Tepelně technické posuzování slaměných konstrukcí

Transkript

1 Tepelně technické posuzování slaměných konstrukcí Thermal physics assessment of straw bale structures Ing. Daniel Grmela 1 Abstract Holistic approach to design of high-quality indoor climate in residential buildings, which impeaches maximum economic, social and environmental relations and effects, is coming to aplication of straw bales with the clay plasters and renders in the building structures as the one of the ways which completely fulfil so defined requirements but in spite of its stronge potential has yet to come into its own. This paper is an introduction to the broad issue of design and assessment straw structures from the point of view of thermal physics Keywords Bale balík, clay hlína, jíl, environmental mající vztah k životnímu prostředí, holistic approach celostní přístup, straw - sláma, air permeability průvzdušnost, thermal conductivity tepelná vodivost, convection proudění. 1 ÚVOD Přes zjevné výhody jako jsou minimální spotřeba energie na výrobu a provoz, nízká cena, dostatečná životnost a následná jednoduchá a ekologicky výhodná likvidace, využití lokálních zdrojů, přínos pro místní ekonomiku a vhodnost pro stavbu svépomocí brání širšímu využívání slaměných balíků ve stavebnictví zejména nedostatek tuzemských zkušeností, nedůvěra investorů a chybějící metodika pro navrhování. Tato seminární práce je úvodem do problematiky navrhování a posuzování stavebních konstrukcí ze slaměných balíků s hliněnými omítkami z hlediska tepelné techniky. V první části se zabývám jednotlivými možnými způsoby měření tepelně-technických vlastností stavebních materiálů dle stávající soustavy ČSN přicházejícími v úvahu pro měření slámy. Protože jsou však pro mě zatím zejména z finančních důvodů tato dále popisovaná měření zatím nedostupná, měřím tyto vlastnosti měřícím přístrojem Izomet, kterým disponuje laboratoř stavební fyziky našeho ústavu. Ověřuji vhodnost jeho použití pro určování tepelnětechnických vlastností slámy a hliněných omítek a přispívám k vývoji metodiky pro jeho používání, která prozatím chybí. S Ondřejem Fucimanem podávám v rámci projektu pro FRVŠ návrh na vylepšení jeho nedostatků. Izomet však není určen pro měření vlivu přenosu tepla konvekcí na velikost tepelného odporu, proto uvádím ideový návrh aparatury inspirovaný diskuzí s Janem Hollanem v rámci mezioborové konference Udržitelná energie a krajina pro měření tepelného odporu vrstvy slámy porovnávací metodou, kterou by tento vliv měřitelný byl. Vliv přenosu tepla prouděním na velikost tepelného odporu slaměné stěny analyzuji prozatím matematicky. Opírám se při tom o fyzikální teorii A. Bejana Convection Heat Transfer (Přenos tepla konvekcí), v souvislosti s určováním tepelného odporu slaměných stěn publikovanou Janem Hollanem v článku Jak fungují tepelné izolace a kdy dokonale. Závislost velikosti tepelného odporu vlivem přenosu tepla konvekcí jednak na teplotním spádu, jednak na tloušťce slaměné izolační vrstvy demonstruji pro názornost řadou grafů. Po sestrojení zmiňované aparatury a s využitím aparatury pro měření permeability (průvzdušnosti) stavebních materiálů darované našemu ústavu ústavem Technologie stavebních hmot a dílců (doc. Šťastníkem) budu moci v příštím semestru funkčnost a přesnost této teorie prakticky ověřit. 1

2 Výše uvedeným způsobem získané hodnoty tepelně-fyzikálních parametrů slámy, pak dále využiji v tepelně-technické analýze nízkoenergetického slaměného domu ve Sluneční ulici v Hradčanech Tišnově, který budu v průběhu příštího roku měřit. (Dostaneme-li Norský grant měřil bych dům v Bouzově-Podolí). Prozatím jej analyzuji aspoň početně. Vytvářím si o tomto objektu z tepelně-technického hlediska základní přehled. S využitím balíku programů Tepelná fyzika jej posuzuji dle platných ČSN. Pro vyšetření nebezpečí negativního vlivu nízké objemové hmotnosti slámy na tepelnou stabilitu místností diskutovaného v rámci mého příspěvku Využití slaměných balíků ve stavebních konstrukcích na 10. odborné konferenci doktorského studia Juniorstav 2008 se nyní zaměřuji právě na tuto problematiku. 2 ZPŮSOBY MĚŘENÍ TEPELNĚ-TECHNICKÝCH VLASTNOSTÍ STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ A VÝROBKŮ VHODNÉ PRO MĚŘENÍ SLÁMY A SLAMĚNÝCH KONSTRUKCÍ DLE ČSN Na této kapitole nyní pracuji, doplním ji v rámci doktorské seminární práce II. 3 OVĚŘENÍ VHODNOSTI POUŽITÍ PŘÍSTROJE IZOMET PRO MĚŘENÍ TEPELNĚ-TECHNICKÝCH VLASTNOSTÍ SLÁMY A HLINĚNÝCH OMÍTEK 3.1 O přístroji Izomet Stručné informace, které jsou od výrobce k přístroji k dispozici uvádím v následujícím odstavci. ISOMET (výrobce Applied Precision Bratislava ) je mikroprocesorem řízený ruční přístroj na přímé měření součinitele tepelné vodivosti, měrné objemové tepelné kapacity, součinitele teplotní vodivosti a teploty kompaktních, sypkých a kapalných materiálů pomocí výměnných jehlových a plošných sond. Každá sonda obsahuje zabudovanou paměť, ve které jsou uloženy její kalibrační konstanty. Měření je založeno na analýze průběhu časové závislosti teplotní odezvy na impulsy tepelného toku Obr. 1 Izomet do analyzovaného materiálu. Tepelný tok se vytváří rozptýleným elektrickým výkonem v odporu sondy, která je tepelně vodivě spojená s analyzovaným materiálem. Teplota odporu se snímá polovodičovým snímačem. Průběh teploty jako funkce času se v diskrétních bodech vzorkuje a těmito vzorky se prokládají regresní polynomy metodou nejmenších čtverců. Koeficienty regresních polynomů slouží k výpočtu termofyzikálních parametrů pomocí analytických vztahů. Rozlišovací schopnost přístroje : - součinitel tepelné vodivosti : W/mK - měrná objemová tepelná kapacita : J/m 3 K - teplotní vodivost : m 2 /s - teplota : 0.01 C 2

