1. Okrajové podmínky pro tepeln technické výpo ty

Transkript

1 1. Okrajové podmínky pro tpln tchncké výpo ty Správné stanovní okrajových podmínk j jdnou z základních součástí jakéhokol tchnckého výpočtu. Výjmkou njsou an tplně tchncké analýzy. V násldující kaptol bud uvdn stručný přhld njdůlžtějších okrajových podmínk pro vnější vntřní prostřdí Vnější prostřdí Tplota V tplně tchnckých výpočtch s tplota vnějšího prostřdí uplatňuj různým způsobm v závslost na konkrétním typu výpočtu. Základní a njvíc používanou hodnotou j návrhová tplota vnkovního vzduchu v zmním období, ktrá závsí na změpsné poloz a nadmořské výšc hodnocného objktu. Stanoví s z vztahu h 100 θ = θ,100 + θ,, kd θ,100 j základní návrhová tplota vnkovního vzduchu v nadmořské výšc 100 m n. m. v dané tplotní oblast v C, θ,100 j tplotní gradnt v dané tplotní oblast v C a h j nadmořská výška úrovně ±0,00 objktu v m (obvykl tdy nadmořská výška 1. NP). Vypočtná hodnota θ s upravuj vždy směrm dolů na njblžší clé číslo (např. hodnota -12,4 C na -13 C). Rozložní čtyř základních tplotních oblastí na úzmí Čské rpublky ukazuj Obr. 1. Základní návrhová tplota vnkovního vzduchu θ,100 s pro oblast 1 až 4 uvažuj -12 C, -14 C, -16 C a -18 C. Tplotní gradnt θ,100 nabývá hodnot -0,5 C pro oblast 1, -0,3 C pro oblast 2 a -0,2 C pro zbylé dvě oblast. Návrhová vnkovní tplota j samozřjmě tplotou vnkovního vzduchu. Často j ovšm nutné hodnott Obr. 1 Tplotní oblast v zmním období konstrukc v styku s nvytápěným prostory č zmnou. V takových případch s obvykl používají orntační hodnoty tplot uvdné v ČSN a ČSN (Tab. 1 a Tab. 2). Upozornt j třba na to, ž něktré hodnoty mohou být dns jž zastaralé. Například v kotlnách č sklpch mohou být tploty nžší (1) Tab. 1: Tploty v zmně podl ČSN , Tab. H.5 Prostor Tplota př návrhové vnkovní tplotě vyšší nž -15 C nžší nž -15 C Tplota v zmně pod podlahou nbo u sutrénní stěny v hloubc nad 3 m 5 až 10 C (horní hranc platí pro střd rozlhlých podlah, např. u hal) Tplota v zmně u stěny do hloubky 1 m -3 C -6 C Dtto v hloubc 1 až 2 m 0 C -3 C Dtto v hloubc 2 až 3 m 3 C 0 C

2 Tab. 2: Něktré tploty v nvytápěných prostorách podl ČSN , Tab. A.6 Prostor Tplota př návrhové vnkovní tplotě vyšší nž -15 C nžší nž -15 C Místnost sousdící částčně s vytápěným místnostm a částčně s vnějším prostřdím, s vnkovním dvřm 0 C -3 C Vntřní chodby 15 C Sklpy zcla pod trénm 5 až 10 C Sklpy částčně nad trénm větrané 0 C -3 C Kotlny, strojovny 15 až 20 C vzhldm k nžším tchnckým ztrátám kotlů a výraznější tplné zolac v stropních konstrukcích. Stjně tak nžší mohou být tploty pod podlaham a to zvláště u nízkonrgtckých objktů. V případch, kdy j potřbné tplotu v nvytápěném prostoru stanovt přsněj, s vychází z tplné blanc nvytápěného prostoru Φ, (2) t, + Φ v, + Φ = Φ t, + Φ v, kd Φt, a Φv, jsou tplné zsky prostupm a větráním z okolních vytápěných prostorů v W, Φt, a Φv, jsou tplné ztráty prostupm a větráním do xtréru v W a Φ j vntřní zsk tpla v W (např. od