FAST, VŠB TU OSTRAVA WORKSHOP Pracovní skupina Prostředí staveb Ing. Jiří Labudek, Ph.D. Ing. Naďa Zdražilová Ing. Jiří Teslík
Workshop č. 1 Porovnání spotřeby energie ve městě a mimo město 4. 11. 2013
Předmětem Workshopu č. 1. bylo sestavení skupiny studentů, kteří se zúčastní série workshopů konaných v rámci projektu Partnerství v oblasti energetiky CZ.1.07/2.4.200/31.0080. Cílem prvního tématu bylo donutit studenty přemýšlet nad energetickou provázaností moderních energeticky úsporných budov a osobní denní dopravy do místa realizace stavby. Součásti výstupu je analýza formátu standardní české rodiny z pohledů studentů. Studenti definovali rodinu cestující pomocí MHD a osobními automobily. Studenti, také definovali pasivní dům a ekonomicky porovnávali solitérní bydlení v městské aglomeraci a ve venkovském rodinném domě. Výstupní dokument viz. příloha Pracovní skupina FAST 229 VN1PSF01
Workshop č. 2 a č. 3 Superizolační konstrukce 1, 2 11. a 18. 11. 2013
V návaznosti na Workshop č. 1. bylo definováno pro Workshop č. 2 a č. 3 téma: Superizolační konstrukce pro stavby budoucnosti. Cílem tohoto tématu bylo studentům předvést fyzikální limity stavebních materiálů. V souvislosti s EPBD II (evropská směrnice o energetické náročnosti staveb) jim byl zadán velmi náročný úkol spočívající v návrhu konstrukce o špičkových izolačních parametrech U = 0,07 W/m 2 K. Tato extrémní hodnota směřuje ke stavebním konstrukcím potřebných pro udržení nastartovaného cíle (až k roku 2050) a dynamiky vývoje stavebních konstrukcí až k budovám v nulovém standardu. Studenti během realizace svých prací (viz. přílohy elaboráty + fotodokumentace z přednášek) učinili závěr, že současné materiály nebudou dostačovat pro současný trend snižovaní energetických potřeb, limitně se blížící se nule, nutných pro provoz moderních budov. Přínosem pro studenty bylo zjištění, že současné materiály jsou na svých fyzikálních limitech obzvláštně v oblasti součinitele tepelné vodivosti λ (téma pro Workshop č. 5 a č. 7). Přednes studentů dosažené výsledky + diskuze
Workshop č. 4 Denní osvětlení, proslunění moderních staveb 25. 11. 2013
Účelem workshopu je seznámení s potřebami lidského organismu, které jsou spojeny se světelnými podmínkami v interiéru budovy a zároveň s potřebou přímého slunečného záření, které má přímý vliv na biologické pochody organismu. Požadavky jsou popsány v ČSN 73 0580 2. Na základně těchto normových požadavků je úkolem navrhnout v dané místnosti vhodný osvětlovací tvor. Následně je pak posouzeno, jakým způsobem se tento otvor podílí na tepelné ztrátě obvodové konstrukce, zde je demonstrován význam volby vhodného okna jak z hlediska jeho velikosti, tak co se týká volby zasklení. Dále je pak proveden výpočet nejvyšší denní teploty vzduchu v dané místnosti, neboť její povolená hodnota, blíže specifikovaná v ČSN 73 0540 2 na 27 C, bývá vlivem osazení nadměrně velkých otvoru velice často překračována. Za tímto účelem jsou použity výpočtové programy WDLS 4.1, Teplo 2011, Simulace 2011. 1) Denní osvětlení prostoru Počet skel okenního otvoru: 2 Selektivní vrstvy: ano/ne Propustnost slunečního záření g (jednoho skla): 0,92 Navržený rozměr okna: 1,2 x 2,0 m Celková plocha okna: 2,4 m 2 Hodnoty činitele denní osvětlenosti D v bodech D 1 [%] D 2 [%] D m [%] 0,93 0,97 0,95 2) Tepelná ztráta obvodové zdi s osvětlovacím otvorem Skladba obvodového zdiva: omítka Porotherm Universal Porotherm 44 P+D EPS omítka Porotherm TO 0,025 m 0,44 m 0,1 m 0,025 m U = 0,18 W/m 2 K U w = 1,3 W/m 2 K Výpočet celkové tepelné ztráty konstrukce: Q=0,18*8,4*35 + 2*(1,3*1,2*35) = 166,6 W
1) Tepelné zisky v letním období: Skladby vnitřních konstrukcí (příčky, stropy): Příčka: omítka Porotherm Universal Porotherm 11,5 P+D omítka Porotherm Universal tl. 25 mm tl. 115 mm tl. 25 mm Strop: Keramické dlaždice Rako 150x 150mm, tl. 10mm Lepící tmel Rako, tl. 5mm Betonová mazanina, tl. 44mm Separační PE fólie, tl. 1mm TI Rockwool Steprock ND, tl. 50mm Porotherm strop tl. 210mm Omítka Porotherm universal tl. 15mm U příčky = 1,54 W/m 2 K U strop = 0,52 W/m 2 K Maximální teplota vnitřního vzduchu v letním období se zateplením: 39,5 C Provedenou simulací bylo prokázáno, že k osvětlení předem stanoveného vnitřního prostoru je při daném typu zasklení nutno navrhnout okno o velikosti 2,4 m 2 tak, aby byly splněny veškeré požadavky na vnitřní osvětlení a proslunění obytného prostoru. Při této velikosti otvoru je pak tepelná ztráta způsobená prostupem pro celou konstrukci oddělující vnitřní prostor od exteriéru rovna 166,6 W. Nejvyšší denní teplota vnitřního vzduchu v daném prostoru byla stanovena na 39,5 C. Při porovnání s normovými požadavky viz. výše se jedná o překročení povolené hodnoty o 12,5 C. Je tedy nutné navrhnout opatření, které zabrání přehřívání vnitřního prostoru v letním období. Ideálním a nejvíce účinným způsobem je opatřit okenní otvor vnějšími stínícími prvky, pokud možno neprůhlednými ve světlém provedení. Tím je zamezeno vnikání přímých slunečních paprsků do interiéru.