3 Nejistota měření: - součinitel tepelné vodivosti : +/-(10% hodnoty W/mK) - měrná objemová tepelná kapacita : +/-(15% hodnoty J/m 3 K) Rozsah pracovní teploty přístroje: 0 40 C Postup měření: Měření sypkých vzorků probíhá v odměrném válci, který je kvůli zjištění objemové hmotnosti zvážen prázdný a se vzorkem. Lisované tvárnice jsou zváženy a poté změřeny jejich rozměry. Na vzorek se umístí měřící sonda (do sypkých vzorků sonda jehlová, na lisované tvárnice sonda příložná), která je zapojena do vlastního přístroje a spustí se měřící proces. Doba měření je závislá na tepelných parametrech měřeného materiálu. Vlastní měření, včetně kontroly a optimalizace, trvá cca 4 min (z mojí zkušenosti je to cca 20 min). Po ukončení měření se hodnoty měřených veličin zobrazí na displeji přístroje. Po měření se vlhké vzorky umístí na 24 hodin do pece o teplotě 105 C a poté zváží (nutné pro výpočet vlhkosti). Obr. 2 Jehlová sonda Obr. 3 Příložná sonda 3.2 Měření Vzorky nepotřebují zvláštní přípravu před měřením, je pouze nutné před použitím příložných sond vytvořit hladkou plochu o průměru cca 5 cm, k zajištění dobrého přenosu tepla za sondy do vzorku. Jelikož příložnými sondami jsou zkoumány lisované tvárnice, tak již tímto lisováním (v ocelové formě) je dostatečná hladkost plochy zaručena. Vzorky a) Odběr vzorků Vzorky slámy a hlíny jsem odebral přímo ze stavby nízkoenergetického přírodního domu na pozemku C3 ve Sluneční ulici v Hradčanech u Tišnova. Vzorek pšeničné slámy jsem ze slaměného balíku odloupnul tak, aby nedošlo ke změně objemové hmotnosti ani orientace stébel (tak aby se stébla nepohnula). 3

4 Vzorek hliněné omítky mi tamější stavbyvedoucí odloupl přímo ze stěny vyšetřovaného objektu. Jde o jádrovou vrstvu vnitřní omítky v tloušťce 10 cm. Je vyrobena z místního jílu a písku (3:1) a slaměné řezanky. b) Stanovení vlhkosti vzorků Praktickou hmotnostní vlhkost vzorků (dále jen vlhkost) jsem stanovil jako: w = (m v -m s )/m s,kde m v hmotnost vzorku dané vlhkosti, stanovena vážením na elektronické váze vzápětí po měření tepelně-technických parametrů vzorků Izometem m s hmotnost suchých vzorků, stanovena opakovaným vážením vzorků za tepla, po jejich opakovaném vysušování v elektrické peci při teplotě 70 C až do ustálení hmotnosti. Pro přesné určení vlhkosti by byla třeba teplota 105 C. S ohledem na požární Obr. 4 Vzorky v peci bezpečnost (sláma) a časovou náročnost vysušování (sláma zvlášť, hlína zvlášť) jsem volil teplotu nižší, pro fázi hledání metodiky dostatečnou. Sláma m v = 409 g m s = 358 g w = (m v - m s )/m s = ( )/358 = 0,14 Hliněná omítka m v = 1235 g m s = 1167,5 g w = (m v - m s )/m s = ( ,5)/1167,5 = 0,06 Sláma Obr. 5 Vážení vzorku a) Ověření vlivu orientace stébel na tepelně fyzikální vlastnosti slámy Vzorek 1 Odloupnutá část slaměného balíku Obr. 6 Slaměný balík 4

5 Tab.1 - Měření Izometem vzorek 1 část slaměného balíku orientace sondy θ ( C) λ (W/mK) c p 10 6 (J/m 3 K) a 10-6 (m 2 /s) ρ (kg/m 3 ) w (%) rovnoběžně stébly se 19,1 0,0506 0,125 0,406 70* 20,6 0,0519 0,137 0,378 70* 14 kolmo na stébla 20,6 0,0629 0,192 0,328 70* 14 *objemová hmotnost uvažována shodná s objemovou hmotností balíku použitého na stavbě Hodnoty součinitele tepelné vodivosti slámy ve slaměném balíku odpovídají v obou směrech (kolmo a podél orientace stébel) hodnotám uváděných zahraničními zdroji. b) Stanovení závislosti tepelně-fyzikálních vlastností slámy na teplotě, objemové hmotnosti a vlhkosti. Vytvoření statistického souboru dat. Vzorek 2 snopek slámy svázaný provázkem K určení objemové hmotnosti potřebuji znát objem měřeného vzorku. Pokus o stanovení objemu slaměného vzorku (snopku) pomocí ponoření do vody: m snopek suchý = 12 g V voda = 415 ml V voda + snopek = 470 ml V voda po vyndání snopku = 390 ml V voda násak do snopku = = 25 ml V snopek + voda násak = = 80 ml V snopek = = 45 ml Zkouška porovnáním hmotností m snopek mokrý = 34 g m voda násak do snopku = = 22g stanoveno vážením m válec ml vody = 621,5 g m válec = 130,5 g m 500 ml vody = 491 g ρ vody = 491/0,5 = 0,982 kg/m 3 m voda násak do snopku = 0, = 24,55 g stanoveno měřením objemu a výpočtem Obr. 7 snopek na váze Obr. 8 snopek ve vodě 5

6 Hodnoty hmotnosti vody (kterou snopek nasákl při určování jeho objemu), stanovené měřením hmotnosti a stanovené měřením objemu + výpočtem se liší o 11 %, proto jsem hledal vhodnější metodu: Vzorek 3 snopek v odměrném válci Objemová hmotnost Objem stanoven zastrčením snopku natěsno do odměrného válce a sežíznutím jeho konce tak, aby objem snopku činil 250 ml. m válec = 46,5 g; m snopek + válec = 67,5 g m snopek = 67,5 46,5 = 21 g; V snopek = 250 ml; ρ snopek = 21/0,25 = 84 kg/m 3 Tepelně-fyzikální vlastnosti, statistický soubor Obr. 9 vzorek 3 Tab. 2 Měření Izometem vzorek 3 slaměný snopek jehlová sonda rovnoběžně s orientací stébel λ c p 10 6 (J/m 3 ρ θ ( C) (W/mK) K) a 10-6 (m 2 /s) (kg/m3) w (%) 19,13 0,0506 0,166 0, ,57 0,0515 0,172 0, ,57 0,0508 0,168 0, ,73 0,0516 0,175 0, ,73 0,0511 0,17 0, Směrodatná odchylka б (λ) = 0,0004 W/mK. Hliněná omítka Obr. 10 vzorek omítky Do zatvrdlé hliněné omítky, svojí konzistencí za normálních podmínek připomínající kámen, není žádná šance vpravit jehlovou sondu. Proto jsem zatím použil pouze málo přesnou sondu příložnou. Povrch vzorku jsem upravil pilkou na železo a sadou brusných papírů tak, aby byl o možná nejhladší, přesto není hladkost povrchu uspokojivá. V další měření zvažuji rozmíchání vzorku s vodou, vpravení jehlové sondy a měření po zatvrdnutí. V této první fázi jsem zatím chtěl vzorek zachovat v co možná nejméně pozměněném stavu, simulujícím stav při zabudování ve stavbě. 6

