Výpočet tepelných ztrát vysokých místností v praxi, vliv výškového teplotního gradientu

1. Úvod

Při projektování otopných soustav se obvykle předpokládá, že návrhová výpočtová teplota v místnosti je v celém jejím objemu stejná. Tento zjednodušený předpoklad vyhovuje pro běžné, nízké prostory, avšak u vyšších místností se může skutečný teplotní profil od tohoto předpokladu výrazně lišit. S rostoucí výškou místnosti se projeví vliv teplého vzduchu, který stoupá vlivem nižší hustoty a teplota v horní části prostoru tak bývá vyšší než u podlahy. Tento rozdíl teploty v závislosti na výšce místnosti se označuje jako výškový teplotní gradient.

Výškový teplotní gradient má zásadní význam nejen z hlediska tepelné pohody osob, ale i pro přesnost výpočtu tepelných ztrát a následně správné dimenzování otopné soustavy. Pokud se vliv výškového teplotního gradientu při výpočtu nezohlední, může dojít k podhodnocení výpočtu tepelných ztrát, zejména u vysokých prostor, jako jsou výrobní haly, tělocvičny, prodejní objekty apod.

Výškový teplotní gradient a s ním spojený přístup k výpočtu tepelných ztrát nepředstavují žádnou novinku v technické praxi. Jedná se o postup, který je v normách zakotven již delší dobu. Přesto se v praxi tu a tam setkáváme s tím, že projektanti tuto problematiku neznají, případně ji při návrhu otopných soustav zcela opomíjejí či ignorují.

Cílem tohoto článku je přiblížit problematiku výškového teplotního gradientu z pohledu současné normy ČSN EN 12831-1 [1], představit způsob jeho stanovení a zahrnutí do výpočtu, a zároveň porovnat teoretické předpoklady s reálným měřením provedeným v halovém objektu o výšce 4,57 m. Zvláštní pozornost je věnována také rozdílům mezi původní a současnou verzí normy a tomu, jak se s touto problematikou vyrovnávají běžně používané výpočetní programy. V rámci porovnání byl proveden demonstrativní výpočet tepelné ztráty prostupem pro budovu s vysokou světlou výškou.

Přesto, že norma [1] vstoupila v platnost již v roce 2018, je třeba této otázce věnovat pozornost. Důvod je jednoduchý. Jak se ukazuje v praxi, s požadavky normy se stále nepracuje důsledně. Projektanti mohou používat výpočetní software založený na starších metodikách, aniž by ověřili, zda odpovídá aktuálním normovým postupům. Zároveň část odborné veřejnosti nemá o výškovém teplotním gradientu obecně dostatečné povědomí a znalosti.

Mezi výpočetními postupy pro určení tepelných ztrát, které jsou v praxi implementovány ve výpočetních programech, a postupy požadovanými aktuálně platnou normou existují odlišnosti. Jejich kompletní popis by byl rozsáhlý a není možné jej smysluplně pojmout v jednom článku. Některým dílčím oblastem, například problematice tepelné ztráty větráním, by bylo vhodné věnovat samostatný článek. Tento článek se soustředí na vybraný rozdíl s přímým dopadem na výsledky výpočtu, konkrétně na výškový teplotní gradient a jeho promítnutí do výpočtu tepelné ztráty prostupem v projekční praxi.

2. Normové požadavky

Aktuálně platná norma ČSN EN 12831-1 [1] zavádí zpřesněný přístup k návrhu rozložení teploty po výšce v místnosti. Na rozdíl od původní verze normy ČSN EN 12831 [2], která uvažovala vliv výškového teplotního gradientu pouze u prostor s výškou přesahující 5 metrů, stanovuje současná norma hranici 4 metry. Od této výšky se už vliv teplotního rozdílu po výšce považuje za významný a musí být zahrnut do výpočtu tepelné ztráty prostupem i větráním.

