Sorník vědekýh prí Vysoké školy áňské - Tehniké univerzity Ostrv číslo, rok 2006, ročník VI, řd stvení Ivet SKOTNICOVÁ ZMĚNY VE VÝPOČTOVÝCH METODÁCH TEPELNĚ TECHNICKÝCH NOEM Astrt The rtile desries the most importnt hnges t lultion methods o therml resistne nd therml trnsmittne. These hnges re onneted with mendment o stndrds (espeilly ČSN 73 0540), whih re now more ohesioned with Europen nd interntionl stndrds. ÚVOD ok 2005 přinesl do olsti tepelně tehnikýh energetikýh výpočtŧ řdu změn. Tyto změny souvisí s novelizí popř. s vydáním novým tehnikýh norem neo eih změn, které sou oproti předhozímu znění víe provázány se soustvou iţ zvedenýh evropskýh mezinárodníh norem, které mí v návznosti n nové předpisy zistit zákldní poţdvek n úsporu energie tepelnou ohrnu udov. ZMĚNY TEPELNĚ TECHNICKÉ NOMY ČSN 730540 TEPELNÁ OCHANA BUDOV Tepelně tehniká norm prošl od roku 954, kdy vznikl, postupně mnoh změnmi. Ztím poslední úprvy yly provedeny roe 2005. Změny se dotkly všeh čtyř částí normy. ČSN 73 0540 :2005 Tepelná ohrn udov-část : Terminologie (s účinností od červn 2005) Změny: podroný popis všeh pouţívnýh veličin, změny v oznčení některýh veličin (npř. G k n M, td.) ČSN 73 0540 2:2002, změn Z/2005 Tepelná ohrn udov-část 2: Poţdvky (s účinností od řezn 2005) Změny: zpřísnění normovýh hodnot součinitele prostupu tepl U N pro některé konstruke (npř. střehy, nová okn), nové poţdovné hodnoty součinitele prostupu tepl U N pro lehké ovodové pláště šikmé výplně otvorŧ, nový poţdvek n posouzení lineárního odového činitele prostupu tepl tepelnýh vze konstrukí, nový stveně energetiký poţdvek U em. ČSN 73 0540 3:2005 Tepelná ohrn udov-část 3: Návrhové hodnoty veličin (s účinností od listopdu 2005) Změny: nový zpŧso odvození návrhovýh hodnot prmetrŧ vnitřního vněšího prostředí, doplnění novýh tulek (npř. kritiké vnitřní povrhové teploty si,r pro kritikou vnitřní povrhovou vlhkost si,r ve výši 80% 00%, návrhové hodnoty výplní otvorŧ souviseííh veličin, td.) ČSN 73 0540 4:2005 Tepelná ohrn udov-část 4: Výpočtové metody (s účinností od červn 2005) Ing., Ph.D., ktedr prostředí stve TZB, kult stveí, VŠB-TU Ostrv, L.Podéště 875, 708 00 Ostrv- Poru 205
Změny: odvození vnitřní povrhové teploty si pomoí teplotního ktoru vnitřního povrhu si neo poměrného teplotního rozdílu vnitřního povrhu si, výpočtové metody součinitele prostupu tepl konstrukí U s vlivem tepelnýh mostŧ (metody hrkteristikýh tepelnýh mostŧ, metody hrkteristikého výseku, výpočet z prŧměrné vnitřní povrhové teploty), výpočet elkového součinitele prostupu tepl U, součinitele prostupu tepl konstruke přilehlýh nevytápěnýh prostorŧ U U, součinitele prostupu tepl konstruke přilehlé zeminy U S, součinitele prostupu tepl otvorovýh výplní U w, prŧměrného součinitele prostupu tepl místnosti U m, prŧměrného součinitele prostupu tepl udovy U em, výpočet lineárníh odovýh činitelŧ prostupu tepl td. Nevýrzněší změny se v tepelně tehniké normě proevily ve výpočtovýh metodáh veličiny součinitele prostupu tepl. V tomto příspěvku ude věnován pozornost novým výpočtovým metodám pro stnovení součinitele