7 Vzorek 4 část jádrové hliněné omítky Stanovení objemové hmotnosti ponořením do vody v odměrné nádobě m vzorek přirozeně vlhký = 1230,5 g m odměrná nádoba = 173 g V voda = 1425 ml V voda+vzorek = 2100 ml V voda zbytek po násaku do vzorku = 1325 ml V vzorek+násak = = 775 ml V násak = = 100 ml V vzorek = = 675 ml Ověření přesnosti porovnáním objemu vody, kterou vzorek nasákl, určené měřením objemu a měřením hmotnosti + výpočtem m vzorek+násak = 1323 g m násak = ,5 = 93 g V násak výpočet = m násak /ρ voda =93/0,982 = 95 g Obr. 11 Stanovení objemu Hodnoty V násak výpočet a V násak se liší o 5 %, což lze prozatím považovat za uspokojivé. ρ vzorek = 1230,5/0,675 = 1823 kg/m 3 Dále správné určení objemové hmotnosti zvažuji ověřit měřením rozměrů. Vzorek se pokusím obrousit do tvaru kvádru kotoučovou bruskou k řezání kamene. Tepelně-fyzikální vlastnosti, statistický soubor Tab. 3 Měření Izometem vzorek 4 kus jádrové hliněné omítky příložná sonda θ λ c p 10 6 a ρ w (%) ( C) (W/mK) (J/m 3 K) 10 - (m 2 /s) (kg/m 3 ) 20,46 0,52 0,71 0, ,46 0,516 0,706 0, ,46 0,542 0,707 0, Směrodatná odchylka б (λ) = 0,014. Tab. 4 hodnoty λ hliněných směsí dle[1] Hodnoty λ naměřené Izometem odpovídají hodnotám udávaných literaturou [1], ta ovšem bohužel neuvádí, při jakých podmínkách byly zjištěny. 7

8 3.3 Zhodnocení Hodnoty součinitele tepelné vodivosti vyšetřovaných materiálů korespondují s hodnotami uváděnými v literatuře. Ve nasvědčuje tomu, že pomocí Izometu reálné hodnoty tepelně fyzikálních veličin slámy i hliněných omítek získat lze. S ohledem na absenci manuálu k přístroji Izomet vyplývá z mých měření zajímavé zjištění ohledně směru, ve kterém je měřena velikost součinitele tepelné vodivosti. Z porovnání jejích hodnot měřených při kolmém a rovnoběžném zavedení jehlové sondy do vzorku slámy, s hodnotami uváděnými v zahraniční literatuře vyplývá, že součinitel tepelné vodivosti je měřen ve směru kolmém k podélné ose sondy. 4 NÁVRH NA VYLEPŠENÍ IZOMETU Získání statisticky významného souboru dat je nyní z časových důvodů náročné. Jednotlivá měření trvají asi 20 minut. Poté je nutné si získaná data opsat z displeje a manuálně zpustit měření další. V rámci projektu pro FRVŠ Rozšíření stávajících předmětů stavební fyziky Přírodní stavební materiály jsem podal návrh Ondřeje Fucimana na vytvoření softwarově-hardwarového mostu digitální váha PC Izomet. Přístroj bude takto možno ovládat odkudkoli z internetu a získaná data, včetně hmotnosti (pro stanovení vlhkosti) budou průběžně automaticky zapisována. Takto bude možno získávat bez jakýchkoli časových nároků na lidskou práci jakkoli rozsáhlé soubory dat. Tím bude umožněno statistické vyhodnocování zjišťovaných parametrů vyšetřovaných materiálů. 5 IDEOVÝ NÁVRH APARATURY PRO MĚŘENÍ TEPELNÉHO ODPORU SLAMĚNÉ VRSTVY S VLIVEM PŘENOSU TEPLA KONVEKCÍ Na této kapitole nyní pracuji, doplním ji v rámci doktorské seminární práce II. Obalit 200l barely, dalo by se u nich měřit i stacionárně, tj. tak, že se odhadne příkon, který se tam pak elektricky pošle. Když by byly barely v laboratoři se stálou teplotou, a odhadlo by se to správně, tak by se prostě jejich teplota neměnila, po nahřátí a zaregulování příkonu. Nahřát se dají ponorným vařičem, regulovat a měřit nevím čím nejlíp, ale lidi od elektřiny to jistě vymyslí. Ustálený stav nastane pro slámu později než pro polystyrén, je těžká... 6 MATEMATICKÁ ANALÝZA VLIVU PŘENOSU TEPLA KONVEKCÍ NA TEPELNÝ ODPOR SLAMĚNÉ STĚNY (ZPRACOVÁNO DLE [2]) V izolační vrstvě, kterou se záření těžko prodírá, se v optimálním případe vzduch nepohybuje a většina tepelného toku pak probíhá srážkami molekul vzduchu, padá tedy na vrub tepelné vodivosti vzduchu. K tomu se přidává vedení vlákny (ta jsou tak pětkrát vodivější) a záření od vlákna ke vláknu. K vodivosti samotného vzduchu oba jevy přidají třetinu až polovinu. Tok tepla je nepřímo úměrný tloušťce izolační vrstvy. A ovšem přímo úměrný rozdílu teplot, velikosti izolované plochy a vlastní tepelné vodivosti materiálu. Pro všechny izolační materiály, přírodní i tovární, přibližně platí λ = 0,04 W/(m.K); odchylky nepřevyšují dvacet procent (jen nanočásticové velmi drahé materiály izolují dvakrát lépe, ve vakuových panelech dokonce pětkrát lépe). Jinak je to ovšem, když izolační vrstvou vzduch proudí, ať již samovolně (konvekcí, teplejší směrem vzhůru, chladnější dolů) nebo vlivem proudění okolního vzduchu. 8

9 6.1 Konvekce teoreticky Vliv proudění na tepelný tok se vyjadřuje tzv. Nusseltovým číslem. Je-li rovno jedné, je to případ, kdy se proudění nijak tepelně neprojevuje, tepelný tok se realizuje jen zářením a vedením ve vzduchu a vedením ve vláknech. Je-li rovno dvěma, pak to znamená, že proudění snížilo tepelný odpor izolační vrstvy na polovinu. Jak ukazují americká a dánská měření (napsal jsem si o ně, na odpověď čekám pozn. autora), a jak také vyplývá z teorie, to je právě případ slaměných balíku v situaci, kdy je venku mráz. Porézní izolační materiály proudění potlačují, kladou mu odpor. Odpor kladený proudění lze charakterizovat jediným geometrickým parametrem, permeabilitou, která má rozměr plochy a značí se obvykle K. Porézní tepelně izolační materiály ji mají v rozmezí 10-7 až metru čtverečního, lépe se to pamatuje v milimetrech čtverečních, kdy je to od jedné desetiny do jedné desetitisíciny. Nebo ještě lépe, jako odmocnina z této hodnoty, lze si ji představit jako jakýsi průměr kanálku, to je pak od tří desetin milimetru (balíky slámy) do setiny milimetru. Abychom získali Nusseltovo číslo Nu, vyjdeme z modifikovaného Rayleighova čísla Ram pro porézní vrstvy. Ram je úměrné výšce porézní dutiny H, teplotnímu rozdílu T a permeabilitě K. Pro obvyklou zimní teplotu v dutině a obvyklé materiály s λ = 0,04 W/(m.K) je to kolem Ram = 0,7 (H / 1 dm) (T / 10 K) (K / 0,01 mm 2 ) (1) Vodorovné homogenní vrstvy, i když v nich teplota klesá směrem vzhůru, zůstávají bez konvekce, pokud platí, že: Ram<40 (nebo <25, je-li vrstva nahoře otevřená, což by ale být neměla už kvůli možným poryvům větru). Nad tímto limitem platí: Nu = 1 + 0,04 (Ram 40) (2) Ve svislých vrstvách, jimiž jde tepelný tok příčně, se konvekce odehrává vždy. Ale Nusseltovo číslo zůstává pod 1,1 je-li Ram nižší než 10. Má-li konvektivní buňka čtvercový průřez (to muže být případ stěn z balíku slámy, vlivem nehomogenity na rozhraní balíku) pak zhruba platí (dle [2]), že Nu = 1 + Ram/100 pro Ram < 15, Nu = 0,8 + Ram/ 36 pro 15 < Ram < 40, Nu = 1 + Ram/ 45 pro 40 < Ram < 100. (3) Jinými slovy, Ram= 20 zhoršuje izolační vlastnosti o třetinu, Ram= 90 třikrát. Sláma má K = 0,1 mm 2 to je hodně. Taková hodnota vyplývá z publikovaných měření [např. 4, str. 43] i z měření, která prováděl Jan Hollan pomocí dlouhého polyetylenového vaku, dávajícího přetlak asi 1 Pa (měřené balíky měly objemovou hmotnost kolem 75 kg/m 2 ). K tomu, že musí být řádově takto velká, lze k ní dojít ale i úvahou. Reprezentuje totiž průřez typického póru. Kdyby byl čtvercový, pak by jeho hrana byla asi třetina milimetru, což je hodnota, která odpovídá stlačené vrstvě málo uspořádaných slaměných stébel. Sláma je ze všech izolačních materiálu nejhrubší, až na dřevěné štěpky (které už izolují zřetelně hůře), u všech ostatních vláknitých či vločkových materiálu, nemají-li objemové hmotnosti zvláště nízké, jsou póry tenčí. 9

