nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu v místnosti v letním období Δθai,max, ve °C, podle vztahu: Δθai,max ≤ Δθai,max,N kde Δθai,max,N je požadovaná hodnota nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období, ve ° C, která se stanoví podle tabulky /01/;

b) nebo nejvyšší denní teplotu vzduchu v místnosti v letním období θai,max, ve °C, podle vztahu: θai,max ≤ θai,max,N kde θai,max,N je požadovaná hodnota nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období, ve °C, která se stanoví podle tabulky /01/.

VLIV KLIMATIZACE

ČSN 73 0540-2:2007 doporučuje navrhovat klimatizaci jako opatření pro splnění normových požadavků na tepelnou stabilitu v letním období pouze ve výjimečných případech. Pokud je v posuzovaném objektu navržena klimatizace, je nutné posuzovat tepelnou stabilitu v letním období za stavu, který odpovídá výpadku klimatizace. Dle ČSN 73 0540-2:2007 nesmí být při výpadku klimatizace překročen nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu v místnosti v letním období Δθai,max ≤ 12 °C nebo nesmí být překročena nejvyšší denní teplota vzduchu v místností v letním období θai,max ≤ 32 °C. U výpočtů se nepočítá s chladicím výkonem klimatizace ani s tepelnými zisky od technologického zařízení a kancelářského vybavení. Nesplnění těchto požadavků norma připouští, ale pouze za předpokladu, že jejich splnění není technicky možné nebo je neekonomické s ohledem na životnost budovy.

PŘÍKLAD VÝPOČTU TEPELNÉ STABILITY V LETNÍM OBDOBÍ

DLE ČSN 73 0540-4:2005 V této kapitole jsou uvedeny příklady výpočtu tepelné stability v letním období pomocí tradiční metody dle ČSN 73 0540-4:2005 a ukázka vlivu základních faktorů (tepelná akumulace konstrukce, osazení stínicími prvky) na výslednou hodnotu nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období. Výpočty jsou provedeny pro obytnou podkrovní místnost / obr. 01, místnost 2.04/ ve variantě dřevostavby a ve variantě zděné stavby. Jednotlivé plochy konstrukcí jsou v obou případech totožné. V základním výpočtovém modelu je uvažováno se zasklením výplní otvorů izolačním dvojsklem vyrobeným z obyčejného plaveného skla tloušťky 4 mm. Otvor je orientován na jih. Podlahová plocha hodnocené místnosti je 10,70 m2, plocha okenního otvoru s jižní orientací je 1,39 m2. Poměr plochy okenního otvoru a podlahové plochy místnosti je 0,13 (13 %).

VLIV TĚŽKÉ PODLAHY U DŘEVOSTAVBY NA VÝPOČTOVOU HODNOTU NEJVYŠŠÍHO DENNÍHO VZESTUPU TEPLOTY VZDUCHU

V prvním příkladu je ukázka vlivu těžké podlahy u dřevostavby na výpočtovou hodnotu nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období dle výpočtové metody uvedené v ČSN 73 0540-4:2005. V tabulce /02/ jsou uvedeny parametry materiálů roznášecí vrstvy podlahy. Použitím těžké podlahy v dřevostavbě došlo ke snížení nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období o 3,7 °C oproti vzestupu teploty v dřevostavbě s lehkou podlahou / tabulka 03/. Je patrné, že schopnost vyšší akumulace tepla pozitivně ovlivňuje chování kritické místnosti z pohledu teploty vnitřního vzduchu v letním období. Sama těžká podlaha však v našem případě neřeší nevyhovující stav.

VLIV STÍNICÍCH PRVKŮ NA VÝSLEDNOU HODNOTU NEJVYŠŠÍHO DENNÍHO VZESTUPU TEPLOTY VZDUCHU

Na následujícím příkladu je ukázán vliv použití různých stínicích prvků na výslednou hodnotu nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období, a to u dřevostavby i u zděné stavby. V tabulce /04/ jsou uvedeny parametry spektrální směrové propustnosti slunečního záření τΩλ,se [-] pro jednotlivé varianty úprav výplní otvorů. Výsledky, včetně grafi ckého porovnání, jsou patrné z grafu /01/. Vypočtené hodnoty jsou pro přehlednost uvedeny v tabulce /05/. Osazení výplní otvorů stínicími prvky má podstatný vliv na snížení nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období, a to jak v případě dřevostavby, tak zděné stavby. Na rozdílech hodnot nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu lze demonstrovat, jaký vliv mají jednotlivá opatření a jak zásadně ovlivňují kvalitu vnitřního prostředí. Varianta A představuje použití obyčejného izolačního dvojskla a demonstruje případ, kdy problematiku tepelné stability zcela přehlédneme. Oproti variantě D, ve které se počítá s vnitřními žaluziemi a záclonami, je ve variantě A denní vzestup teploty vyšší o 10,0 ° C (u dřevostavby) a 6,9 ° C (u zděné stavby).