prostupu tepl konstruke s vlivem tepelnýh mostŧ eih srovnání. Výpočtové metody součinitele prostupu tepl konstrukí s vlivem tepelnýh mostů Součinitel prostupu tepl U, ve W/(m 2 K), odpor při prostupu tepl T, v m 2 K/W, sou veličiny, které vydřuí prostup tepl elou konstrukí, z toho dŧvodu musí zhrnovt veškeré tepelné mosty iné přípdné zdroe nvýšení tepelnýh tokŧ v konstruki. Vliv tepelnýh mostŧ e moţné ve výpočtu znedt pouze tehdy, pokud eih souhrnné pŧsoení e menší neţ 5% součinitele prostupu tepl konstruke vypočteného s vlivem tepelnýh mostŧ. Součinitel prostupu tepl konstruke U ez vlivu tepelnýh mostů se pro ednorozměrné šíření tepl vypočte ze vzthu (): U T si se () kde e: d e tepelný odpor konstruke, v m 2 K/W, si, se sou odpory při přestupu tepl n vnitřní vněší strně konstruke, v m 2 K/W, pltné pro hodnoení prostupu tepl stnovené podle [3]. Součinitel prostupu tepl konstruke U s vlivem tepelnýh mostů se dá stnovit několik zpŧsoy: Metodou hrkteristikého výseku tzn. výpočtem součinitele prostupu tepl konstruke U, ve W/(m 2 K), z elé plohy neo z opkuíího se hrkteristikého výseku konstruke vhodné pro konstruke se systemtikými (prvidelně se opkuíími) tepelnými mosty (or. ), Metodou hrkteristikýh tepelnýh mostů tzn. výpočtem U id, ve W/(m 2 K), z ideálního výseku konstruke pro skldu mimo tepelný most (postupem pro ednorozměrné šíření tepl) z elkového zvýšení součinitele prostupu tepl vlivem všeh tepelnýh mostŧ v konstruki U tk, ve W/(m 2 K) vhodné pro konstruke s nesystemtikými tepelnými mosty, Výpočtem z průměrné vnitřní povrhové teploty sim elé konstruke neo eího hrkteristikého výseku, ve C, (popřípdě vyádřené v poměrném tvru ko prŧměrný teplotní ktor vnitřního povrhu sim neo prŧměrný poměrný teplotního rozdílu vnitřního povrhu sim ). 206
šířk hrkteristikého výseku Or. Chrkteristiký výsek konstruke se systemtikými tepelnými mosty Výpočet součinitele prostupu tepl metodou hrkteristikého výseku Pro výpočet součinitel prostupu tepl konstruke se systemtikými tepelnými mosty lze pouţít dv zpŧsoy přiliţný přesný. A) Přiliţný způso výpočtu vyhází z [7] e moţné ho pouţít pouze v přípdeh, kde tepelné mosty nesou tvořeny kovovými prvky. Nevýhod tohoto zpŧsou výpočtu e dán nepřesným výsledkem, který e vţdy ztíţen určitou hyou. T mŧţe ýt mlá, le i znčná. ovněţ n první pohled sloţité odvození výpočtu mŧţe někoho od této metody odrdit. Tento zpŧso má le i své výhody. Pro výpočet součinitele prostupu tepl U v místě hrkteristikého výseku konstruke není tře mít k dispozii výpočtové progrmy, výpočet e moţné provést en s klkulčkou. Pro přiliţný výpočet norm uvádí dvě metody stnovení součinitele prostupu tepl z horní dolní meze. B) Přesný způso výpočtu lze pouţít oeně pro koukoliv konstruki. Výpočet vyhází z řešení víerozměrného (většinou dvourozměrného) teplotního pole v hrkteristikém výseku konstruke. Výhodou tohoto zpŧsou e přesnost výsledku, určitou nevýhodou e nutnost pouţití vhodného výpočtového progrmu pro řešení teplotního pole. A) Přiližné metody výpočtu součinitele prostupu tepl stnoveného z horní dolní meze Metod - výpočet