10 Snížit modifikované Rayleighovo číslo lze bud snížením permeability, tedy přidáním dostatečně jemnozrnné frakce, nebo rozdělením vrstvy na menší buňky. U vodorovné vrstvy nad vytápěnými prostory stačí rozdělení na dvě poloviny (např. papírem, lepenkou nebo jakoukoliv starou fólií se spoustou dírek). Ram se sníží čtyřikrát. Dvě vrstvy balíků (celkové výšky 80 cm) by měly bez rozdělení Ram kolem 175, je-li teplotní spád 30 K. Po oddělení vrstev přepážkou, která proudění klade velký odpor, se Ram zmenší na 45. Tak lze dosáhnout hodnoty U kolem 0,06 W/m 2 K. Oproti tomu, pouhá jedna vodorovná vrstva standardních balíku má v takových podmínkách U velkou až 0,3W/m 2 K, a dvě neoddělené vrstvy asi stěží méně než 0,2! Ve zdi to není tak jednoduché. Vodorovné oddělení balíku nemůže pomoci (možná může i vadit). 80cm dvojitá vrstva se svislou bariérou proti konvekci uprostřed dává sice hodnotu U pod 0,1 (tak je izolovaný tepelný zásobník moštárny a seminárního centra v Hostětíně), ale většina lidí dává přednost tenčím stěnám. Výše uvedené hodnoty jsou převzaty z [2]. Dále uvádím hodnoty R au tak, jak jsem je dle teorie Přenos tepla konvekcí z [2] spočítal já. Z [2] však není jasné, zda lze pro výpočet Ram svislých vrstev uvažovat stejný vztah jako pro výpočet vrstev vodorovných. Prozatím uvažuji, že ano a na odpověď autora [2] na můj dotaz čekám. Počítal jsem dvěma způsoby. V prvním případě jsem závislost Nu na Ra uvažoval jako lineární lomenou funkci (3), v případě druhém jsem uvažoval kvadratickou závislost Nu na Ra, s koeficienty a, b, c určenými extrapolací z grafu 1 dle [3]. Literatura [3] totiž výpočet bohužel neuvádí, uvádí pouze graf, coby jeho výsledek. Nu = a + b.ra + c.ra 2 a = b = c = (4) Graf 1 Na = f(ra) 10

11 6.2 Srovnání aproximativních metod (funkce lineární lomená a funkce kvadratická) Uvažuji skladbu obvodového pláště reálného objektu dle kap. 7.x.x Tedy: hliněná omítka, tloušťka 80 mm, λ * = 0,526 W/m.K slaměný balík, tloušťka 500 mm, λ * = 0,051 W/m.K hliněná omítka, tloušťka 80 mm, λ * = 0,526 W/m.K * hodnoty měřené Izometem na reálných vzorcích z vyšetřovaného objektu Avšak pro větší názornost dalších souvislostí, uvádím hodnoty U a R pouze slaměného balíku v takovéto skladbě počítám s ním tak, jako by byl ve skladbě konstrukce z obou stran neprůvzdušně uzavřen, což hliněné omítky zaručí. Neprůvzdušnot hliněných omítek mi byla potvrzena zatím pouze ústně konzutlantem z instituce Pasivní dům a odborníky dalších organizací, v literatuře jsem tuto informaci zatím nenalezl a ani ji vlastním měřením nepotvrdil. Pouze v [1] jsem nalezl tuto tabulku, hodnota r d v ní uvedená, by s průvzdušností mohla souviset, avšak [1] k ní žádný komentář neuvádí. Co značí se mi nepodařilo zjistit. Tab 3 fyzikální vlastnosti hliněných omítek Funkce lineární lomená Výhodou je snažší výpočet požadovných hodnot z hlavy či tužkou na papír, nevýhoudou menší přesnost. Poslouží jako prvotní odhad. Z grafu 2 je patrné, že odhad zůstává na straně bezpečné. Výtah z výpočtů z excelu Sláma - balíky 30x50x60 cm Objemová hmotnost ρ = 70 kg/m 3 Tepelný tok rovnoběžně se stébly θi ( C) e ( C) θai ( C) Vnitřní návrhová teplota

12 tloušťka součinitel tepelné vodivosti relativní vlhkost venkovní teplota permeabilita Rayleighovo číslo Nusseltovo číslo tepelný odpor bez konvekce tepelný odpor s konvekcí H (m) λ (W/m.K) w (%) θe ( C) K (mm 2 ) Ra m.10-8 (K/m) Nu R (m 2.K/W) Rk (m 2.K/W) 0,5 0,063 < ,1 136,5 4,413 7,937 1,799 0,5 0, , ,150 7,937 1,912 0,5 0, ,1 115,5 3,888 7,937 2,042 0,5 0, , ,625 7,937 2,189 0,5 0, ,1 94,5 3,363 7,937 2,360 0,5 0, ,1 84 3,100 7,937 2,560 0,5 0, ,1 73,5 2,838 7,937 2,797 0,5 0, ,1 63 2,575 7,937 3,082 0,5 0, ,1 52,5 2,313 7,937 3,432 0,5 0, ,1 42 2,050 7,937 3,871 0,5 0, ,1 31,5 1,788 7,937 4,440 0,5 0, ,1 21 1,525 7,937 5,204 0,5 0, ,1 10,5 1,263 7,937 6,286 0,5 0, ,1 3,5 1,088 7,937 7,298 * pokračování R při přestupu tepla na vnitř. povrchu R při přestupu tepla na vnějším. povrchu součinitel prostupu tepla bez konvekce součinitel prostupu tepla s konvekcí U doporučená dle ČSN standart pasivního domu R si (m 2.K/W) R se (m 2.K/W) U (W/m 2.K) Uk (W/m 2.K) U N,20 (W/m 2.K) U N,20 (W/m 2.K) 0,130 0,040 0,123 0,508 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,480 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,452 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,424 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,395 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,366 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,337 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,307 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,278 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,247 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,217 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,186 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,155 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,134 0,25 0,15 Extrapolace z grafu pomocí vztahů: Ra m = 0,7.(H / 1 dm).(t / 10 K). (K / 0,01 mm 2 ) Nu = 1 + Ra m/100 pro Ra m=15, Nu = 0,8 + Ra m/36 pro 15 < Ra m < 40, Nu = 1 + Ra m/45 pro 40 < Ra m <

