Přestup tepla mezi byty
V posledním článku na téma regenerace bytových domů jsem uvedl, že se v dalších příspěvcích budu podrobněji věnovat tématům, která jsou pro efektivní funkci otopné soustavy klíčová, anebo jsou mezi veřejností vnímána rozporuplně. Prvním tématem, které bezezbytku naplňuje obě kritéria, je přestup tepla mezi jednotlivými bytovými jednotkami objektů hromadného bydlení.
Bydlení v bytových domech je v Česku velice rozšířené zejména díky masivní výstavbě těchto objektů v období datovaném od půlky šedesátých let zhruba do konce osmdesátých let. Podle informace ČSÚ zpracované na základě výsledků sčítání obyvatel, domů a bytů z roku 2011 je v Česku více jak 200 tisíc bytových domů s celkovým počtem 2,4 milionu bytů, z nichž převážná část byla postavena v uvedeném časovém úseku. Tyto domy mají několik společných znaků. Zde jsou některé z nich:
- Jedná se o objekty stavěné za účelem nájemního bydlení, což mimo jiné znamená, že byly navrženy a postaveny podle zadání majitele objektu (stát, bytové družstvo), nikoliv podle individuálních požadavků nájemníků. Ve všech bytech, a rovněž ve všech obytných místnostech, se proto předpokládal shodný teplotní komfort, což je s ohledem na charakter objektů pochopitelné.
- S ohledem na jednotný teplotní komfort ve všech místnostech se při návrhu dělících konstrukcí, a to i mezibytových, neřešily jejich tepelně-technické vlastnosti. Mezi shodnými teplotními hladinami k přestupu tepla nedochází.
- Objekty byly stavěny v době, kdy cena tepla nebyla rozhodující položkou nákladů na bydlení, a proto nebyl kladen zvláštní důraz na kvalitu tepelných izolací obvodového pláště, což se ale od počátku devadesátých let postupně napravuje.
S postupem času se řada věcí změnila. Především výrazně vzrostla cena energií, potažmo tepla na vytápění, což vedlo k požadavku na snižování jeho spotřeby. Otopné soustavy byly proto vybaveny kombinovanou regulací a u prvků obálky objektu (obvodový plášť, okna, střecha, strop suterénu) se buďto zlepšovaly tepelně-technické parametry, anebo se přistoupilo k jejich výměně za prvky nové, kvalitnější. Co však zůstalo beze změny, jsou vnitřní dělící konstrukce, u kterých se vždy za jediný vážnější problém považovaly nedostatečné akustické vlastnosti.
Mezibytové dělící konstrukce
Byty panelových domů jsou odděleny jeden od druhého vodorovnými a svislými konstrukcemi. První z nich je zpravidla železobetonový stropní panel s podlahovou vrstvou ve formě dřevěných vlýsků (lidově parkety) nebo PVC (lidově lino), podle toho, o který konstrukční systém se jedná. Svislou dělící konstrukci tvoří železobetonový stěnový panel. Člověk nemusí být zrovna odborníkem na stavební fyziku, aby poznal, že uvedené konstrukce nepředstavují pro teplo prakticky žádnou překážku a nelze proto v objektech připustit stav, aby prostup tepla přes tyto konstrukce ovlivňoval úroveň vnitřního teplotního komfortu. O tom, kolik ho skrz projde, rozhodují tři parametry, jak naznačuje důvěrně známý vztah:
kde je
- U
- – součinitel prostupu tepla konstrukce [W/m2K]
- A
- – plocha konstrukce [m2]
- ∆t
- – rozdíl teplot prostředí, která konstrukce odděluje [K]
Vzhledem k tomu, že v diskusích se často objevuje názor, že prostup tepla přes vnitřní dělící konstrukce je zbytečně démonizován, vytvořil jsem jednoduchý model, na kterém si můžeme ukázat, jak se mění podíl vnitřních ztrát na celkových tepelných ztrátách bytu při změnách okrajových podmínek.
Obrázek č. 1 – model bytového domu
Jako příklad nám poslouží mírně upravený panelový dům postavený v konstrukčním systému T06B z roku 1968, viz obrázek č. 1. Zeleně jsou na něm označeny vytápěné části objektu, modře potom nevytápěné části – schodišťové prostory a suterén. Objekt s 24 byty dispozice 2+1 o shodné podlahové ploše cca 50 m2 byl v průběhu let minulých postupně modernizován. Aktuální tepelně-technický stav konstrukcí, převzatý z energetického auditu objektu, ukazuje tabulka č. 1. Geometrie bytů je v modelu maximálně zjednodušena a ve výpočtu se předpokládá stejná teplota ve všech místnostech bytu.