součinitele prostupu tepl U z () odporu při prostupu tepl T, v m 2 K/W, ze vzthu (2): ' " T T T (2) 2 kde e: kde ' T horní mez odporu při prostupu tepl, v m 2 K/W, stnovená z výsekŧ konstruke rovnoěţnýh s tepelným tokem podle vzthu (3): ' T T T T, T, T sou odpory při prostupu tepl, v m2 K/W, vypočtené pro kţdou část výseku (části, mimo tepelný most, část v místě tepelného mostu viz or.2) ze vzthu pro ednorozměrné šíření tepl (). A A A, sou poměrné plohy výseku, ezrozměrné (4) A A A, T (3) 207
" T e dolní mez odporu při prostupu tepl, v m 2 K/W, stnovená z vrstev kolmýh n tepelný tok ze vzthu () pro ednorozměrné šíření tepl, kde pro kţdou nestenorodou vrstvu se tepelný odpor, v m 2 K/W, stnoví ze vzthu: kde,, sou tepelné odpory mteriálŧ, v m 2 K/W, tvořííh nestenorodou vrstvu. T ( ) T ( ) T ( ) (5) vrstvy 3 2 Or.2 ozdělení hrkteristikého výseku n části Přiliţný výpočet e nevhodný pro konstruke s příliš nerovinnými příliš nerovnoěţnými povrhy pro konstruke, u kterýh pltí ( T/ T ) >,25. Metod - výpočet součinitele prostupu tepl U z () tepelného odporu, m 2 K/W, vzthem podle Fokin ' 2 " (6) 3 kde e: ' horní mez tepelného odporu konstruke, v m 2 K/W, stnovená z výsekŧ konstruke rovnoěţnýh s tepelným tokem podle vzthu: ' (7) Kde,, sou tepelné odpory konstruke, v m2 K/W, vypočtené pro kţdou část výseku (části, mimo tepelný most, část v místě tepelného mostu, viz or.2) ze vzthu pro ednorozměrné šíření tepl (),,, sou poměrné plohy výseku, ezrozměrné dle vzthu (4) " e dolní mez tepelného odporu konstruke, v m 2 K/W, stnovená z vrstev kolmýh n tepelný tok ze vzthu () pro ednorozměrné šíření tepl, kde pro kţdou nestenorodou vrstvu se tepelný odpor stnoví ze vzthu (5) Přiliţný výpočet e nevhodný pro konstruke s příliš nerovinnými příliš nerovnoěţnými povrhy pro konstruke, u kterýh pltí ( / ) >,25. 208
Oě přiliţné metody mí společnou dolní mez, horní meze se liší. B) Přesné metody výpočtu součinitele prostupu tepl řešením teplotního pole Zvolený hrkteristiký výsek konstruke se zdá do vhodného výpočtového progrmu podle zásd pro modelování tepelnýh mostŧ dle [5]. Dŧleţité e deinování okrovýh podmínek. N strně interiéru se pouţie návrhová vnitřní teplot i, ve C, n strně exteriéru se pouţie návrhová teplot venkovního vzduhu e, ve C. Odpory při přestupu tepl si se, m 2 K/W, se zdáví dle [3] hodnotmi pltnými pro hodnoení prostupu tepl (npř. si = 0,3 / 0,0/ 0,7 m 2 K/W). Pro stnovení součinitele prostupu tepl U, ve W/(m 2 K), z dvourozměrného teplotního pole se pouţie vzth (8): kde e: L 2D U L 2D lineární tepelná propustnost výsekem konstruke, ve W/(m K), stnovená řešením teplotního pole metodou konečnýh prvkŧ pomoí výpočtového progrmu (npř. AEA 2005), šířk hrkteristikého výseku, v m. Poznámk: Řešením teplotního pole e možné vyhodnoovt i nenižší vnitřní povrhovou teplotu konstruke si,min, ve C, npř. v místě tepelného mostu. V tomto přípdě udou okrové podmínky odlišné! N strně interiéru se použie teplot vnitřního vzduhu i, ve C, n strně exteriéru se použie návrhová teplot venkovního vzduhu e, ve C. Odpory při přestupu tepl se zdáví dle [3] hodnotmi