VÝPOČET DLE ČSN EN ISO 13792:2005

Pro zajímavost jsme případ podkrovní místnosti ve dřevostavbě s lehkými podlahami z předcházející kapitoly posoudili i podle metody dle ČSN EN ISO 13792:2005. Vliv stínicích prostředků výplní otvorů dle seznamu v tabulce /04/ je pro účely výpočtu dle ČSN EN ISO 13792:2005 vyjádřen celkovou propustností slunečního záření g a činitelem propustnosti přímého slunečního záření τE. Výsledky výpočtů jsou uvedeny v tabulce /06/. Výsledky výpočtu potvrzují, že zanedbání požadavku na tepelnou stabilitu místnosti v letním období může způsobit až neobyvatelnost místnosti.

TEPELNÁ STABILITA A DOMY DEKHOME

Rodinné domy systému DEKHOME C a D jsou koncipovány tak, aby splnily všechny normové požadavky, které jsou na ně kladeny, tedy včetně požadavku na tepelnou stabilitu v letním období. Splnění požadavku na tepelnou stabilitu vyžaduje komplexní přístup k návrhu objektu (vhodné dispoziční řešení, velikost okenních otvorů, orientace ke světovým stranám a osazení do terénu). Atelier DEK se snažil projektantům usnadnit návrh domů v systému DEKHOME, proto vytvořil pomůcku, pomocí níž je možné snadno určit aximální plochu okenního otvoru vzhledem k půdorysné ploše kritické místnosti při orientaci ke světovým stranám a při použití různých stínicích prvků. Byly sestaveny výpočtové modely, které v sobě zahrnují nejnepříznivější kombinaci vlivů z pohledu umístění kritické místnosti. Na těchto výpočtových modelech byla provedena série výpočtů, jejichž výsledkem jsou tabulky maximálních ploch okenních otvorů. Pomůcka nemůže zohlednit příznivé vlivy způsobené osazením stavby na konkrétní pozemek. Jedná se například o možnost stínění sousedními budovami, vegetací apod.

Pomůcka také nezohledňuje akumulaci tepla podlahovou konstrukcí a podkladním betonem na terénu a naopak vždy počítá se stropní konstrukcí jako střechou, zatíženou slunečním zářením. Použitím těchto okrajových podmínek je pomůcka zcela univerzální a na straně bezpečnosti. Pokud je známo osazení objektu na konkrétním pozemku, lze provést podrobné posouzení tepelné stability v letním období se započtením výše uvedených vlivů. To je výhodné v případě, že je posouzení s pomůckou na hraně. Pomůcku pro návrh maximálních ploch výplní otvorů v závislosti na použitých stínicích prvcích, orientaci okenního otvoru ke světovým stranám a ploše místnosti naleznete v tabulkách /07/ a /08/. Na kritické místnosti, která nás provází celým článkem, si ukážeme konkrétní použití.

Jedná se o místnost, která má podlahovou plochu 10,70 m2, proto ji budeme hledat v levé části tabulky /07/ mezi místnostmi s plochou do 16 m2 a ve sloupci s jižní orientací okna.

Pokud známe velikost okenního otvoru a tudíž i poměr plochy okenního otvoru a podlahové plochy, stačí dle velikosti tohoto poměru navrhnout kategorii opatření podle tabulky /08/. V případě, že má kritická místnost více oken, počítá se s poměrem všech ploch okenních otvorů ku podlahové ploše místnosti. U kritické místnosti, která má okenní otvory ve více stěnách, tím pádem s různou orientací ke světovým stranám, rozhoduje o orientaci okenních otvorů ve vztahu k tabulce /07/ převažující plocha, přičemž toto neplatí pro okna orientovaná na sever.

ZÁVĚR

V případě, že se tepelná stabilita v letním období podcení, může docházet k extrémním nárustům teploty vnitřního vzduchu. Problematika tepelné stability vždy vyžaduje pozornost projektantů. Na příkladech výpočtů je možné sledovat, že použitím konstrukcí s vyšší plošnou hmotností dochází k pozitivnímu ovlivnění tepelné stability v letním období. Ukazuje se ale, že samotné použití těžké plovoucí podlahy u dřevostavby bez stínicích prvků výplní otvorů nezajišťuje vyhovující stav. Osazení stínicích prvků na výplně otvorů je nejúčinějším nástrojem pro docílení vyhovujícího stavu. Při zpracování dokumentace DEKHOME se na tepelnou stabilitu pamatovalo. Byla vytvořena pomůcka pro projektanty, která usnadňuje posouzení tepelné stability v letním období domů DEKHOME zejména ve vazbě na výplně otvorů. Tato pomůcka je součástí publikací DEKHOME – příručka pro projektanty a distribuuje se spolu s typovými projekty DEKHOME.

<David Mařík>

Literatura:

[1] ČSN 73 0540-2:2007 (73 0540) „Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky“

[2] ČSN 73 0540-3:2005 (73 0540) „Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin“

[3] ČSN 73 0540-4:2005 (73 0540) „Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody“

[4] ČSN EN ISO 13791:2005 (73 0320) „Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Základní kritéria pro validační postupy“

[5] ČSN EN ISO 13792:2005 (73 0320) „Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Zjednodušené metody“

[6] Vyhláška 137/1998 Sb. „O technických požadavcích na výstavbu“ 

Zdroj: DEKTIME 02-2008, Časopis společnosti DEKTRADE pro projektanty a architekty