13 Funkce kvadratická Výhodou je vyšší přesnost, nevýhodou nutnost použití výpočetní techniky. Výtah z výpočtů z excelu Sláma - balíky 30x50x60 cm Objemová hmotnost ρ = 70 kg/m 3 Tepelný tok rovnoběžně se stébly θi ( C) e ( C) θai ( C) Vnitřní návrhová teplota tloušťka součinitel tepelné vodivosti relativní vlhkost venkovní teplota permeabilita H (m) λ (W/m.K) w (%) θi ( C) K (mm 2 ) tepelný Rayleighovo číslo Nusseltovo číslo odpor bez konvekce Ra m.10-8 (K/m) Nu R (m 2.K/W) tepelný odpor s konvekcí Rk (m 2.K/W) 0,5 0,063 < ,1 136,5 3,86 7,937 2,058 0,5 0, , ,69 7,937 2,153 0,5 0, ,1 115,5 3,50 7,937 2,265 0,5 0, , ,31 7,937 2,397 0,5 0, ,1 94,5 3,11 7,937 2,554 0,5 0, ,1 84 2,89 7,937 2,743 0,5 0, ,1 73,5 2,67 7,937 2,974 0,5 0, ,1 63 2,43 7,937 3,262 0,5 0, ,1 52,5 2,19 7,937 3,630 0,5 0, ,1 42 1,93 7,937 4,114 0,5 0, ,1 31,5 1,66 7,937 4,778 0,5 0, ,1 21 1,38 7,937 5,742 0,5 0, ,1 10,5 1,09 7,937 7,263 0,5 0, ,1 3,5 1,00 7,937 7,937 * 13

14 *pokračování R při přestupu tepla na vnitř. povrchu R si (m 2.K/W) R při přestupu tepla na vnějším. povrchu součinitel prostupu tepla bez konvekce R se (m 2.K/W) U (W/m 2.K) součinitel prostupu tepla s konvekcí U doporučená dle ČSN standart pasivního domu Uk (W/m 2.K) U N,20 (W/m 2.K) U N,20 (W/m 2.K) 0,130 0,040 0,123 0,449 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,430 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,411 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,390 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,367 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,343 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,318 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,291 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,263 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,233 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,202 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,169 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,135 0,25 0,15 0,130 0,040 0,123 0,123 0,25 0,15 Extrapolace z grafu kvadratickou funkcí: Nu = a + b. Ra m + c.ra m 2 a = 0, b = 0, c = -4,88E-05 Grafické srovnání lineární vs kvadratická Graf 2 Závislost Nusseltova čísla na teplotě (tl. izolace 500 mm) 30 Vnější teplota ( C) Nusseltovo číslo Nu lineárně Nu kvadraticky 14

15 Graf 3 Vliv přenosu tepla konvekcí na velikost tepelného odporu v závislosti na vnější teplotě (tl. izolace 0,5 m) Vnější teplota ( C) R k (W/m 2 K) Tepelný odpor (z Nu lineárně) Tepelný odpor (z Nu kvadraticky) Graf 4 Vliv přenosu tepla konvekcí na velikost součinitele prostupu tepla v závislosti na vnější teplotě (tl. izolace 0,5 m) Vnější teplota ( C) ,0 0,2 0,4 0,6 Uk(m 2 K/W) U (z Nu lineárně) U (z Nu kvadraticky) Rk jako funkce tloušťky izolační vrstvy pro různé teplotní spády Autor [2] doporučuje pro snížení vlivu konvekce rozdělení izolační vrstvy vrstvami lepenky. Tím dojde k snížení tloušťky vrstvy na níž přímo úměrně klesá velikost Rayleighova čísla. Negativní vliv konvekce na velikost tepelného odporu lze takto velmi podstatně snížit. Dělení slaměných balíků na vrstvy je však pracné. Proto by bylo žádoucí počet vrstev či jejich tloušťky optimalizovat. 15

16 Výtah z výpočtů z excelu Sláma - vrstvy tl. 500,250,167,125 mm Objemová hmotnost ρ = 70 kg/m 3 Tepelný tok rovnoběžně se stébly θi ( C) e ( C) θai ( C) Vnitřní návrhová teplota tloušťka součinitel tepelné vodivosti relativní vlhkost venkovní teplota permeabilita H (m) λ (W/m.K) w (%) θi ( C) K (mm 2 ) tepelný Rayleighovo číslo Nusseltovo číslo odpor bez konvekce Ra m.10-8 (K/m) Nu R (m 2.K/W) tepelný odpor s konvekcí Rk (m 2.K/W) 0,5 0,063 < ,1 136,5 3,86 7,937 2,058 0,5 0, , ,31 7,937 2,397 0,5 0, ,1 73,5 2,67 7,937 2,974 0,5 0, ,1 42 1,93 7,937 4,114 0,5 0, ,1 10,5 1,09 7,937 7,263 tloušťka součinitel tepelné vodivosti relativní vlhkost venkovní teplota permeabilita H (m) λ (W/m.K) w (%) θi ( C) K (mm 2 ) tepelný Rayleighovo číslo Nusseltovo číslo odpor bez konvekce Ra m.10-8 (K/m) Nu R (m 2.K/W) tepelný odpor s konvekcí Rk (m 2.K/W) 0,25 0,063 < ,1 68,25 2,55 7,937 3,110 0,25 0, ,1 52,5 2,19 7,937 3,630 0,25 0, ,1 36,75 1,80 7,937 4,418 0,25 0, ,1 21 1,38 7,937 5,742 0,25 0, ,1 5,25 1,00 7,937 7,937 tloušťka součinitel tepelné vodivosti relativní vlhkost venkovní teplota permeabilita H (m) λ (W/m.K) w (%) θi ( C) K (mm 2 ) tepelný Rayleighovo číslo Nusseltovo číslo odpor bez konvekce Ra m.10-8 (K/m) Nu R (m 2.K/W) tepelný odpor s konvekcí Rk (m 2.K/W) 0,167 0,063 < ,1 45,5 2,02 7,937 3,937 0,167 0, ,1 35 1,75 7,937 4,531 0,167 0, ,1 24,5 1,48 7,937 5,376 0,167 0, ,1 14 1,19 7,937 6,667 0,167 0, ,1 3,5 1,00 7,937 7,937 16