Norma vychází z předpokladu, že v místnostech s výškou menší než 4 m je rozložení teploty po výšce dostatečně homogenní, a vliv výškového teplotního gradientu tak nemá výrazný dopad na výsledné tepelné bilance. U vyšších prostor se však rozdíl teplot mezi podlahou a stropem zvětšuje, a proto je nutné korigovat výpočtové hodnoty vnitřních teplot. Tato korekce se promítá do výpočtu tzv. teplotního opravného činitele f_ix,k , který mimo teploty za stavební konstrukcí zohledňuje rozdíl mezi teplotou vzduchu a povrchovou teplotou stavebních konstrukcí. Teplotní opravný činitel se skládá ze dvou dílčích složek:

kde je

f₁

rozdíl mezi teplotou sousedního prostředí (např. nevytápěný prostor, venkovní prostředí) a vnitřní výpočtovou teplotou, někdy zaměňován s redukčním činitelem b dle [3],

f₂

rozdíl mezi průměrnou vnitřní povrchovou teplotou a vnitřní výpočtovou teplotou prostoru. Při výšce místnosti < 4 m je f₂ = 0, jinak výpočet.

Opravný činitel f₂ lze spočítat takto:

kde je

θ^*_int,k

průměrná vnitřní povrchová teplota stavební části [°C]

θ_int,i

vnitřní výpočtová teplota místnosti, která je obklopena stavebními částmi [°C]

θ_e

venkovní výpočtová teplota [°C]

Opravný činitel f₁ je vcelku snadné stanovit, zvláště u běžných případů. Složitější situace je u činitele f₂. Norma [1] při stanovení f₂ pracuje s pojmem průměrná vnitřní povrchová teplota stavební části θ^*_int,k , která je využita ve výpočtu teplotního opravného činitele pro měrné tepelné toky prostupem. Tato teplota se stanoví podle vztahu, který vychází zejména z výškového teplotního gradientu vzduchu v místnosti G_θ,air,i a z opravné hodnoty Δθ_surf,k zohledňující rozdíl mezi teplotou vzduchu a povrchovou teplotou. Průměrná vnitřní povrchová teplota konstrukce musí být stanovena následovně:

kde je

G_θ,air,i

výškový teplotní gradient vzduchu v místnosti pro použitý systém pro sdílení tepla, hodnoty uvádí norma [1] [K.m⁻¹]

Δθ_surf,k

opravná hodnota zohledňující rozdíl mezi teplotou vzduchu a povrchovou teplotou, hodnoty uvádí norma [1] [K]

h_k

střední výška uvažované stavební části nad úrovní podlahy [m]

h_occup,i

výška uživatelské zóny [m]

Analogicky je v normě [1] definována i průměrná teplota vnitřního vzduchu (θ^*_int,i ), která se uplatňuje při výpočtu tepelné ztráty větráním. Tato teplota se stanovuje podle vztahu:

kde je

θ^*_int,i

průměrná teplota vnitřního vzduchu v uvažované místnosti [°C]

h_i

střední výška uvažovaného prostoru [m]

∆θ_rad

opravná hodnota zohledňující rozdíl mezi teplotou vzduchu a operativní teplotou [K]

Z uvedeného vztahu (4) vyplývá, že průměrná teplota vnitřního vzduchu závisí právě na výškovém teplotním gradientu a charakteru přenosu tepla v prostoru. Člen Δθ_rad vyjadřuje rozdíl mezi teplotou vzduchu a operativní teplotou, tedy teplotou, kterou člověk vnímá v důsledku kombinace sálání a konvekce. Δθ_rad nabývá malých hodnot u prostor s rovnoměrně rozloženými sálavými plochami. Avšak může být významnější u vysokých místností s konvekčním vytápěním, kde se teplý vzduch hromadí ve vyšších vrstvách prostoru.

Právě operativní teplota je sledovanou veličinou v řadě předpisů – od pracovněprávních požadavků [5] na mikroklimatické podmínky až po hygienické limity stanovené vyhláškou [6]. Uvedené veličiny proto umožňují ověřit, zda výsledné teplotní podmínky v interiéru odpovídají požadavkům platné legislativy a poskytují prostředí, které je z hlediska tepelné pohody i hygienických standardů přijatelné. Oba uvedené vztahy vycházejí z fyzikálního faktu, že teplý vzduch má tendenci stoupat a vytvářet teplotní gradient. Tento jev se projevuje výrazněji u konvekčně vytápěných prostor, zatímco u sálavých systémů bývá teplotní pole rovnoměrnější.