| č. | typ konstrukce | součinitel prostupu tepla U [W/m2K] |
|---|---|---|
| 1 | vnější stěna – štít | 0,40 |
| 2 | vnější stěna – průčelí | 0,28 |
| 3 | okno | 1,20 |
| 4 | dveře – vstup | 2,30 |
| 5 | střecha | 0,24 |
| 6 | vnitřní stěna | 1,92 |
| 7 | dveře – byty | 5,20 |
| 8 | strop – byty | 1,44 |
| 9 | vnější stěna – suterén | 1,92 |
| 10 | podlaha – suterén | 1,92 |
| 11 | strop – suterén | 0,56 |
Smyslem pokusu je potvrdit nebo vyvrátit tezi, že není možné v objektech hromadného bydlení individualizovat vnitřní teploty v jednotlivých bytech, neboť vnitřní dělící konstrukce nedokážou účinně zabránit tomu, aby nedocházelo k významnému přestupu tepla mezi jednotlivými byty, což má negativní dopad jak do energetické účinnosti otopné soustavy, tak do úrovně teplotního komfortu a do dělení nákladů na vytápění mezi jednotlivé partaje.
Výpočet tepelných ztrát byl proveden postupně pro 6 bytových jednotek lišících se svojí polohou v rámci objektu. Venkovní teplota byla uvažována ve výši 4 °C, což zhruba odpovídá průměrné teplotě za otopné období pro Prahu a okolí. Vnitřní teplota zkoumaných bytů byla zadána ve výši 22 °C, což opět odpovídá průměrné teplotě za otopné období ve standardně provozovaném bytě. V sousedních bytech byla teplota postupně snižována a byla sledována změna podílu úniku tepla přes vnitřní konstrukce na celkové ztrátě.
Výsledky pro jednotlivé bytové jednotky
Pokud se při posuzování dělících konstrukcí zaměříme na kritérium ∆t, tedy rozdíl teplot před a za příslušnou konstrukcí, najdeme v objektu 3 různé případy: konstrukce oddělující vytápěný interiér od venkovního prostředí (byt→exteriér), vytápěný interiér od nevytápěného interiéru (byt→schodiště a sklep) a vytápěný interiér od vytápěného interiéru (byt→sousední byty). Nás zajímá, jak se budou měnit tepelné toky v okamžiku, kdy teplota v našem vytápěném interiéru bude jiná, než teplota ve vytápěném interiéru sousedních bytů. Zajímat by nás to mělo zejména proto, že s tímto stavem projekt vytápění u bytových domů vůbec nepočítá, neměl ho totiž v zadání.
Poznámka: Na tomto místě, po zkušenostech z předchozích článků, očekávám pobouřené reakce některých čtenářů v duchu: „Otopná soustava je tu pro nás, a ne my pro ni.“ Ovšem, otopnou soustavu lze navrhnout i tak, aby v každé místnosti byla úplně jiná teplota, ale musí to být už součástí zadání. Představa některých lidí, že donutí radiátory o výkonu 1400 W otočením hlavic dodávat 2300 W (byt č. 1, vnitřní teplota 26 °C), by mohla vyvolat úsměv, kdyby výsledkem těchto omylů nebyly tak drastické škody. Více se bude tomuto tématu věnovat jeden z dalších článků.
Důvod, proč byl výpočet zpracován pro 6 různých bytů, je následující. Ačkoliv jsou všechny byty stejně velké, zastoupení jednotlivých dělících konstrukcí se u nich významně liší podle toho, v jaké části domu jsou byty situovány. Z jednotlivých grafů je patrné, že s rostoucím rozdílem ∆t roste podíl prostupu tepla ve směru byt→sousední byty různě, podle polohy bytu v domě. Čím je sledovaný byt ve více chráněné poloze (uvnitř dispozice), tím je nárůst strmější. To je dáno větší plochou vnitřních konstrukcí u bytů centrálně situovaných.
Dále je vidět, že již při rozdílu teplot mezi zkoumaným bytem a sousedními byty ve výši 1 °C, může až 21 % dodaného tepla unikat k sousedům. Při rozdílu 2 °C je to již 35 % a při 3 °C dokonce 45 %. Záměrně jsem do grafu uvedl nikoliv hodnoty ∆t, ale průměrné teploty vzduchu, aby bylo každému jasné, že nejde o žádné extrémní případy. Dosáhnout průměrné teploty 19 °C není pro řadu lidí vůbec žádný kumšt, stačí při odchodu z bytu uzavřít všechny radiátory, což je všeobecně rozšířené doporučení vydávané za cestu k úsporám tepla. A průměrná teplota ve výši 15 °C odpovídá neobydlenému bytu s uzavřenými otopnými tělesy. V takovém případě „odteče“ skrz vnitřní dělící stěnu až 66 % tepla! Uvedené hodnoty platí pro byt č. 4, viz obrázek č. 5.