osob). Dtalně rozpsaný vztah (2) j uvdn v čl v ČSN Nž s podívám podrobněj na zadávání tplot v zmně, zmňm s jště o tplotě v větrané vrstvě dvouplášťových konstrukcí. Norma ČSN např. přdpokládá, ž v této vrstvě j vždy vyšší tplota nž v xtréru, a to mnmálně o 3 C. Skutčně tomu tak bývá, al přsto s v tplně tchnckých posouzních dvouplášťových konstrukcí přdpokládá, ž tplota vzduchu v větrané vrstvě j v zmním období stjná jako návrhová tplota vnkovního vzduchu. U zadávání tplot v zmně do výpočtu j vlc důlžté, za jakým účlm s výpočt provádí. Pokud hodnotím dtal č konstrukc z hldska povrchových tplot, zadává s přdpokládaná tplota v zmně (typcky 5 C) do hloubky 3 m pod trénm (u npodsklpných objktů) č do hloubky 1 m pod podlahou (j-l podlaha víc nž 2 m pod povrchm trénu). Tplotu v zmně s doporučuj uvažovat stjnou Rozměry pro výpočt povrchových tplot (mn mm) umístění podmínky (5 C) Rozměry pro výpočt tplných toků Obr. 2 Okrajové podmínky v zmně podl ČSN EN ISO jako průměrnou roční tplotu vnějšího vzduchu, ktrá s v běžně obývaných místch v ČR pohybuj zhruba od 3 C do 8 C. Tabulková hodnota 5 C (vz Tab. 1) j tdy dobř použtlná. Pokud hodnotím tplné toky (počítám-l tdy např. lnární čntl prostupu tpla), okrajová podmínka s do zmny vůbc nzadává. Nové vropské výpočtové postupy tuto njstou okrajovou podmínku raděj zcla obcházjí. Na Obr. 2 j pro lustrac naznačno, jak s volí rozměry zmny uvažované v výpočtu dtalu základu v závslost na typu výpočtu. Dalším důlžtým tplotam jsou průměrné měsíční tploty vnějšího vzduchu, ktré jsou nzbytné například pro výpočt roční blanc vodní páry podl ČSN EN ISO nbo pro přsnější výpočt potřby tpla na vytápění podl ČSN EN 832. Tyto hodnoty jsou uvdny pro různé

3 ůěč nadmořské výšky v ČSN v Tab. H.3, lz však použít hodnoty publkované ČHMÚ. Na Obr. 3 j vdět pro lustrac průběh měsíčních tplot vnkovního vzduchu v různých nadmořských výškách v ČR. ní tplota [C] sí m. m 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 200 m n.m. 400 m n.m. 600 m n.m. 800 m n.m m n.m. Pr -5, Měsíc Obr. 3 Průměrné měsíční tploty vnějšího vzduchu v různých nadmořských výškách v ČR Vnkovní tplota [C] 30,0 27,5 25,0 22,5 20,0 17,5 15, Čas [h] Obr. 4 Dnní průběh tploty vnkovního vzduchu v ltním období podl ČSN V tplně tchnckých výpočtch hodnotících chování místností v ltním období s jště používají dvě další vnkovní tploty. První z nch j průměrná ltní dnní tplota vnkovního vzduchu, ktrá pro ČR ční 20,5 C a ktrá s využj př výpočtu tplné stablty místností v ltním období podl ČSN Druhá j časově závslá tplota vnkovního vzduchu běhm ltního dn, ktrá j potřbná pro výpočt odzvy místnost na tplnou zátěž podl ČSN EN ISO a a ktrou lz nalézt v ČSN v Tab. H.8 (Obr. 4) Rlatvní vlhkost Návrhovou rlatvní vlhkost vnějšího vzduchu lz podl ČSN stanovt z vztahu 93 θ 3153,5 ϕ =, [%] (3) θ 39,17 kd θ j návrhová tplota vnkovního vzduchu v C v rozmzí od -21 C do 25 C. Návrhová rlatvní vlhkost v zmně s uvažuj podl ČSN EN ISO hodnotou 100%.