Zahrnutí těchto vlivů umožňuje přesnější stanovení, jak průměrné vnitřní povrchové teploty, tak vnitřní průměrné teploty vzduchu, které se následně využívají při výpočtu tepelné ztráty prostupem a větráním. Postup podle normy [1] tak zajišťuje, že ve výpočtu je zohledněn reálný teplotní profil prostoru, nikoli zjednodušený model s rovnoměrnou teplotou po výšce místnosti. Správné stanovení průměrné povrchové i průměrné teploty vzduchu má zásadní vliv na přesnost výpočtu tepelné ztráty v případě vysokých místností a následné dimenzování otopné soustavy. Tento přístup zajišťuje, že výsledky výpočtu odpovídají skutečnému rozložení teploty v prostoru, nikoliv zjednodušenému modelu s konstantní teplotou v celém objemu místnosti.

3. Historické pojetí výpočtu

Původní norma [2] zohledňovala vliv výšky prostoru pouze v omezeném rozsahu a bez náležitého výpočetního postupu. Místo přesného stanovení teplotního rozložení v prostoru zaváděla empirické korekční součinitele, které měly výpočet zjednodušit a přibližně korigovat vliv větší výšky místnosti. Jinými slovy nešlo o přesný výpočet, ale o tabulkovou úpravu výsledku podle charakteru otopné soustavy v různě vysokých prostorech.

Korekce teplotních podmínek se prováděla prostřednictvím výškového korekčního činitele fh,i, který upravoval výpočet tepelné ztráty prostupem a větráním v závislosti na výšce místnosti a způsobu vytápění. Tento korekční činitel se podle přílohy normy [2] uplatňoval pouze pro prostory s výškou větší než 5 m a jeho hodnota byla stanovena tabulkově. Tabulka rozlišovala tři základní případy podle charakteru přenosu tepla:

• převážně konvekční vytápění,
• smíšené (konvekčně–sálavé) vytápění,
• převážně sálavé vytápění.

Pro každý způsob vytápění byla přiřazena hodnota činitele f_h,i v rozmezí přibližně 1 až 1,6; přičemž vyšší hodnoty odpovídaly systémům s výrazným prouděním vzduchu a větší výškou prostoru.

Tento přístup nezohledňoval skutečné rozložení teploty po výšce místnosti. S rostoucí přesností výpočetních metod a rozšířením systémů s různým způsobem sdílení tepla (např. teplovzdušné nebo plošné vytápění) se proto ukázal jako nedostatečný pro použití v nadcházející normě [1], která tento přístup nahradila fyzikálně přesnějším modelem založeným na výškovém teplotním gradientu G_θ,air,i.

Přestože je nová metodika v platnosti od roku 2018, některé běžně používané výpočetní programy mohou stále pracovat podle starého výpočtového postupu uvedeného ve starší normě [2]. Tyto programy tak neuvažují vliv výškového teplotního gradientu, což může vést k podhodnocení tepelné ztráty u prostor s vyšší světlou výškou. Tato problematika je dále rozvedena podrobněji, včetně dopadů na výsledky výpočtů a jejich přesnost v projekční praxi.

4. Výpočetní programy a praxe projektantů

V projekční praxi se pro výpočet tepelných ztrát a návrh otopných soustav stále vyskytují výpočetní programy, jejichž metodika dosud běžně vychází ze staré, již neplatné normy [2] z důvodů její jednoduchosti. Tato norma nepřihlíží k rozdílu mezi průměrnou vnitřní teplotou vzduchu a průměrnou vnitřní povrchovou teplotou stavebních konstrukcí, což má vliv na výpočet tepelné ztráty prostupem, zejména u prostor s větší světlou výškou a tepelnou ztrátou větráním. Předpokládá se zde rovnoměrná teplota po celé výšce místnosti, a tedy i shodná teplota na všech vnitřních plochách, což v praxi neodpovídá skutečným teplotním podmínkám.