Workshop č. 5 + č. 7 Tepelná vodivost izolantů na bázi celulózy, drcené slámy a jejich směsí 9. a 16. 12. 2013
Součinitel tepelné vodivosti výrazně ovlivňuje součinitel prostupu tepla, kterým se v současné době hodnotí tepelněizolační kvalita obvodových plášťů moderních budov ( návaznost na Workshop č. 2 a č. 3.). Nejdůležitější součástí moderních domů s nízkou spotřebou energie je právě vrstva tepelné izolace, která tvoří tepelně izolační obálku stavby. Cílem těchto workshopů je měření součinitele tepelné vodivosti celulózo slámového materiálu (ekologické izolanty + jejich různé poměry směsí materiálů). Jedná se o rozvlákněnou, impregnovanou směs slámy a celulózového vlákna s konzistencí přizpůsobenou pro použití ve všech typech standardních aplikačních strojů pro celulózové izolace (Climatizer Plus). Aplikace se provádí foukáním za sucha s pomocí strojního zařízení. Základním přínosem je náhrada 50% směsi přírodním ekonomicky přínosným materiálem. Nespornou výhodou této směsi je možná aplikace slámového materiálu i mimo sezónu přímé dostupnosti tohoto materiálu. Výrobek je vhodný pro zateplování vodorovných, šikmých i svislých stavebních konstrukcí při dodržení předepsaných objemových hmotností. Studenti si v rámci těchto Workshopů si sami namíchali různé poměry směsi vláknitých izolantů (celulóza + sláma), u kterých následně změřili (na zařízení vybudovaného na VŠB TUO, FAST) součinitel tepelné vodivosti těchto materiálů. Studenti při měření Součinitele tepelné vodivosti vláknitých izolantů Směs celulóza a slámy poměř 50/50 %
Workshop č. 6 Experimentální dům měření BlowerDoor testu 12. 12. 2013
Šíření vzduchu konstrukcemi budovy a celou budovou vůbec má za následek významné zvýšení celkové tepelné ztráty objektu. U moderních budov pasivního charakteru je proto nutno prokázat celkovou vzduchovou neprůvzdušnost obálky budovy, kde: n 50 n 50,N [h 1 ] n 50,N je doporučená hodnota celkové intenzita výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa (4,5 0,6 h 1 ). Požadované hodnoty pro jednotlivé typy budov v závislosti na způsobu větrání objektu Ke zjištění tohoto parametru se v praxi používá zařízení Blowdoor, blower door test, blowtest. Jedná se o zjištění těsnosti (neprůvzdušnosti) pláště měřeného objektu. Průvzdušností se v tomto smyslu rozumí celistvost pláště budovy. Princip zkoušky: zjištění objemu vzduchu, který uniká netěsnostmi Průběh zkoušky: Cíl měření: vzduch se vhání do objektu nebo vysává z objektu (přetlak / podtlak uvnitř objektu), po dosažení určitého tlakového rozdílu se začíná provádět měření. zjištění množství vzduchu, které je potřeba dodat, aby byl tlakový rozdíl zachován. Objem vzduchu, který dodáme, je roven objemu vzduchu, který unikl netěsnostmi v plášti budovy. Netěsnosti jsou v průběhu měření detekovány několika způsoby. Nejčastěji je používán anemometr, který je schopen zaznamenat rychlost proudění vzduchu daným kritickým místem. Alternativou je pak užití termovizní kamery, kde místa, kudy je při podtlakové zkoušce nasáván vzduch se projevují jako chladnější. Podmínkou je zde měření v zimním období, aby byl zajištěn potřebný teplotní spád.