17 tloušťka součinitel tepelné vodivosti relativní vlhkost venkovní teplota permeabilita H (m) λ (W/m.K) w (%) θi ( C) K (mm 2 ) tepelný Rayleighovo číslo Nusseltovo číslo odpor bez konvekce Ra m.10-8 (K/m) Nu R (m 2.K/W) tepelný odpor s konvekcí Rk (m 2.K/W) 0,125 0,063 < ,1 34,125 1,73 7,937 4,590 0,125 0, ,1 26,25 1,52 7,937 5,211 0,125 0, ,1 18,375 1,31 7,937 6,054 0,125 0, ,1 10,5 1,09 7,937 7,263 0,125 0, ,1 2,625 1,00 7,937 7,937 Graf 5 Závislost Rk na tloušťce vrstev Vnější teplota ( C) Rk (W/m 2 K) 500 mm 2x250 mm 3x167 mm 4x125 mm 6.3 Zhodnocení Z konkrétních vypočítaných hodnot Rk a Uk nemá v tuto chvíli smysl vyvozovat žádné závěry, pravděpodobně realitě odpovídat nebudou. Konvekce na velikost tepelného odporu výzamný vliv zřejmě mít bude. Dle zahraničních zkušeností však ne zas až natolik velký, jak by vyplývalo z čistě fyzikální teorie. Tato záležitost bude nyní hlavním tématem mého dalšího výzkumu. V této fázi nejde o získání přesných hodnot, ale o hledání metodiky k jejich určování. Budu-li schopen vyjádřit vliv konvekce na velikost tepelného odporu slaměné stěny jako funkci teplotního spádu a tloušťky izolace, mohu ji pak implementovat do stávajících metod dle ČSN pro výpočty tepelných ztrát, tepelné stability, bilance zkondenzované vodní páry, posouzení rizika kondenzae apod... Tato záležitost zůstává jakýmkoli novým poznatkům otevřená. Bohatý zdroj vědecky erudovaných a aktuálních informací týkajících se mj. také této problematiky si slibuji od knihy Bruce Kinga Design of straw bale building (2007), kterou jsem si nyní po dlouhém váhání, vzhledem k její vysoké ceně, objednal. 17

18 7 NÍZKOENERGETICKÝ RODINNÝ DŮM HRADČANY Objektem, na který se zaměřuje moje tepelně-technická analýza uvedená v dalších kapitolách je nízkoenergetický rodinný dům na pozemku C3 ve Sluneční ulici v Hradčanech u Tišnova. Spoustu zajímavých informací z průběhu jeho realizace lze nalézt zde: Pro bližší nastínění konceptu této stavby uvádím výtah z jeho projektové dokumentace: 7.1 Z technické zprávy Urbanistické, architektonické a stavebně technické řešení a) Pozemek se nachází v údolní nivě Čebínského potoka. Jeho ochranné pásmo 6 m od hranice vodoteče zasahuje na pozemek. Západní část pozemku se nachází v záplavovém území stoleté vody. V souvislosti s vodotečí je zde zvýšená hladina spodní vody. Pozemek má rovinatý charakter, mírně se svažující k severovýchodu. b) Dům je umístěn v severovýchodním rohu pozemku, kde je jeho nejvyšší niveleta (247 m.n.m.). Při severní a západní straně pozemku je do této úrovně navršen zemní val, jenž chrání pozemek před zaplavováním stoletou vodou. Snížená část pozemku (mezi zemním valem) je využita pro zahradní jezírko přírodního charakteru. Dům se orientuje směrem do zahrady tedy k jihu a západu. celková zastavěná plocha: 243 m 2 dům - vytápěná část: 109 m 2 dům - nevytápěná část: 40 m 2 přístřešek: 75 m 2 sklep: 19 m 2 celkový obestavěný prostor: 1053 m 3 dům - vytápěná část: 650 m 2 dům - nevytápěná část 123 m 2 přístřešek: 255 m 2 sklep: 55 m 2 zpevněná plocha - dřevěná terasa: 26 m 2 plocha ozeleněné střechy: 120 m 2 plocha zahradního jezírka: 266 m 2 plocha zpevněné příjezdové cesty: 108 m 2 c) Dům je navržen v duchu ekologického, přírodě blízkého stavění. Tomu odpovídají použité materiály, a to jak z hlediska architektonického tak konstrukčního. Základními materiály určujícími tento dům jsou nehraněná dřevěná kulatina, izolace slaměnými balíky, vnitřní hliněné omítky a ozeleněné vegetační střechy. Dům je dvoupodlažní, kdy horní podlaží má menší půdorysnou plochu než přízemí. Dům je zastřešen plochými ozeleněnými střechami. Střecha nad rozšířeným přízemím je na východní 18

19 straně přetažena do strany a vytváří zde krytý přístřešek pro dvě automobilové stání. Na opačné straně přístřešku než dům je celá konfigurace uzavřena zemním valem v němž je umístěn samostatně stojící vlhký sklep. Vlastní dům je členěn na vytápěnou vysoce zateplenou část a nevytápěnou část s pomocnými prostory (zádveří, šatna, sklad). V přízemí se nachází společný obytný prostor, členěný na části kuchyň - jídelní kout - obytný prostor. Dále technologické a sociální zázemí a ložnice. Patro tvoří soukromou část domu s pokoji a koupelnou. Z jižní strany k domu přiléhá zimní zahrada skleník s přímým vstupem z obytnou části domu. Ideu přírodě blízkého domu bude zachovávat i úprava pozemku, kde hlavním prvkem je navržené víceúčelové zahradní jezírko na principu biotopu. d) Dům je navržen jako nízkoenergetický, to znamená dům vysoce zateplený. Tomu odpovídá i konstrukční řešení, které odděluje funkci nosnou a výplňovou tepelně izolační. Použité materiály respektují ideu přírodě blízkého stavění. Nosnou část domu tvoří dřevěná konstrukce z nehraněné kulatiny. Stěnové výplně jsou tvořeny slaměnými balíky uzavřenými mezi silnostěné omítky (cca 50 mm). Z vnitřní strany jsou užity omítky hliněné, které fungují zároveň jako parozábrana. Z vnější strany je omítka na bázi vápenného hydrátu MULTIBAT, jenž zaručuje prodyšnost skladby navenek. (Ve skutečnosti realizovány také jako hliněné. pozn. autora) Pro nevytápěnou část domu je obvodová konstrukce řešena jako samostatná. Konstrukční desky na vnější straně deska WP, na vnitřní straně deska MDF, vytváří dutinu, jenž je vyplněna foukanou tepelnou izolací CLIMATIZER PLUS. Dům je zastřešen bezúdržbovými ozeleněnými vegetačními střechami. Skladba střechy odděluje funkci tepelně izolační (balíky slámy) a hydroizolační provětrávanou mezerou krokví. Hydroizolační část zajišťuje fólie POTAN G na bázi PVC chráněná z obou stran geotextilií. Oplechování a kotvení je řešeno pomocí poplastovaných plechů VIPLANYL.. e) Vytápěná část domu je zaizolována balíky slámy o šíři mm. To odpovídá tepelnému odporu konstrukce 7,4-10,6 m2*k/w. Okna jsou zdvojená na principu špaletových oken s užitím dvojskel. Venkovní dveře jsou tepelně izolační typu EURO. f) Z hlediska vyšší hladiny podzemní vody je dům založen na základovém roštu tvořeném základovými pasy o šířce 600 mm. Rošt je uložen na masivním štěrkovém loži o mocnosti 600 mm (500 mm štěrk hrubé frakce mm štěrk jemné frakce). g) Dům je navržen ve velké míře z přírodních recyklovatelných materiálů. Svým provozem nevytváří žádné nežádoucí splodiny, hluky, vibrace, či jiné negativní účinky. h) Vjezd na pozemek z místní obslužné komunikace se nachází v jeho jihovýchodním rohu. Přístup k domu vede po zpevněné štěrkové ploše se schopností retence vodních srážek. Doprava v klidu je zajištěna přístřeškem pro dvě automobilová stání. i) Ochrana proti emanaci radonu se tohoto domu netýká, neboť způsobem založení je stavba od terénu oddělena provětrávanou mezerou o min. šířce 500 mm. V domě je navíc použit systém řízeného větrání s rekuperací, jenž je sám o sobě protiradonovým opatřením do lokalit s vysokým radonovým rizikem. j) Projekt stavby dodržuje obecně technické požadavky na výstavbu dle vyhlášky č. 137/1998 Sb. 19