V praxi je možné se setkat s projekty otopných soustav, jejichž výpočty tepelných ztrát nekorespondují s aktuálně platnou normou [1]. V těchto případech dochází k systematickému podhodnocení tepelných ztrát, a tím i k riziku, že dimenzovaná otopná soustava nebude plně pokrývat reálné tepelné ztráty objektu, a to jak při maximálním zatížení soustavy, tak při nastavení výkonu zdroje tepla vůči okrajovým podmínkám v daném okamžiku.

Dle zkušeností autorů podobný stav přetrvává i na území Slovenska, kde se v projekční praxi stále běžně používá starší STN vycházející z původního evropského vydání normy. V tomto článku byla opakovaně zmiňována dřívější norma [2], avšak podobně jako v České republice se i na Slovensku lze setkat s aplikací dalších historických dokumentů [7].

Nová metodika výpočtu je mnohými uživateli vnímána jako výrazně složitější a méně přehledná, zejména pokud jde o zadávání vstupních parametrů a interpretaci výstupních hodnot. Mnozí projektanti proto upřednostňují starší a jednodušší výpočetní model, který sice nereflektuje reálnější teplotní rozložení v prostoru, ale umožňuje rychlejší a uživatelsky méně náročnou práci.

Někteří výrobci výpočetních programů na tuto skutečnost reagovali a nabízejí možnost volby mezi výpočtem podle starší a nové normy. V praxi se většinou jedná o nástroje pracující v 2D prostředí, které umožňují pouze tabulkové zadávání parametrů jednotlivých konstrukcí a zón. Tyto programy umožňují zohlednit vliv výškového teplotního gradientu, avšak vyžadují, aby projektant většinu hodnot zadával ručně.

Z pohledu praxe by proto bylo žádoucí, aby se projektanti i vývojáři výpočetních programů postupně přizpůsobovali požadavkům současné normy a reflektovali její metodiku i ve svých softwarových nástrojích. Zavedení těchto principů by umožnilo, aby výpočty lépe zohledňovaly rozdílné teplotní podmínky v prostoru a poskytovaly výsledky odpovídající skutečnému teplotnímu rozložení. Přestože je nový přístup výpočetně náročnější, přináší vyšší přesnost a umožňuje návrh otopné soustavy, který odpovídá reálným provozním podmínkám objektu.

Ani technicky vyspělý a plně aktualizovaný výpočetní program však sám o sobě nezaručuje správnost výsledků. Každý software je pouze tak přesný, jak přesná jsou data, která do něj projektant zadává, a jak správně rozumí principům, na nichž výpočty stojí. Pokud uživatel nezná metodiku výpočtu stanovenou normou [1], nerozumí např. významu výškového teplotního gradientu, průměrné vnitřní teplotě vzduchu či průměrné vnitřní povrchové teplotě konstrukce. Pak i sebelepší software může nakonec spočítat nesprávné výsledky. Výsledkem může být formálně korektní, ale věcně chybný návrh otopné soustavy, který neodpovídá skutečným potřebám objektu. Z toho důvodu je nezbytné, aby projektanti nejen používali moderní výpočetní nástroje, ale současně rozuměli fyzikálním základům, na kterých je výpočet tepelných ztrát postaven.

5. Experimentální měření výškového teplotního gradientu

Cílem experimentálního měření bylo ověřit doporučené hodnoty výškového teplotního gradientu udávané normou [1] porovnáním s naměřenými hodnotami během provozu otopného systému v prodejní hale.

Experimentální měření probíhalo ve velkoplošném halovém objektu umístěném v Opavě, viz obrázek 1. Objekt je rozdělen do tří funkčních zón: prodejní část (zóna A), administrativní a hygienické zázemí (zóna B) a showroom (zóna C). Samotné měření probíhalo v zóně A, tedy v hlavní prodejní části, kde byla měřicí technika umístěna na centrální nosný sloup, viz šipka na obrázku 1. Toto umístění bylo zvoleno záměrně, aby měření nebylo ovlivněno chladnými obvodovými konstrukcemi nebo lokálními vlivy proudění vzduchu v blízkosti vstupů.

