Navrhování budov s ohledem na stavební tepelnou techniku

/autor: Ing. Kateřina Ullmannová/

Nároky na energetickou úspornost budov jsou v současnosti dány nejen legislativními požadavky, ale také koncovými uživateli staveb tlačených neustále se zvyšujícími cenami energií.
Současná legislativa je nastavena tak, aby při jejím dodržení bylo dosaženo energeticky vyváženého návrhu budovy spolu s hygienicky nezávadným vnitřním prostředím stavby.
V následujícím článku se seznámíte s konkrétními požadavky, jejich legislativním zakotvením a způsobem jejich řešení při zpracovávání návrhu konkrétní stavby


1.   Legislativní požadavky


1.1.   Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů


Stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek musí zajistit splnění požadavků na energetickou náročnost budovy a splnění porovnávacích ukazatelů, které stanoví prováděcí právní předpis, a dále splnění požadavků stanovených příslušnými harmonizovanými českými technickými normami.


1.2.   Vyhláška č. 148/2007 o energetické náročnosti budov


Vyhláška č. 148/2007 je prováděcí vyhláškou k Zákonu č. 406/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů.
Tato vyhláška mj. stanovuje požadavky na energetickou náročnost budovy, porovnávací ukazatele a výpočtovou metodu stanovení energetické náročnosti budov.
Porovnávací ukazatele jsou z hlediska stavební tepelné techniky splněny tehdy, když budova, její stavební konstrukce a jejich styky jsou navrženy a provedeny tak, že:
1. stavební konstrukce a jejich styky mají ve všech místech nejméně takový tepelný odpor, že na jejich vnitřním povrchu nedohází ke kondenzaci vodní páry a růstu plísní;
2. stavební konstrukce a jejich styky mají nejvýše požadovaný součinitel prostupu tepla a činitel prostupu tepla;
3. uvnitř stavebních konstrukcí nedochází ke kondenzaci vodní páry nebo jen v množství, které neohrožuje jejich funkční způsobilost po dobu předpokládané životnosti;
4. funkční spáry výplní otvorů mají nejvýše požadovanou nízkou průvzdušnost, ostatní konstrukce a spáry obvodového pláště budovy jsou téměř vzduchotěsné, s požadovaně nízkou celkovou průvzdušností obálky budovy;
5. podlahové konstrukce mají požadovaný pokles dotykové teploty, zajišťovaný jejich tepelnou jímavostí a teplotou vnitřního povrchu;
6. místnosti mají požadovanou tepelnou stabilitu v zimním i letním období, snižující riziko jejich přílišného chladnutí a přehřívání;
7. budova má nejvýše požadovaný průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy.
Splnění porovnávacích ukazatelů se ověřuje a hodnotí pomocí výpočtů podle technické normy ČSN 73 0540 a jejích normativních odkazů a souvisejících norem a předpisů.



1.3.   Norma ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov


Porovnávací ukazatel 1. = požadavek z hlediska nejnižší vnitřní povrchové teploty konstrukce


V zimním období musí konstrukce s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu  i ≤ 60 % mít v každém místě konstrukce teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi vyšší než je požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu fRsi,N:


fRsi  ≥ fRsi,N [-].


Výsledky tepelně technických výpočtů se doloží výpisem nejnižších hodnot teplotních faktorů vnitřního povrchu z řešení teplotních polí pro kritické detaily konstrukcí v zimním období. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje porovnáním zjištěného teplotního faktoru s požadovanou hodnotou.


Porovnávací ukazatel 2. = požadavek z hlediska součinitele prostupu tepla


Konstrukce musí mít v prostorech s relativní vlhkostí vnitřního vzduchu  i ≤ 60 % součinitel prostupu tepla U nižší než je požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla UN.


U ≤ UN [W/(m2K)].


Lineární činitel prostupu tepla Ψk i bodový činitel prostupu tepla χj tepelných vazeb mezi konstrukcemi musí být nižší než normou stanovené požadavky:


Ψk ≤ Ψk,N [W/(mK)];
χj ≤ χj,N [W/K].