20 7.2 Situace stavby Obr. 12 Sluneční ulice, umístění pozemků Obr. 13 NED C3 Situace M 1:200 20

21 7.3 Odezva kritické místnosti na tepelnou zátěž v letním období Výpočet odezvy kritické místnosti na tepelnou zátěž v letním období jsem provedl v programu Simulace Porovnal jsem různé varianty zasklení a stínění výplní otvorů a variantu obvodového pláště realizovanou slaměnou jsem porovnal s variantou imaginární - zděnou z cihel plných pálených, tedy materiálu s opačnými hodnotami tepelně fyzikálích veličin než má sláma, aby byl rozdíl, co možná nejmarkantnější. Obr.14 - Kritická místnost - Řez příčný Obr.15 - Kritická místnost - Pohled jižní Obr.16 - Kritická místnost - Pohled západní 21

22 Obr.17 - Kritická místnost - Půdorys Simulace nabízí dva výpočtové modely: metodu tepelné jímavosti a R-C metodu. Pro jejich osvětlení uvádím výtah z nápovědy k programu: METODA TEPELNÉ JÍMAVOSTI Výpočet odezvy místnosti na tepelnou zátěž v letním období metodou tepelné jímavosti (admittance method) vychází z ČSN EN ISO 13792, příloha A.3. Jedná se o model hodnotící místnost kvazistacionárně s použitím dynamických tepelně technických vlastností obalových konstrukcí. Na základě výpočtu verifikačních příkladů uvedených v ČSN EN ISO a lze modul používající metodu tepelné jímavosti zařadit do třídy B (střední přesnost výpočtu). V programu Simulace byly bez úprav použity všechny vztahy (A28) až (A54) s výjimkou vztahu (A38), který byl upraven do tvaru:, kde, max. ale jen 1. Vliv rychlosti dosažení kvazistacionárního stavu Pro vysvětlení této úpravy je nejprve nutné uvést, že původní vztah (A38) pro zisky přes jednotlivé neprůsvitné konstrukce vychází z předpokladu, že již došlo k dosažení tzv. kvazistacionárního stavu. Tedy, že uvažované teploty v exteriéru trvají tak dlouho, že už si na ně libovolná obalová konstrukce zvykne. Uvažuje se totiž, že přes neprůsvitné konstrukce prochází vždy teplo rovné součinu zvýšenému či sníženému jen o mírné denní variace. Čím je stěna masivnější, tím jsou tyto denní variace zanedbatelnější. Ve vztahu je průměrná teplota vnějšího prostředí působící na stěnu (průměr z ekvivalentních slunečních teplot za celý den). Jinými slovy to znamená, že se předpokládá 22

23 dosažení určitého ustáleného stavu v konstrukci jako základu pro výpočet zisků. Kolem tohoto stacionárního stavu pak probíhají mírné variace. Problémem tohoto modelu je ovšem předpoklad, že všechny konstrukce reagují na tepelnou zátěž v podstatě s podobnou časovou prodlevou. To ovšem není pravda, jak lze snadno zjistit. Předpokládejme například, že se vnější teplota dlouhodobě pohybuje kolem střední hodnoty 15 C. Poté se teploty zvednou například na průměrných 25 C a oscilují mezi 18 a 32 C. Stěna složená ze SDK, minerálních vláken a SDK na toto zvýšení vnějších teplot zareaguje do cca 5 hodin. Stěna z plynosilikátu tl. 400 mm zareaguje zhruba za 48 hodin a kamenná stěna tl mm až za téměř 12 dní. Dosažení kvazistacionárního stavu, který je jedním z východisek modelu ČSN EN ISO 13792, tak nastane u běžných konstrukcí velmi rychle (maximálně 2-3 dny), zatímco u značně masivních konstrukcí to může trvat i měsíc. Rychlost dosažení kvazistacionárního stavu by se tedy měla u místností v objektech s masivními hmotnými konstrukcemi ve výpočtu alespoň orientačně zohlednit, protože v našich klimatických podmínkách není reálné, aby trvalo extrémně horké období zcela bez ochlazení po dobu 14 a více dní. Upravený vztah (A38) byl do programu Simulace zaveden z výše komentovaných důvodů. Veličina představuje počet hodin, během kterých trvají klimatické podmínky uvažované ve výpočtu ještě před okamžikem 0, kdy se výpočet zahajuje. Veličina je počet hodin od času 0 (začátku výpočtu). Hodnota je počet hodin, které potřebuje konstrukce, aby dosáhla kvazistacionárního stavu při zvýšení průměrné venkovní teploty o předepsaný počet stupňů (v programu se stanovuje s pomocí nestacionárního 1D vedení tepla jako časový úsek, který konstrukce potřebuje, aby rozložení teplot v její skladbě - stanovené pro náhlý vzestup vnější teploty o předepsaný počet stupňů - odpovídalo stacionárnímu rozložení teplot s odchylkou 0,1 C). Prakticky se tato modifikace uplatňuje ve výpočtu pouze tehdy, pokud s ní uživatel chce počítat a pokud zadá dva parametry: * počet dnů, během kterých již před okamžikem zahájení výpočtu trvají uvažované klimatické podmínky * vzestup venkovní teploty - tj.rozdíl mezi průměrnou venkovní teplotou v době před zvýšením teplot a po něm (Tyto parametry jsem v této fázi analýzy objektu nezadával pozn. autora) Příklad: Týden trvají teploty kolem průměru 10 C, následuje zvýšení na průměrných 20 C. Cílem výpočtu je vyhodnotit chování místnosti třetí den po zvýšení teplot. Do počtu dnů se v tomto případě zadá hodnota 3 a do vzestupu teploty hodnota 10 C. Efekt diskutované úpravy je značný především u místností s velmi hmotnými konstrukcemi a s malou výměnou vzduchu. U moderních objektů s lehčími konstrukcemi či u místností dosti větraných je vliv upraveného vztahu (A38) velmi malý. 23

24 R-C METODA Výpočet odezvy místnosti na tepelnou zátěž v letním období R-C metodou (R-C method) vychází z ČSN EN ISO 13792, příloha A.2. Jedná se o tříbodový model vycházející z analogie mezi elektrickým obvodem a místností. Na základě výpočtu verifikačních příkladů uvedených v ČSN EN ISO a lze modul používající R-C metodu zařadit do třídy A (nejvyšší přesnost výpočtu). V programu Simulace byly bez úprav použity všechny vztahy (A1) až (A27). Vliv rychlosti dosažení kvazistacionárního stavu nebyl do modulu R-C metody zahrnut. Všechny výsledky získané R-C metodou tedy představují chování místností po dosažení kvazistacionárního stavu Varianta 1 Dveře a okna s reflexivním 4 mm sklem s velkým odrazem a světlýmí lamelovými žaluziemi zvenčí, celková propustnost slunečního záření g = 0,05. Obvodový plášť má skladbu dle projektové dokumentace konstrukce, tedy hliněná omítka 80 mm, slaměný balík 500 mm, hliněná omítka 80 mm. Metoda tepelné jímavosti ODEZVA MÍSTNOSTI NA VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ TEPELNOU ZÁTĚŽ V LETNÍM OBDOBÍ podle ČSN EN ISO Simulace 2007 Název úlohy : Zpracovatel : Tepelna Technika Zakázka : Datum : KONTROLNÍ TISK VSTUPNÍCH DAT : Datum a zeměpisná šířka: Objem vzduchu v místnosti: , 52 st m3 Okrajové podmínky výpočtu: Čas n Fi,i Te Intenzita slunečního záření pro jednotlivé orientace [W/m2] [h] [1/h] [W] [C] I,S I,J I,V I,Z I,H I,JV I,JZ I,SV I,SZ