Prostor má v místě měření světlou výšku 4,57 m, tedy hodnotu mírně přesahující mez 4,0 m, od které norma [1] nařizuje při výpočtu tepelné ztráty zohlednit vliv výškového teplotního gradientu. Měřicí technika nemohla být instalována až do bezprostřední blízkosti spodní hrany střešního pláště, přístroje byly zavěšeny na konstrukci betonového příhradového vazníku. Poslední čidlo bylo záměrně umístěno do výšky 4 metrů, což je hraniční hodnota výpočtu kdy již nesmí být zanedbán výškový teplotní gradient, viz obrázek 2.

Použitá měřicí technika sestávala z dataloggerů zaznamenávajících teplotu vzduchu a relativní vlhkost COMET System S3120. Přístroje byly rozmístěny vertikálně ve výšce prostoru v intervalech po 1,0 m. Nejvyšší snímač byl umístěn přibližně 0,5 m pod spodní hranou střešní konstrukce. Dataloggery zaznamenávaly teplotu vzduchu a relativní vlhkost v intervalu 10 minut po dobu pěti týdnů, konkrétně od prosince 2023 do ledna 2024. Jedno měřicí zařízení bylo rovněž instalováno ve venkovním prostředí u vstupu do objektu, chráněno před přímým slunečním zářením a srážkami, aby mohlo sloužit jako referenční prvek pro posouzení vlivu venkovní teploty.

Vytápění haly je řešeno teplovodní dvoutrubkovou soustavou s protiproudým zapojením, otopné plochy tvoří podlahové vytápění ve všech provozních částech objektu. Jednotlivé topné smyčky jsou vedeny ve spirálovém uspořádání, což přispívá k rovnoměrnému rozložení teploty po celé ploše. Zdrojem tepla je kaskáda dvou plynových kondenzačních kotlů o výkonu 35 kW.

Jedná se o sálavý systém vytápění, a lze tedy očekávat odlišný teplotní průběh vnitřního vzduchu po výšce objektu, než jaký vzniká u systémů konvekčních. Při sálavém přenosu tepla je rozhodující střední radiační teplota okolních ploch, zatímco teplota vzduchu bývá o něco nižší. Tím se snižuje rozdíl teplot po výšce místnosti a zmenšuje výškový teplotní gradient. V konvekčně vytápěných prostorech naopak teplý vzduch stoupá vzhůru, což způsobuje větší vertikální rozdíly a vznik stratifikace. Umístěním měřicí techniky uprostřed objektu mimo vliv chladných obvodových konstrukcí bylo možné získat průběh teplot reprezentující čistý vliv výšky prostoru bez okrajových vlivů chladných obvodových stěn [4].

Výsledky měření umožňují porovnat, nakolik se skutečný výškový teplotní gradient liší od hodnot doporučených normou [1], a zároveň se zamyslet nad tím, zda mají tyto rozdíly v praxi skutečně významný vliv na návrh výsledného tepelného výkonu u prostor s výškou přesahující 4 metry, nebo zda se jejich vliv ve výpočtu projevuje pouze okrajově.

6. Výsledky experimentálního měření

Samotné experimentální měření probíhalo od 4. prosince 2023 do 8. ledna 2024, tedy po dobu více než jednoho měsíce zimního období. V tomto časovém úseku bylo zaznamenáno celkem 5 072 datových záznamů z každého měřicího přístroje. Následné vyhodnocení poukazuje na výsledky mezi jednotlivými výškovými úrovněmi, což umožnilo detailně posoudit průběh teplotního profilu v prostoru.

Na obrázku 3 je uveden graf s průběhy teplot od 4. 12. 2023 až do 8. 1. 2024. Z grafu je patrno, že nejnižší venkovní teplota byla zaznamenána v pondělí 5. prosince 2023 ve večerních hodinách, kdy dosáhla hodnoty −11,20 °C. Naopak nejvyšší teplota byla naměřena 25. prosince odpoledne a dosáhla 11,60 °C. Nejvýraznější reakci otopného systému, řízeného ekvitermní regulací teploty otopné vody, bylo možné pozorovat na začátku a na konci měřeného období, kdy venkovní teploty postupně klesaly až do záporných hodnot. Teploty vnitřního vzduchu jsou v grafu na obrázku 3 označeny tak, že nejnižší čidlo má označení 1 a nejvyšší 4. Z grafu vyplývá, že čím níže je položené čidlo, tím nižší teplotu vzduchu vykazuje. Zaměříme-li se na kratší časový výsek, můžeme podrobněji vidět tento efekt výškového teplotního gradientu vzduchu v místě měření i na grafu v obrázku 4, kde je zobrazen průběh jednoho dne.