Měřením bylo prokázáno, že hodnota neprůvzdušnosti při podtlakové zkoušce je n 50 =0,64 1/h, při přetlakové zkoušce pak bylo dosaženo hodnoty n 50 =0,84 1/h. Průměrná hodnota, která je pak porovnávána s normovým požadavkem je zde tedy n 50 =0,74 1/h. Z tohoto výsledku je zřejmé, že normou požadovaná hodnota (0,6) je překročena a detekované netěsnosti musí být dále utěsněny. Průběh měření a detekce netěsností viz. přiložená fotodokumentace.
Workshop č. 8 Termovizní detekce netěsností obvodového pláště 19. 12. 2013
Účelem workshopu bylo demonstrativní měření termovizní kamerou, kde si každý ze studentů mohl vyzkoušet vlastní nastavení přístroje a následné snímkování fasády a konstrukčních detailů. Měření bylo prováděno v experimentálním výzkumném centru na půdě Fakulty stavební, VŠB TU Ostrava. Infračervená termografie Je vědní obor, který se zabývá analýzou rozložení teplotního pole na povrchu tělesa a to bezkontaktním způsobem. Úkolem termografie je analýza infračervené energie vyzařované tělesem. Termografickým měřicím systémem lze zobrazit teplotní pole měřeného objektu, ale pouze na jeho povrchu. Obor termografie se v širším měřítku rozvinul společně s rozšířením infračervených kamer, pro které se obecně vžilo slovo termovizní kamera, resp. termovize. Využití Dále jsou uvedeny příklady, kde může být tato technologie využita. Z nich je zřejmé, že se jedná o poměrně širokou škálu případů. Jsou to zejména: hledání úniků tepla z budov, sledování elektrických vedení a jejich poškození, určení poruchy vyhledáním nehomogenit teplotního pole, neinvazivní detekci zánětů pod kůží, měření rozložení teploty pro účely vědy a výzkumu, automatizaci procesů, detekci pohybu osob v zabezpečených objektech. Výstupem z termovizní kamery je infračervený snímek, odborně termogram, resp. termovizní snímek. Radiometrické termokamery pak uživateli umožní určit teplotu v jednotlivých bodech termogramu. Určení teploty však není snadné, protože závisí na několika parametrech. Jeden z hlavních parametrů je emisivita tělesa. Ideálně černé těleso má emisivitu 1, lesklá tělesa mají emisivitu velmi malou (až 0,1). Malá emisivita tělesa většinou znamená menší přesnost měření. Do měřeného zářivého toku tělesa totiž může značným způsobem vstoupit zdánlivá odražená teplota, která ovlivňuje naměřený výsledek. Termogram, nebo termovizní snímek, resp. infračervený snímek je obraz pořízený termokamerou. Infračervené záření je pro lidské oko neviditelné a proto se termovizní snímky vizualizují za použití okem viditelných palet, které přiřazují barvu různým teplotám (různému množství tepelného toku). Stejný snímek tak lze zobrazit v odlišných barevných paletách a tím zviditelnit nebo zdůraznit jiná místa.
Příklady termovize Měřící zařízení FAST, VŠB TUO Vstup do objektu Tepelný most u předsazené konstrukce Rozložení teplot po fasádě objektu Vzájemné napojení konstrukcí Komínové těleso při zátopu
Workshop č. 9 Experimentální dům akustické vlastnosti lehkých dělících konstrukcí 19. 2. 2013
V rámci workshopu bylo provedeno měření vzduchové neprůzvučnosti dělící příčky mezi dvěma výukovými místnostmi školícího centra, kde tato konstrukce je speciálně navržena jak zvukově izolační. Posuzovaná konstrukce Postup měření stavební vzduchové neprůzvučnosti R w byl proveden dle normy ČSN EN ISO 140 4 Akustika Měření zvukové izolace stavebních konstrukcí a v budovách Část 4: Měření vzduchové neprůzvučnosti mezi místnostmi v budovách. Požadavky pro polohy mikrofonů a všesměrného zdroje zvuku byly dodrženy následovně: 0,7 m mezi dvěma polohami mikrofonu, 0,5 m mezi polohou mikrofonu a obvodovými stěnami místnosti a 1,0 m mezi polohu mikrofonu a zdrojem zvuku. Samotné měření bylo provedeno pomocí sestavy Brüel & Kjær 2260. Komponenty jsou zřejmé z fotodokumentace.