pltnými pro hodnoení šíření vlhkosti rizik růstu plísní. (npř. si = 0,25 m 2 K/W). Výpočet součinitele prostupu tepl metodou hrkteristikýh tepelnýh mostů Metod hrkteristikýh tepelnýh mostŧ e vhodná pro výpočet součinitele prostupu tepl s nesystemtikými (neprvidelně se opkuíími) tepelnými mosty. Součinitel prostupu tepl U, ve W/(m 2 K), se vypočte ze vzthu (9): U U id U tk (9) kde e: U id součinitel prostupu tepl ideálního výseku konstruke, ve W/(m 2 K), pro skldu mimo tepelný most dle (), U tk = U tk, zvýšení součinitele prostupu tepl, ve W/(m 2 K), vlivem kţdého tepelného mostu (lineárního, odového, odového pro mehniky spoovné vrstvy) v konstruki. Pro přiliţné stnovení zvýšení součinitele prostupu tepl uvedené v [4]. (8) U tk e moţné pouţívt hodnoty Přesné stnovení zvýšení součinitele prostupu tepl U tk e moţné řešením víerozměrného teplotního pole v místě kţdého hrkteristikého tepelného mostu. K tomu e nutné pouţít vhodný výpočtový progrm. Výpočet U tk ude záviset n typu tepelného mostu v konstruki. Lineární tepelné mosty Jsou tepelnými mosty se shodnými řezy v ednom směru (npř. dřevěné krokve v zteplené střešní konstruki). Zvýšení součinitele prostupu tepl vlivem lineárníh tepelnýh mostŧ U tk,, ve W/(m 2 K), se stnoví z (0): 209
U l tk, (0) kde e: l délk -tého lineárního tepelného mostu v elé konstruki, v m; A ploh elé konstruke, v m 2 ; ψ A lineární činitel prostupu tepl lineárního tepelného mostu, ve W/(m K), stnovený z -tého výseku konstruke (pouze s -tým lineárním mostem) ze vzthu (): L 2D Kde L 2D e lineární tepelná propustnost -tým výsekem konstruke, ve W/(m K), stnovená řešením teplotního pole pomoí výpočtového progrmu (npř. AEA 2005), B šířk výseku s -tým lineárním tepelným mostem, v m. Bodové tepelné mosty Jsou tepelnými mosty ez shodnýh řezŧ v liovolném směru. Zvýšení součinitele prostupu tepl vlivem odovýh tepelnýh mostŧ U tk,, ve W/(m 2 K), se stnoví z (2): U U id n A () tk, (2) kde e: n počet -týh odovýh tepelnýh mostŧ v elé konstruki,ezrozměrný; χ odový činitel prostupu tepl -tého odového tepelného mostu, ve W/K, stnovený z - tého výseku konstruke s pouze -tým odovým tepelným mostem ze vzthu (3): L 3 U A (3) D Kde L 3D e prostorová tepelná propustnost, ve W/K, stnovená pomoí řešení trorozměrného teplotního pole pro -tý výsek konstruke s pouze -tým odovým tepelným mostem; A id ploh -tého výseku geometrikého modelu konstruke, v m 2, s pouze -tým odovým tepelným mostem. Bodové tepelné mosty pro mehniky spoovné vrstvy přes tepelnou izoli Pro mehniky spoovné vrstvy přes tepelnou izoli lze zvýšení součinitele prostupu tepl Utk,, ve W/(m2 K), stnovit přiliţně ze vzthu (4) dle [7], kde se tto hodnot oznčue ko koreke součinitele prostupu tepl U.. U.. n. A (4) kde e: součinitel z tulky v [7], npř. 6 m- pro sendvičové zdivo, 5 m- pro střehy, tepelná vodivost kotvy, v W/(m K), n počet kotev n metr čtvereční, A příčná prŧřezová ploh edné kotvy, v m2. 20