V pondělí (11. 12. 2023) kolem páté hodiny ranní se začíná zvyšovat teplota vnitřního vzduchu. Před začátkem pracovní směny pozvolna roste a během pracovní doby mezi 15. a 16. hodinou dosahuje nejvyšších hodnot. Po skončení pracovní doby pak teplota postupně klesá až do následujícího rána. Na obrázku 4 je zřejmý výškový teplotní gradient mezi jednotlivými čidly 1 až 4.

7. Vyhodnocení měření

Z teplotních záznamů lze dobře rozpoznat chování otopné soustavy v rámci halového objektu. Je důležité zdůraznit, že prodejní zóna, kde byly měřicí přístroje umístěny ve výšce sloupu, je vybavena vlastním termostatem s možností nastavení požadované teploty. Podobně je i v administrativní části instalován samostatný termostat, který umožňuje regulaci teploty v místnosti. V rámci měřeného období byly v objektu víkendy, kdy bylo uzavřeno a pak také několik volných dnů v období vánočních svátků a nového roku. Z tohoto důvodu měřené teploty vzduchu vykazují jistou volatilitu.

Celkem bylo zaznamenáno 5 072 záznamů teploty vzduchu a relativní vlhkosti pro každý měřicí přístroj. Z těchto záznamů, za celou dobu měření, byly vypočteny následující průměrné hodnoty výškových teplotních gradientů mezi jednotlivými měřidly v zóně prodeje, viz tabulka 1 a vyčísleny průměrné hodnoty teploty vzduchu, viz tabulka 2.

Doporučené výškové teplotní gradienty stanovuje norma [1]. Pro případ, kdy je systémem pro sdílení tepla podlahové vytápění, je doporučeno uvažovat výškový teplotní gradient G_θ,air,i = 0,20 K.m⁻¹.

Zohlednění výškového teplotního gradientu nepřispívá ke snížení výpočtové tepelné ztráty prostupem tepla přes obálkové konstrukce, které ohraničují vytápěný prostor. S rostoucí teplotou uvnitř objektu se zvyšuje teplotní rozdíl mezi interiérem a venkovním prostředím, což má za následek vyšší tepelné ztráty.

Naopak, výškový teplotní gradient může mít pozitivní vliv při výpočtu tepelné ztráty větráním. V nejvyšších bodech vytápěného prostoru lze využít vyšší teplotu k předání tepla vzduchotechnickému systému, kde ohřívá vzduch za výměníkem tepla. Díky tomu se sníží potřeba dodatečného tepelného výkonu pro dosažení požadované výstupní teploty vzduchu vstupujícího do vytápěného prostoru. Tento efekt pomáhá optimalizovat energetickou náročnost systému vytápění a větrání. Na podrobnější analýzu tohoto efektu při výpočtu větrání však není v článku dostatečný prostor.

Na základě provedených měření a analýzy lze konstatovat, že v hale průměrný výškový teplotní gradient ve sledovaném období dosáhl hodnoty 0,13 K.m⁻¹, což je nižší číslo než hodnota 0,20 K.m⁻¹ udávaná normou [1] pro případ podlahového vytápění.

V tomto případě by dle výsledku měření nebylo nezbytně nutné detailně zahrnovat výškový teplotní gradient do výpočtu tepelné ztráty prostupem tepla, jelikož je gradient poměrně nízký a jeho vliv na celkovou tepelnou ztrátu objektu je zanedbatelný. Norma [1] však říká, že je nutné vliv výšky místnosti uvažovat už od hodnoty ≥ 4 m. Měřená místnost má světlou výšku 4,57 m, takže správně bychom při výpočtu tepelné ztráty již měli uvažovat s vlivem výškového teplotního gradientu.