Myslím, že není potřeba zdůrazňovat, že čím lépe bude dům zateplen, tím vyšší bude podíl prostupu tepla vnitřními dělícími konstrukcemi. Vysvětlení je ve vzorci (1) a pro názornost přidávám ještě tabulku č. 2, ve které je výpočet tepelných ztrát prostupem pro byt č. 4 při ∆t = 2 K. Ačkoliv je rozdíl teplot mezi bytem a exteriérem 9krát větší než mezi bytem a sousedními byty, stejně má převahu prostup tepla do sousedních bytů. Je to dáno tím, že průměrný U vnitřních dělících konstrukcí je zhruba 2,5krát vyšší a plocha vnitřních dělících konstrukcí je dokonce 5krát větší, takže výsledný poměr vychází 9 : 12,5 ve prospěch vnitřních ztrát.
| typ konstrukce | ØU [W/m2K] | A [m2] | ∆t [K] | Q = U ‧ A ‧ ∆t [W] | podíl na celku |
|---|---|---|---|---|---|
| byt→exteriér | 0,67 | 31,5 | 18,0 | 382 | 33 % |
| byt→schodiště a sklep | 2,27 | 15,0 | 7,3 | 249 | 22 % |
| byt→sousední byty | 1,61 | 160,5 | 2,0 | 516 | 45 % |
Nesmíme ovšem zapomínat na tepelné ztráty větráním, které logicky přináleží k prostupu tepla konstrukcemi typu byt→exteriér. Pro naše zadání vycházejí na 318 W a po jejich započítání, viz tabulka č. 3, dostaneme výsledek, jehož grafické vyjádření již odpovídá grafu č. 5.
| typ konstrukce | ØU [W/m2K] | A [m2] | ∆t [K] | Q = U ‧ A ‧ ∆t + Qv [W] | podíl na celku |
|---|---|---|---|---|---|
| byt→exteriér | 0,67 | 31,5 | 18,0 | 700 | 48 % |
| byt→schodiště a sklep | 2,27 | 15,0 | 7,3 | 249 | 17 % |
| byt→sousední byty | 1,61 | 160,5 | 2,0 | 516 | 35 % |
Obrázek č. 2 – výsledky pro byt č. 1
Obrázek č. 3 – výsledky pro byt č. 2
Obrázek č. 4 – výsledky pro byt č. 3
Obrázek č. 5 – výsledky pro byt č. 4
Obrázek č. 6 – výsledky pro byt č. 5
Obrázek č. 7 – výsledky pro byt č. 6
Je tedy přestup tepla mezi byty důležitým bodem, kterým je třeba se zabývat, nebo se jedná o marginální problém, jehož vliv se zbytečně zveličuje?
Závěr
Prostup tepla přes vnitřní mezibytové konstrukce je objektivní skutečnost, se kterou musíme počítat v okamžiku, kdy připustíme, že lze provozovat jednotlivé byty v bytovém domě na různé vnitřní teploty. S rostoucím teplotním rozdílem mezi jednotlivými byty roste pochopitelně význam vnitřních tepelných ztrát a výše uvedený příklad (tabulka č. 2) potvrzuje, že přes vnitřní konstrukce může z bytu odcházet více tepla než přes konstrukce obvodové. Vliv na velikost výsledného podílu má rovněž kvalita vnějších konstrukcí, přičemž zkvalitňování parametrů obálky budovy vliv vnitřních prostupů tepla posiluje. Náchylnější na tepelné parazitování jsou byty umístěné uvnitř dispozice, což by měli vědět především všichni ti, kteří se zasazují o tržní ocenění polohy bytu v domě. Dle jejich názoru by se teplo mělo platit podle skutečné spotřeby a za chráněnou polohu by se mělo připlácet v pořizovací ceně bytu. Tohle může fungovat v objektech s pevně danými vnitřními teplotami, nikoliv tam, kde jsou nájemníci přesvědčeni o tom, že volba vnitřní teploty je jejich nezpochybnitelným právem. Koupit si dražší byt s vidinou, že bude mít nižší provozní náklady, a následně zjistit, že jsou v sousedství dva, tři nevytápěné byty, by jistě názor na jeho skutečnou tržní hodnotě významně ovlivnil…
Přestup tepla přes mezibytové konstrukce neznamená pouze to, že někdo někomu teplo krade, představuje současně velice závažný problém pro efektivní fungování otopné soustavy bytových domů, protože ty byly navrženy zpravidla na úplně jiné okrajové podmínky, než které nastávají při individualizaci teplot v jednotlivých bytech. Pakliže je oficiálním cílem státní energetické koncepce zvyšování energetické účinnosti vytápění, měla by se tato skutečnost brát v potaz, a ne doporučovat zcela protichůdné kroky.
V příštím článku se podíváme na to, kolik vás to bude ročně stát, když budete mít za souseda člověka provozujícího denní útlumy. A dále si na příkladech porovnáme efekt dvou možných obranných opatření proti tepelnému parazitování.
In the last article on the regeneration of residential buildings, I said that additional contributions will be more focused on topics that are crucial for the effective functioning of the heating system, or which are controversial perception among the general public. The first topic that fully meets the two criteria is the heat transfer between the different flats in apartment houses.