Výpočet součinitele prostupu tepl z průměrné vnitřní povrhové teploty konstruke Tento zpŧso výpočtu součinitele prostupu tepl e vhodný pro konstruke se systemtikými tepelnými mosty. Prŧměrná vnitřní povrhová teplot sim, ve C, se stnoví z vnitřníh povrhovýh teplot si, ve C, získnýh řešením teplotního pole pro hrkteristiký výsek konstruke. Dŧleţité e opět správné deinování okrovýh podmínek. N strně interiéru se pouţie teplot vnitřního vzduhu i, ve C, n strně exteriéru se pouţie návrhová teplot venkovního vzduhu e, ve C, Odpory při přestupu tepl se zdáví dle [3] hodnotmi pltnými pro hodnoení šíření tepl (npř. si = 0,3/ 0,0/ 0,7 m 2 K/W). Součinitel prostupu tepl U, ve W/(m 2 K), lze vypočítt ze vzthu (5): ( i sim ) U (5) ( ) Příkld výpočtu součinitele prostupu tepl s vlivem tepelnýh mostů si Pro šikmou střešní konstruki se systemtikými tepelnými mosty (krokvemi) sme stnovili součinitel prostupu tepl přiliţnou přesnou metodou. Konstruke oddělue prostředí o návrhové vnitřní teplotě i = 20 C, návrhové reltivní vlhkosti vnitřního vzduhu i = 50%, návrhové teplotě venkovního vzduhu e = -5 C. Šířk krokve se rovná 0,4 m. Šířk elého hrkteristikého výseku se rovná 0,9 m. Konstruke má skldu (od interiéru): Skld mimo tepelný most: sádrokrton tl. 0,025 m prozárn tepelná izole tl. 0,8 m dřevěné ednění tl. 0,020 m diúzní poistná hydroizole odvětrávná vzduhová mezer střešní ltění střešní krytin i e Skld v místě tepelného mostu: sádrokrton tl. 0,025 m prozárn dřevěná krokev tl. 0,8 m dřevěné ednění tl. 0,020 m diúzní poistná hydroizole odvětrávná vzduhová mezer střešní ltění střešní krytin Celková ploh výseku 0,844 m 2 Celková ploh výseku 0,56 m 2 Do výpočtu sou zhrnuty pouze vrstvy č., 3 4 z vnitřní strny konstruke. Výsledky výpočtu sou shrnuty v tule. T. Výsledky součinitele prostupu tepl konsturke s vlivem tepelnýh mostŧ Metody výpočtu přiliţná přesná Metod Fokinov metod Teplotní pole 2,22 2,79 T 3,25 T 2,99 T 3,2 2,80 L 2D 0,283 Součinitel prostupu tepl U [W/m 2.K] 0,32 0,36 0,3 2
Z uvedenýh výsledkŧ sou vidět rozdíly mezi vypočtenými hodnotmi. Nepřesněší výsledek odpovídá metodě řešením teplotního pole. Dříve se výpočty konstrukí s tepelnými mosty zednodušovly zhrnutím vlivu tepelného mostu ekvivlentním součinitelem tepelné vodivosti nestenorodé vrstvy. Součsně pltná norm tkovéto zednodušení nepovolue. V nšem příkldu y výsledek součinitele prostupu tepl při pouţití této zednodušuíí metody vyšel roven U = 0,33 W/(m 2.K). LITEATUA [] ČSN 73 0540 :2005 Tepelná ohrn udov-část : Terminologie [2] ČSN 73 0540 2:2005, změn Z/2005 Tepelná ohrn udov-část 2: Poţdvky [3] ČSN 73 0540 3:2005 Tepelná ohrn udov-část 3: Návrhové hodnoty veličin [4] ČSN 73 0540 4:2005 Tepelná ohrn udov-část 4: Výpočtové metody [5] ČSN EN ISO 02- Tepelné mosty ve stveníh konstrukíh - Tepelné toky povrhová teplot. Část : Zákldní výpočtové metody. Prh: ČNI 997. [6] ČSN EN ISO 4683 Tepelné mosty ve stveníh konstrukíh Lineární činitel prostupu tepl Zednodušené postupy orientční hodnoty. Prh: ČNI 2000. [7] ČSN EN ISO 6946 Stvení prvky stvení konstruke Tepelný odpor součinitel prostupu tepl Výpočtová metod. Prh: ČNI 998. Změn /2003. [8] KAŇKA, J., SVOBODA, Z.: Stvení yzik 3. ČVUT Prh 2004. eviewer: Do.Ing.rh. Jose Šmánek, CS. 22