Zvyšování teploty vzduchu ve vyšších úrovních prostoru nemá výrazný dopad na snížení tepelné ztráty větráním. I když by mohlo přispět k dílčímu zvýšení výstupní teploty vzduchu za rekuperačním výměníkem, v případě tohoto objektu je efekt minimální a nepřináší podstatnou úsporu v energetické náročnosti objektu.

Na základě výsledku tohoto experimentálního měření nelze generalizovat problematiku výškového teplotního gradientu. Cílem bylo pouze poukázat na to, že reálná hodnota výškového teplotního gradientu se v praxi může lišit od tabulkových hodnot z normy [1], což bylo v tomto konkrétním případě prokázáno. Norma zde vykazuje hodnotu gradientu vyšší, tzn. na stranu bezpečnou.

8. Praktické porovnání výpočtů tepelných ztrát prostupem

Následující příklad ukazuje rozdíl požadavku na tepelný výkon vycházející z návrhové ztráty prostupem dle normy [1] a [2]. Objektem je skladovací hala (viz obrázek 5) s přiléhající administrativou vytápěná závěsnými sálavými panely s následujícími okrajovými podmínkami:

Tepelná ztráta těchto prostor byla vypočtena ručně v programu Excel dle metodiky normy [1] a následně porovnána s výsledky z výpočetního programu, který počítá dle normy [2]. Jde tedy o porovnání staré a nové normy. Při výpočtu se uvažovalo pouze s tepelnou ztrátou prostupem. Tepelná ztráta větráním nebyla v tomto případě řešena. Jak již bylo uvedeno výše, tato problematika by z důvodů složitosti zasloužila samostatný článek.

Výpočet tepelné ztráty dle ČSN EN 12831–1 [1] byl stanoven ručně pro tepelnou ztrátu prostupem následovně:

kde je

Φ_T,i

návrhová tepelná ztráta prostupem vytápěného prostoru [W]

H_T,ie

měrný tepelný tok prostupem přímo do venkovního prostředí [W/K]

H_T,ia

měrný tepelný tok prostupem do nebo přes sousední prostory [W/K]

H_T,iaBE

měrný tepelný tok prostupem z vytápěného prostoru do sousední funkční části budovy [W/K]

H_T,iae

měrný tepelný tok prostupem z vytápěného prostoru do venkovního prostředí přes sousední nevytápěný prostor nebo přilehlou budovu [W/K]

H_T,ig

měrný tepelný tok prostupem do zeminy [W/K]

Tabulka 3 udává ruční výpočet jednotlivých položek dle (5), uvedeny jsou hodnoty tepelné ztráty.

Tepelná ztráta prostupem pro jednolodní halu se soustavou závěsných sálavých panelů je stanovena na hodnotě Φ_T,i = 64 864 W.

Další výpočet byl proveden za pomocí software, který vychází z normy [2] a zavádí tzv. výškový korekční činitel f_h,i , kdy se návrhová tepelná ztráta vypočte jako součin součtu tepelné ztráty prostupem spolu s větráním Φ_V,i a výškového korekčního činitele.

Při porovnání výpočtu je dosazen korekční činitel f_h,i = 1,15 pro soustavu se závěsnými sálavými panely a výškou objektu 10 až 15 m. Výpočet tepelných ztrát prostupem dle normy [2] nezohledňuje výškový teplotní gradient. Je uvažováno s rovnocennou vnitřní výpočtovou teplotou po výšce objektu. Předpokladem, pro porovnání obou metodik bylo zadání stejných okrajových podmínek, včetně stejných součinitelů prostupu tepla všech obalových konstrukcí.

Projektovaná tepelná ztráta prostupem je Φ_T,i = 55 377 W. Porovnáme-li pouze tepelné ztráty prostupem, kdy tepelná ztráta prostupem dle ČSN EN 12 831-1 [1] dosahuje hodnoty 64 864 W a tepelná ztráta prostupem dle ČSN EN 12831 [2] dosahuje hodnoty 55 377.1,15 = 63 684 W, bude rozdíl mezi ztrátami 1 180 W.

Požadavek na výkon zdroje pro pokrytí tepelné ztráty prostupem se zahrnutím výškového teplotního gradientu bude v případě ČSN EN 12831-1 navýšen o 1.82 % oproti výpočtu bez jeho zanedbáním.