Výsledky tepelně technických výpočtů se doloží výpisem hodnot součinitele prostupu tepla  pro všechny ochlazované konstrukce v zimním období spolu s výpisem hodnot lineárních a bodových činitelů prostupu tepla pro tepelné vazby mezi konstrukcemi. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje porovnáním zjištěných hodnot součinitelů prostupu tepla s požadovanými hodnotami, spolu s porovnáním zjištěných hodnot lineárních a bodových činitelů prostupu tepla s požadovanými hodnotami.


Porovnávací ukazatel 3. = požadavek z hlediska bilance a kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce


Pro stavební konstrukce se požaduje nižší množství roční zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce Mc než je nejvyšší přípustná hodnota Mc,N:


Mc ≤ Mc,N [kg/(m2a)].


V případě, že je ve stavební konstrukci připuštěna omezená kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce, nesmí v roční bilanci kondenzace a vypařování vodní páry zbýt žádné zkondenzované množství vodní páry, které by trvale zvyšovalo vlhkost konstrukce. Z toho vyplývá, že roční množství zkondenzované vodní páry Mc musí být nižší než roční množství vypařitelné vodní páry uvnitř konstrukce Mev:


Mc ≤ Mev [kg/(m2a)].


Výsledky tepelně technických výpočtů se doloží výpisem hodnot zkondenzovaného množství vodní páry uvnitř konstrukce pro všechny ochlazované konstrukce v zimním období, u konstrukcí s přípustnou omezenou kondenzací vodní páry uvnitř konstrukce také roční bilance kondenzace a vypařování vodní páry uvnitř konstrukce. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje buď zjištěním neexistující kondenzace vodní páry v konstrukci nebo porovnáním zjištěné hodnoty zkondenzovaného množství vodní páry uvnitř konstrukce Mc s požadovanými hodnotami Mc,N a porovnáním kondenzace a vypařování v ročním průběhu pro konstrukce s přípustnou omezenou kondenzací vodní páry.



Porovnávací ukazatel 4. = požadavek z hlediska průvzdušnosti


Součinitel spárové průvzdušnosti funkčních spár iLV musí u výplní otvorů a lehkých obvodových plášťů být nižší než je požadovaná hodnota iLV,N:


iLV ≤ iLV,N [m3/(s.m.Pa0,67)].


Součinitel spárové průvzdušnosti spár a netěsností v ostatních konstrukcích a mezi nimi navzájem musí být téměř nulový.


Celková průvzdušnost obálky budovy se může ověřit pomocí celkové intenzity výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa stanovené experimentálně podle ČSN EN ISO 13829. Doporučuje se dodržet normový požadavek:


n50 ≤ n50,N.[ h-1]


Splnění požadavku se doloží výpisem hodnot spárové průvzdušnosti iLV funkčních spár výplní otvorů a popisem opatření zajišťujících těsnost ostatních spár a netěsností obálky budovy, popř. kromě toho i experimentálním stanovením celkové intenzity výměny vzduchu n50 při tlakovém rozdílu 50 Pa. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje porovnáním zjištěných hodnot spárové průvzdušnosti iLV, popř. celkové výměny vzduchu n50 s požadovanými hodnotami iLV, N, popř. kromě toho n50,N.


Porovnávací ukazatel 5. = požadavek z hlediska poklesu dotykové teploty podlahy


Pokles dotykové teploty ΔΘ10 musí být nižší než je požadovaná hodnota poklesu dotykové teploty podlahy ΔΘ10,N:


ΔΘ10 ≤ ΔΘ10,N, [°C],


Tepelně technické výpočty se doloží výpisem hodnot ΔΘ10 pro všechny podlahy na ochlazovaných konstrukcích v zimním období a pro vytápěné podlahy na konci zimního období. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje porovnáním zjištěné hodnoty poklesu dotykové teploty podlahy s požadovanými hodnotami.


Porovnávací ukazatel 6. = požadavky z hlediska tepelné stability


Kritická místnost musí v zimním období, na konci doby chladnutí, vykazovat pokles výsledné teploty v místnosti ΔΘv(t) nižší než je požadovaná hodnota ΔΘv,N(t):


ΔΘv(t) ≤ ΔΘv,N(t), [°C].