4 ůěč ů čě Pro výpočty jsou potřbné průměrné měsíční rlatvní vlhkost vnějšího vzduchu. Získat tyto hodnoty z měřní j bohužl podstatně obtížnější nž v případě tplot. Naštěstí jsou průměrné rlatvní vlhkost vnějšího vzduchu pro výsldky tplně tchnckých výpočtů podstatně méně významné nž průměrné měsíční vnkovní tploty. Lz proto bz vlkých rzk stanovt průměrnou měsíční vnkovní rlatvní vlhkost v souladu s ČSN výpočtm z vztahu (3). Na Obr. 5 jsou vdět průměrné měsíční rlatvní vlhkost vnějšího vzduchu pro Prahu spolu s měrným vlhkostm vnějšího vzduchu. Za přpomnutí na tomto místě stojí sc m. m sí ní rlatvní vlhkost [%] Pr Měsíc Rl. vlhkost Měrná vlhkost rná m. m sí ní m vlhkost [g/kg] Obr. 5 Průměrné měsíční rlatvní a měrné vlhkost vnějšího vzduchu pro Prahu obcně známá, al občas zapomínaná skutčnost, ž absolutní vlhkost vnějšího vzduchu j v létě vyšší nž v změ,ačkolv jho rlatvní vlhkost j nžší. Vzduch tdy v létě obsahuj víc vodní páry nž v změ (j rálně vlhčí). Na druhou stranu j vnkovní vzduch v změ blíž stavu svého nasycní. Pr 1.2. Vntřní prostřdí Tplota Tplota vntřního prostřdí s do tplně tchnckých výpočtů zavádí s pomocí dvou vlčn. První vlčnou j návrhová vntřní tplota, ktrá odpovídá výsldné opratvní tplotě v místnost jdná s tdy o hodnotu zahrnující vlv tploty vzduchu a vlv povrchových tplot ohrančujících konstrukcí. V vropských normách s tato tplota označuj také jako tplota suchého tploměru. Základní hodnoty návrhové vntřní tploty uvádí pro různé místnost Tab. I.1 v ČSN a Tab. NA.2 v ČSN EN Toto umístění napovídá něco o hlavním využtí návrhové vntřní tploty zmíněná vlčna s totž používá hlavně př výpočtch souvsjících s tplným ztrátam a potřbou tpla na vytápění. Druhá vlčna návrhová tplota vntřního vzduchu j nzbytná př posuzování stavbních konstrukcí a dtalů. Jdná s vlastně o tplotu vntřního vzduchu bz vlvu sálání z okolních ploch. Obvykl s pro jjí stanovní používá zjdnodušný vztah z ČSN : θ =& θ + θ, [ C] (4) a a kd θ j návrhová vntřní tplota v C (přvzatá např. z ČSN nbo z projktu vytápění) a θa j přrážka podl typu objktu a způsobu vytápění, ktrá s stanoví z Tab. I.2 v ČSN (Tab. 3). Pro přsnější výpočt návrhové tploty vntřního vzduchu lz použít postup uvdný v čl v ČSN Pro výpočty roční blanc vodní páry podl ČSN EN ISO j nutné znát průměrné měsíční hodnoty návrhové tploty vntřního vzduchu. Obvykl s v tomto případě přdpokládá, ž návrhová tplota stanovná z vztahu (4) j konstantní po clý rok. Pozor j ovšm třba dát na místnost, ktré jsou v zmním období vytápěné na tplotu nžší nž 20 C (typcky 10 až 15 C). U těchto místností nlz takto nízkou tplotu vntřního vzduchu použít pro ltní měsíc to by v skutčnost znamnalo, ž tyto místnost budou v ltním období chlazné! Doporučuj s proto v těchto případch průměrnou měsíční návrhovou tplotu vntřního vzduchu v tpljších částch roku odhadm zvýšt.