Protokol o měření
Workshop č. 10 Vnitřní mikroklima obytných staveb 12. 3. 2013
Zdravé a příznivé vnitřní mikroklima je v dnešní době velice bedlivě sledováno, zejména pak u moderních staveb pasivního charakteru, kde může být díky zamezení přirozeného proudění vzduchu výraznou komplikací zejména zvýšená koncentrace CO 2. Účelem tohoto workshopu bylo sledování naměřených koncentrací tohoto plynu a stanovení vlivu rostlin na dané hodnoty. Měření probíhalo v pasivní experimentální dřevostavbě, kde Měření vlivu rostlin na koncentraci CO 2 v pasivním domě bylo prováděno v experimentální pasivní dřevostavbě, která se nachází na pozemku FAST, VŠB-TU Ostrava, kde samotného měření (produkce CO 2 ) se účastnily dvě osoby. Parametry účastníků Použité rostliny výška (m) váha (kg) plocha těla (m2) Účastník 1 179 85 2,060 Účastník 2 184 83 2,064 Plochy rostlin v jednotlivých měřeních č. průměrná šířka (m) MĚŘĚNÍ č.2 MĚŘĚNÍ č.3 průměrná délka (m) Počet listů (ks) Plocha rostliny (m2) č. průměrná šířka (m) průměrná délka (m) Počet listů (ks) Plocha rostliny (m2) 1 0,140 0,040 120 0,448 1 0,02 0,08 127 0,203 2 0,300 0,045 18 0,243 2 0,26 0,02 28 0,146 3 0,350 0,020 27 0,189 3 0,09 0,04 47 0,169 4 0,320 0,010 73 0,234 4 0,28 0,17 10 0,476 5 0,200 0,100 6 0,120 5 0,22 0,12 7 0,185 6 0,170 0,080 38 0,345 6 0,3 0,06 50 0,900 7 0,110 0,060 73 0,482 CELKEM 2,060 CELKEM 2,079
ppm Průběh koncentrace CO 2 2500,00 2000,00 1500,00 1000,00 500,00 0,00 0:01 4:01 8:01 12:01 16:01 20:01 0:01 4:01 8:01 12:01 16:01 20:01 23:51 3:51 7:52 11:52 15:52 19:52 23:52 3:52 7:52 11:52 15:52 19:52 23:52 3.3.2014 4.3.2014 5.3.2014 6.3.2014 Date and time % RH Průběh relativní vlhkosti v měřící místnosti 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0:01 3:51 7:41 11:31 15:21 19:11 23:01 2:51 6:41 10:31 14:21 18:11 22:01 1:41 5:32 9:22 13:12 17:02 20:52 0:42 4:32 8:22 12:12 16:02 19:52 23:42 3.3.2014 4.3.2014 5.3.2014 6.3.2014 Date and time Průběh teplot v interiéru a teplotní gradient v měřené místnosti Temperature in interior Temperature gradient 34 32 30 28 26 24 22 20 0:01 3:41 7:21 11:01 14:41 18:21 22:01 1:41 5:21 9:01 12:41 16:21 20:01 23:31 3:12 6:52 10:32 14:12 17:52 21:32 1:12 4:52 8:32 12:12 15:52 19:32 23:12 C 3.3.2014 4.3.2014 5.3.2014 6.3.2014 Date and time
Dva muži se v místnosti vyskytovali pouze v nočních hodinách. Vždy před počátkem měření byla místnost důsledně vyvětrána ale i přes to v průběhu 8 hodin spánku byla naměřena taková koncentrace CO 2, kterou je možno považovat za nebezpečnou zdraví. Po ranním odchodu přibližně v 7:30 se koncentrace CO 2 dostala pod úroveň 2000 ppm, až po 14:00 při prvním měření a17:00 při druhém měření. U jednotlivých měření nebyl prokázán žádný vliv rostlin na koncentraci CO2 (Graf 1). Hodnoty koncentrace CO 2 ve všech měřeních pravděpodobně vystoupaly vysoko nad 2000 ppm, ale z důvodu rozsahu čidel není přesně prokázáno, jak vysoko. V pasivních domech s teplovzdušným vytápěním obecně bývá problém s nízkou relativní vlhkostí. Z grafu 2 je patrné že pobyt dvou osob dokáže vlhkost dorovnat na hodnoty kolem 40% a společně s rostlinami se relativní vlhkost dostává až k ideálním 50%. Nejedná se však o vliv rostlin samotných, ale příznivě přispívá především jejich zálivka, která se vlivem výparného tepla odpařuje do okolního prostředí Třetí graf potvrzuje dokonalou izolaci obvodových plášťů, jelikož teplota interiéru vlivem venkovních teplot významným způsobem nekolísá. Dalšími nepříznivými jevy ve vnitřním prostředí budov jsou pak prachy, kapalné aerosoly a mikroby, které významným způsobem narušují zdravé vnitřní mikroklima budov, viz. přiložené prezentace.