25 Vysvětlivky: Te je zákl. teplota vnějšího vzduchu, n je násobnost výměny a Fi,i je velikost vnitřních zdrojů tepla. Zadané neprůsvitné konstrukce: Konstrukce číslo 1... vnější jednoplášťová konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.11 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: jih Venkovní teplota: Te1 Pohltivost záření: 0.60 Činitel oslunění se stanovuje výpočtem. Přesah markýzy: 0.50 m 1 hliněná omítka slaměný balík hliněná omítka Činitel poklesu F,a: 0.03 Časový posun Fi: 12.0 h Činitel povrchu F,s: 0.27 Činitel jímavosti Y: 3.33 W/K Konstrukce číslo 2... vnější jednoplášťová konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.11 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: západ Venkovní teplota: Te1 Pohltivost záření: 0.60 Činitel oslunění se stanovuje výpočtem. Přesah markýzy: 0.50 m 1 hliněná omítka slaměný balík hliněná omítka Činitel poklesu F,a: 0.03 Časový posun Fi: 12.0 h Činitel povrchu F,s: 0.27 Činitel jímavosti Y: 3.33 W/K Konstrukce číslo 3... vnitřní konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.54 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.13 m2k/w 1 Hliněná omítka Nepálená cihla Hliněná omítka Činitel poklesu F,a: 0.10 Časový posun Fi: 2.6 h Činitel povrchu F,s: 0.51 Činitel jímavosti Y: 2.23 W/K Konstrukce číslo 4... vnitřní konstrukce Plocha konstrukce: 6.27 m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.65 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.13 m2k/w 25

26 1 Hlliněná omítka Ytong Malta cementová Činitel poklesu F,a: 0.48 Časový posun Fi: 5.0 h Činitel povrchu F,s: 0.57 Činitel jímavosti Y: 1.97 W/K Konstrukce číslo 5... vnější jednoplášťová konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.13 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.10 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: horizont Venkovní teplota: Te1 Pohltivost záření: 0.60 Činitel oslunění: hliněná omítka prkna jíl rákosová rohož balíky slámy mazanina s Multibate prkna PVC fólie Půdní substrát Činitel poklesu F,a: 0.01 Časový posun Fi: 3.3 h Činitel povrchu F,s: 0.32 Činitel jímavosti Y: 3.10 W/K Konstrukce číslo 6... vnitřní konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.95 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.17 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w 1 prkna jíl s dřevěnou štěpk prkna hliněná omítka Činitel poklesu F,a: 0.25 Časový posun Fi: 2.8 h Činitel povrchu F,s: 0.48 Činitel jímavosti Y: 2.37 W/K Zadané vnější průsvitné konstrukce: Konstrukce číslo 1 Plocha konstrukce: 2.52 m2 Souč. prostupu tepla U*: 1.06 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: jih Venkovní teplota: Te1 Propustnost záření g: Činitel prostupu TauE: Terciální činitel Sf3: Korekční činitel rámu: 0.90 Korekční činitel clonění: 1.00 Činitel oslunění se stanovuje výpočtem. Přesah markýzy: 0.50 m Sekundární činitel Sf2: Činitel jímavosti Y: 0.96 W/K Konstrukce číslo 2 Plocha konstrukce: 3.24 m2 Souč. prostupu tepla U*: 1.06 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: západ Venkovní teplota: Te1 Propustnost záření g: Činitel prostupu TauE: Terciální činitel Sf3: Korekční činitel rámu: 0.90 Korekční činitel clonění: 1.00 Činitel oslunění se stanovuje výpočtem. Přesah markýzy: 0.50 m Sekundární činitel Sf2: Činitel jímavosti Y: 0.96 W/K 26

27 VÝSLEDKY VYŠETŘOVÁNÍ ODEZVY MÍSTNOSTI: Metodika výpočtu: metoda tepelné jímavosti Obalová plocha místnosti At: m2 Měrný tepelný zisk prostupem Ht: W/K Celk. činitel jímavosti místnosti Yt: W/K Celkový činitel povrchu F,sm: Opravný činitel f,c: Opravný činitel f,r: Výsledné vnitřní teploty a tepelná zátěž: Teplota Teplota Teplota Čas Tepelná zátěž vnitřního vzduchu střední radiační výsledná operativní [h] [W] [C] [C] [C] Minimální hodnota: Průměrná hodnota: Maximální hodnota: Graf 6 27

28 R-C metoda ODEZVA MÍSTNOSTI NA VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ TEPELNOU ZÁTĚŽ V LETNÍM OBDOBÍ podle ČSN EN ISO Simulace 2007 Název úlohy : Zpracovatel : Tepelna Technika Zakázka : Datum : KONTROLNÍ TISK VSTUPNÍCH DAT : Datum a zeměpisná šířka: , 52 st. Objem vzduchu v místnosti: m3 Souč. přestupu tepla prouděním: 2.50 W/m2K Souč. přestupu tepla sáláním: 5.50 W/m2K Činitel f,sa: 0.10 Okrajové podmínky výpočtu: Čas n Fi,i Te Intenzita slunečního záření pro jednotlivé orientace [W/m2] [h] [1/h] [W] [C] I,S I,J I,V I,Z I,H I,JV I,JZ I,SV I,SZ

29 Vysvětlivky: Te je teplota vnějšího vzduchu, n je násobnost výměny v místnosti a Fi,i je velikost vnitřních zdrojů tepla. Zadané neprůsvitné konstrukce: Konstrukce číslo 1... vnější jednoplášťová konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.11 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: jih Pohltivost záření: 0.60 Činitel oslunění se stanovuje výpočtem. Přesah markýzy: 0.50 m 1 hliněná omítka slaměný balík hliněná omítka Tepelná kapacita C: kj/m2k Konstrukce číslo 2... vnější jednoplášťová konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.11 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w Orientace kce: západ Pohltivost záření: 0.60 Činitel oslunění se stanovuje výpočtem. Přesah markýzy: 0.50 m 1 hliněná omítka slaměný balík hliněná omítka Tepelná kapacita C: kj/m2k Konstrukce číslo 3... vnitřní konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.54 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.13 m2k/w 1 Hliněná omítka Nepálená cihla Hliněná omítka Tepelná kapacita C: kj/m2k Konstrukce číslo 4... vnitřní konstrukce Plocha konstrukce: 6.27 m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.65 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.13 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.13 m2k/w 1 Hlliněná omítka Ytong Malta cementová Tepelná kapacita C: kj/m2k Konstrukce číslo 5... vnější jednoplášťová konstrukce Plocha konstrukce: m2 Souč. prostupu tepla U*: 0.13 W/m2K Tep.odpor Rsi: 0.10 m2k/w Tep.odpor Rse: 0.07 m2k/w 29