5 < Tab. 3: Přrážka na vyrovnání rozdílu mz návrhovou vntřní tplotou a tplotou vntřního vzduchu Přrážka θ a [ C] Budova Vytápění Vytápění sálavé Vytápění radátory (např. podlahové konvkční ústřdního topní vytápění) bytová a občanská do roku ,0 1,0 3,0 bytová a občanská od 1975 do ,0 0,5 1,5 bytová a občanská po roc ,6 0,3 0,9 nízkonrgtcká 0 průmyslová s vlm lhkou a lhkou prací 1,0 0,5 1,5 průmyslová s střdně těžkou a těžkou prací 2,0 1,0 3,0 Poznámka: Hodnoty v tabulc platí pro původní objkty. Objkt po rkonstrukc s považuj za novostavbu. Závěrm s jště zmňm o posuzování konstrukcí u vysokých objktů (např. hal), kd j nutné počítat s zvyšováním tploty vntřního vzduchu s stoupající výškou vntřního prostoru. Norma ČSN doporučuj počítat v takových případch s vzstupm návrhové tploty vntřního vzduchu o 0,3 C na každý mtr výšky místnost, počínaj úrovní 1,5 m nad podlahou. Zmíněné zvýšní tploty vzduchu s uplatní pro všchny místnost s světlou výškou nad 5 m Rlatvní vlhkost Správné stanovní rlatvní vlhkost vntřního vzduchu j dost důlžtou součástí každého výpočtu, protož na něm značně závsí výsldné tplně vlhkostní chování konstrukcí. V výpočtch s njčastěj používá tabulková návrhová rlatvní vlhkost vntřního vzduchu, ktrá j pro různé typy místností uvdna v Tab. I.1 v ČSN Obvykl s jdná o hodnotu 50%, ktrá s používá pro všchny běžné prostory s výjmkou prostorů s suchým, vlhkým a mokrým provozy. Pokud s hodnotí větraný prostor s známým zdroj vlhkost, j možné rlatvní vlhkost vntřního vzduchu spočítat. Použít lz například vztah z ČSN EN ISO ϕ p, sat G T + T ϕ = 100 n V 2 100, p, sat [%] (5) kd ϕ j rlatvní vlhkost vnkovního vzduchu v %, p,sat j částčný tlak nasycné vodní páry v vnkovním vzduchu v Pa, G j produkc vodní páry v ntréru v kg/s, n j násobnost výměny vzduchu v 1/s, V j objm vzduchu v ntréru v m 3, T j absolutní tplota vntřního vzduchu v K, T j absolutní tplota vnkovního vzduchu v K a p,sat j částčný tlak nasycné vodní páry v vntřním vzduchu v Pa. Potřbné částčné tlaky nasycné vodní páry lz stanovt z vztahů 17,269 θ 237,3+ θ θ p sat = 610,5 pro 21,875 θ 265,5+ θ θ p sat = 610,5 pro 0 C 0 C. [Pa] (6) Pro výpočt roční blanc vodní páry podl ČSN EN ISO jsou v případě rlatvních vlhkostí nutné jjch průměrné měsíční hodnoty. Tyto hodnoty s stanovují trojím způsobm podl typu hodnocného prostoru: u klmatzovaných místností s rlatvní vlhkost dfnuj pro jdnotlvé měsíc jako známá konstanta

6 ř u místností s známou produkcí vodní páry a výměnou vzduchu (např. př nucném větrání) j možné rlatvní vlhkost pro jdnotlvé měsíc vypočítat z vztahu (5) a končně u běžných přrozně větraných místností s provádí jjch zatřídění do vlhkostních tříd a rlatvní vlhkost vntřního vzduchu s pak násldně stanovuj na základě vlhkost vnějšího vzduchu a přrážky odpovídající příslušné vlhkostní třídě. Podívjm s víc na posldní z možností, protož jd o