Výsledky tepelně technických výpočtů se doloží výpisem hodnot poklesu výsledné teploty v místnosti v zimním období pro kritické místnosti. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje porovnáním zjištěných hodnot s požadovanými hodnotami.


Kritická místnost musí v letním období vykazovat
buď nejvyšší denní vzestup teploty vzduchu v místnosti v letním období ΔΘai,max nižší než je požadovaná hodnota ΔΘai,max,N:


ΔΘai,max ≤ ΔΘai,max,N ve °C


nebo nejvyšší denní teplotu vzduchu v místnosti v letním období Θai,max nižší než je požadovaná hodnota Θai,max,N:


Θai,max ≤ Θai,max,N ve °C


Výsledky tepelně technických výpočtů se doloží výpisem buď hodnot nejvyššího denního vzestupu teploty vzduchu v místnosti v letním období nebo nejvyšší denní teploty vzduchu v místnosti v letním období pro kritické místnosti. Splnění porovnávacího ukazatele se prokazuje porovnáním zjištěných hodnot s požadovanými hodnotami.



Porovnávací ukazatel 7. = požadavek z hlediska prostupu tepla obálkou budovy


Průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy Uem musí být nižší než normou požadovaná hodnota Uem,N:


Uem ≤ Uem,N [W/(m2K)].


Výsledky tepelně technických výpočtů se doloží hodnotou průměrného součinitele prostupu tepla. Doporučuje se doplnit klasifikační třídy prostupu tepla obálkou budovy a energetický štítek obálky budovy. Splnění porovnávacího ukzatele se prokazuje porovnáním zjištěné hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla s požadovanou hodnotou.


2.   Doporučený postup při návrhu budovy


Tepelně technickou stránku budovy je třeba řešit již při první fázi návrhu, tedy již při zpracování architektonické studie. První požadavek, který by měl být v tomto stupni projektu z hlediska tepelné techniky alespoň orientačně prověřen, je požadavek na prostupu tepla obálkou budovy. Z tohoto výpočtu vyplyne, zda postačí ochlazované konstrukce navrhovat na hodnoty součinitele prostupu tepla požadované normou či zda bude nutné konstrukce navrhovat na přísnější požadavky, které vzejdou z výpočtu.
Velkou roli při výpočtu a posuzování průměrného součinitele prostupu tepla hraje poměr ochlazované plochy a objemu vytápěného prostoru. Z tohoto vyplývá, že u členitějších objektů s velkou podlahovou plochou (Obr.1) mohou být vyžadovány konstrukce s nižší hodnotou součinitele prostupu tepla než je tomu u objektů s kompaktním tvarem (Obr.2).


 


Po stanovení požadavků na jednotlivé konstrukce následuje navržení konkrétních skladeb konstrukcí s ohledem na součinitele prostupu tepla a kondenzaci vodní páry v konstrukci. Z tohoto výpočtu vyplynou nutné tloušťky tepelných izolací spolu s dalšími předpoklady pro správnou funkci konstrukcí.


V další fázi návrhu objektu z hlediska tepelné techniky se vytipují kritické konstrukční detaily (Obr.3), u kterých se tepelně technickým výpočtem ověří splnění požadavků z hlediska povrchových teplot. I v této fázi tepelné technických výpočtů může dojít v některých místech ke zvýšení již navržených tloušťek tepelných izolací.


Ve fázi, kdy je jasné dispoziční uspořádání objektu, je třeba ověřit požadavky z hlediska tepelné stability u kritických místností. Z této fáze posouzení může vyplynout použití jednotlivých stínicích prostředků (rolet, žaluzií, markýz), barva fasády, barva střechy, plocha oken a jiné. Plocha výplní otvorů by měla být taková, aby byly splněny požadavky na denní osvětlení a bylo dosaženo efektivního využití sluneční energie v zimním období. Zbytečně velké prosklené plochy zvyšují tepelnou ztrátu objektu v zimním období a tepelnou zátěž místností v letním období.


Literatura


[1] Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů
[2] Vyhláška č. 148/2007 o energetické náročnosti budov
[3] Norma ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov


 


Obr.1   Členitý objekt 


Obr.2   Kompaktní objekt


Obr.3   Vyznačení některých kritických detailů