Porovnání tepelné ztráty větráním je v tomto případě složitější. Násobnosti výměny vzduchu se liší dle aktuálně platných vyhlášek a požadavků na dávky čerstvého vzduchu v pracovním prostředí. Dále hraje velkou roli předpoklad teploty odpadního vzduchu z prostoru haly vstupující do rekuperačního výměníku. Jelikož norma [1] popisuje teplotní gradienty různých systémů vytápění, lze na základě těchto informací předem uvažovat s teplotou odpadního vzduchu dle místa odvodu odpadního vzduchu.

9. Závěr

Výsledky provedeného měření ukazují, že skutečný výškový teplotní gradient může být v některých případech nižší, než předpokládá norma. Tyto rozdíly mohou svádět k úvahám, zda je nutné korekci dle normy [1] vůbec zohledňovat, nebo zda lze určité zjednodušení v návrhu otopných soustav považovat za přijatelné.

Je však třeba si uvědomit, že samotný návrh není založen pouze na fyzikálním odhadu nebo osobní zkušenosti, ale zejména na dodržení legislativních požadavků a závazných technických norem. Jakýkoliv odklon od normového postupu – byť podložený konkrétním měřením v jednom objektu – je vždy rozhodnutím projektanta, který za něj nese technickou, profesní i právní odpovědnost.

V praxi to znamená, že každý projektant musí sám zvážit, jak velké zjednodušení či odchylku si může dovolit. V okamžiku, kdy dojde k provozním problémům, k nedostatečnému výkonu otopné soustavy, nebo dokonce ke škodě na majetku, se totiž obvykle posuzuje pouze skutečnost: zda byl návrh proveden v souladu s platnou normou a obecným technickým stavem poznání. Pokud dokumentace, výpočty nebo softwarové výstupy neodpovídají aktuálním normovým postupům, stává se projektant zranitelným a následná obhajoba může být obtížná.

Tato studie neslouží k tomu, aby nabádala k ignorování normových hodnot. Jejím cílem je upozornit na to, že rozdíl mezi teoretickými předpoklady a skutečností existuje, a že je vhodné jej promýšlet, diskutovat a brát v úvahu při finálním návrhu každé jednotlivé soustavy vytápění. Nicméně v konečném důsledku vždy platí: pokud se projektant zaváže dodržovat aktuálně platné normy, musí s nimi pracovat konzistentně, bez ohledu na to, zda jsou vstupní parametry v konkrétním objektu odlišnější než hodnoty normové.

Z tohoto pohledu je vždy bezpečnější postupovat podle normy a případné odchylky uplatnit až tehdy, jsou-li technicky odůvodněné a doložitelné.

10. Poděkování projektu

Článek vznikl za podpory projektu: Specifický výzkum VUT Brno FAST-S-26-8957 Efektivní a udržitelné systémy technických zařízení budov.

11. Literatura

1. ČESKÁ AGENTURA PRO STANDARDIZACI. ČSN EN 12831-1, Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3-3. 2018.
2. ČESKÁ AGENTURA PRO STANDARDIZACI. ČSN EN 12831, Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu. 2005.
3. ČESKÁ AGENTURA PRO STANDARDIZACI. ČSN EN ISO 13789, Tepelné chování budov – Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním – Výpočtová metoda. 2019.
4. KOTRBATÝ, Miroslav. Rozbor podmínek vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů: Komplexní pohled na vytápění průmyslových hal. Online. In: TZB-info. 2006. Dostupné z: https://vytapeni.tzb-info.cz/vytapeni-prumyslovych-hal-a-velkych-objektu/3152-vytapeni-prumyslovych-a-velkoprostorovych-objektu-iii. [cit. 2025-11-17].
5. Nařízení vlády č. 361/2007 Sb.: Nařízení vlády, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci. In: . 2007.
6. Vyhláška č. 43/2025 Sb.: Vyhláška o stanovení hygienických limitů chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb. In: . 2025.
7. ČESKÁ AGENTURA PRO STANDARDIZACI. ČSN 06 0210, Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění. 1994.