njtypčtější stuac v bytových a občanských stavbách v ČR. Průměrná rlatvní vlhkost s stanovuj pro každý měsíc z vztahu p, 100 = ϕ sat ϕ + p, [%] (7) 100 p, sat kd p j zvýšní částčného tlaku vodní páry v vntřním vzduchu vlvm vntřního provozu v Pa. Objkty pozmních stavb jsou v ČSN EN ISO rozdělny z hldska svého provozu na pět základních vlhkostních tříd (Tab. 4). Pro každou vlhkostní třídu j dfnována vlhkostní přrážka p závslá na aktuální tplotě vnkovního vzduchu (Obr. 6). Njvyšší přrážka j vždy př njnžších vnkovních tplotách vzhldm k tomu, ž s v těchto podmínkách přdpokládá njnžší větrání. Přrážky jsou samozřjmě jn odborným odhadm, ktrý vychází z obvyklé vlhkost vntřního vzduchu v různých přrozně větraných stavbách v Evropě. Pro posuzování běžných přrozně větraných bytových a občanských stavb s v souladu s ČSN používá vždy 4. vlhkostní třída. V případě méně častých suchých č naopak vlhkých a mokrých provozů s postupuj ndvduálně, obvykl podl projktové dokumntac. Tab. 4: Vlhkostní třídy podl ČSN EN ISO Vlhkostní třída Budova, provoz 1 Sklady a ostatní objkty bz zdrojů vlhkost a bz pobytu osob 2 Kanclář a obchody s nucnou výměnou vzduchu 3 Obytné budovy s malým obsazním osobam 4 Běžné obytné budovy, kuchyně, jídlny 5 Budovy s vlhkým provozm (prádlny, plavcké bazény, sportovní haly atd.) Pokud s počítá rlatvní vlhkost vntřního vzduchu podl vztahu (7), přstává být v průběhu roku konstantní. Lép pak odpovídá skutčným rlatvním vlhkostm v ntrérch stavb bz vzduchotchnky, pro ktré j typcká právě proměnná rlatvní vlhkost vntřního vzduchu (v létě vyšší, v změ nžší). Na Obr. 7 j pro lustrac uvdn charaktrstcký roční průběh rlatvní vlhkost vntřního vzduchu pro různé vlhkostní třídy. Průběhy platí pro Prahu a pro návrhovou tplotu vntřního vzduchu 21 C běhm clého roku. rážka p [Pa] P Tplota vnějšího vzduchu [C] 1. třída 2. třída 3. třída 4. třída 5. třída Obr. 6 Přrážky p pro vlhkostní třídy podl ČSN EN ISO Jště j třba upozornt, ž ČSN ČSN EN ISO požadují zavést do výpočtu dfuz vodní páry a jjí roční blanc bzpčnostní přrážku 5% k rlatvní vlhkost vntřního vzduchu. Pro běžné bytové a občanské stavby s tdy př těchto výpočtch obvykl použj výsldná hodnota rlatvní

7 vlhkost 55%. Přrážka 5% zohldňuj npřsnost použté výpočtové mtody a kolísání rálných okrajových podmínk. Rlatvní vlhkost [%] třída Pozor ovšm př použtí 2. třída spcalzovaných programů do 40 něktrých z nch s tato přrážka 3. třída 30 nzadává, protož j programy 4. třída přdávají samy automatcky (např třída Tplo). Přrážka 5% s také npoužívá př hodnocní rzka 10 vznku plísní na vntřním povrchu 0 stavbních konstrukcí (tj. př Měsíc ověřní splnění požadavku na njnžší vntřní povrchovou Obr. 7 Roční průběh rlatvní vlhkost vntřního vzduchu tplotu). Požadavk na njnžší vntřní povrchovou tplotu s stanovuj vždy jn pro základní hodnotu rlatvní vlhkost vntřního vzduchu (tj. obvykl pro 50%).