Obvodové pláště energeticky úsporné výstavby (IV)
Tepelné mosty v cihelném zdivu
Tepelné mosty jsou v jedním z evergreenů posledních let. Je to proto, že u staveb s vysokými tepelnými odpory hrají podstatnou roli ve spotřebě tepla na vytápění. Článek volně navazuje na seriál o zdivu pro energeticky úspornou výstavbu.
Firma HELUZ si nechala pro svůj sortiment zpracovat "katalog" tepelných mostů pro zdivo SUPE®THERM P+D a SUPE®THERM STI. Tvarovky se vyrábějí v různých tloušťkách, tím vznikl soubor 26 detailů zpracovaných každý v 9 variantách. Tento katalog je k dispozici na vyžádání u firmy HELUZ a v dohledné době bude k dispozici i na stránkách sdružení ENERGY CONSULTING.
Lze tvrdit, že standardně řešené tepelné mosty se projeví ekvivalentem zvýšení součinitelů prostupů tepla U o přirážku ΔU = 0,1 W.m-2.K-1. Při požadavcích na součinitel prostupu tepla U = 1,4 W.m-2.K-1 toto nepředstavovalo ani 10 %. Při realizaci současných konstrukcí, běžně se součinitelem prostupu tepla okolo U = 0,3 W.m-2.K-1 toto již představuje 33 % a při častých skladbách konstrukcí, kdy je celkový součinitel prostupu tepla U = 0,2 W.m-2.K-1 to představuje zvýšení již o 50 %. Obdobnou situaci lze očekávat i u bodových tepelných mostů.
Maximální lineární činitel prostupu tepla ψk a maximální bodový činitel prostupu tepla χj
V ČSN 73 0540-2 je požadavek na maximální lineární činitel prostupu tepla ψk, který je uveden v článku 5.2.5. Jeho požadované hodnoty jsou stanoveny tak, jak uvádí tabulka 1. Zároveň je zde stanoven požadavek na maximální bodový činitel prostupu tepla χj, který je uveden v článku 5.2.5. Jeho požadované hodnoty jsou stanoveny tak, jak uvádí tabulka 2.
Nejnižší vnitřní povrchová teplota θsi
Tepelné mosty jsou velmi problematické i z hlediska plísní, neboť na studených površích může při překročení kritické teploty dojít k růstu plísní. Proto i ČSN 73 0540-2 v článku 5.1 upravuje požadavky na minimální povrchovou teplotu θsi. Přesné znění je v ČSN, ale pro většinu případů lze tvrdit, že je nutné dodržet hodnoty minimálních povrchových teplot tak, jak jsou uvedeny v tabulkách 3 a 4.
| Typ lineární tepelné vazby | Požadavek | Doporučení |
|---|---|---|
| φk,N [W.m-1.K-1] |
φk,N [W.m-1.K-1] |
|
| Vnější stěna navazující na další konstrukce s výjimkou výplně plně otvoru (základ, strop, markýza, střecha...) | 0,60 | 0,20 |
| Vnější stěna navazující na výplň otvoru (okno, dveře, vrata, prosklená stěna) | 0,10 | 0,03 |
| Střecha navazující na výplň otvoru | 0,30 | 0,10 |
Tabulka 1 - požadované a doporučené hodnoty lineárního činitele prostupu tepla φk [W.m-1.K-1]
| Typ bodové tepelné vazby | Požadavek | Doporučení |
|---|---|---|
| χj,N [W.K-1] |
χj,N [W.K-1] |
|
| Průnik tyčové konstrukce (sloupy, nosníky, konzoly) vnější stěnou, podhledem nebo střechou | 0,90 | 0,30 |
Tabulka 2 - požadované a doporučené hodnoty bodového činitele prostupu tepla χj [W.K-1]
| Způsob vytápění | Stavební konstrukce | |
|---|---|---|
| Těžká | Lehká | |
| Nepřerušované | 13,6 °C | 14,1 °C |
| Tlumené s poklesem výsledné teploty rovným a nebo menším než 7 °C | 14,1 °C | 14,6 °C |
| Přerušované s poklesem výsledné teploty větším než 7 °C | 14,6 °C | 15,1 °C |
Tabulka 3 - nejnižší přípustné povrchové teploty stavebních konstrukcí pro vnitřní teplotu
θai = +21 °C a relativní vlhkost vzduchu φi = 50 %
| Způsob vytápění | Otopná tělesa pod výplněmi otvorů | |
|---|---|---|
| Ano | Ne | |
| Nepřerušované | 9,2 °C | 10,2 °C |
| Tlumené s poklesem výsledné teploty rovným a nebo menším než 7 °C | 9,7 °C | 10,7 °C |
| Přerušované s poklesem výsledné teploty větším než 7 °C | 10,2 °C | 11,2 °C |
Tabulka 4 - nejnižší přípustné povrchové teploty výplní otvorů pro vnitřní teplotu θai = +21 °C
a relativní vlhkost vzduchu φi = 50 %
Poznámky:
- Vnitřní povrchové teploty θsi se obvykle stanoví řešením teplotního pole pro kritické detaily stavebních konstrukcí, kterými jsou například tepelné mosty ve stavební konstrukci a tepelné vazby mezi stavebními konstrukcemi, např. okenní ostění poblíž koutu, pod střechou apod. Ověřuje se vždy nejnižší ze zjištěných teplot. V místě spojení více konstrukcí se uvažuje vyšší z bezpečnostních přirážek Δθsi, stanovených pro jednotlivé konstrukce.
- Splnění požadavků podle tabulek je prevencí růstu plísní a rizika povrchové kondenzace.
- Odpor při přestupu tepla na vnitřní straně Rsi se podle ČSN EN ISO 13788 uvažuje pro vnější výplně otvorů hodnotou Rsi = 0,13 m2.K.W-1, pro ostatní vnitřní povrchy konstrukcí zvýšenou hodnotou Rsi = 0,25 m2.K.W-1.
Výpočet typových tepelných mostů s vyčíslením lineárních činitelů prostupu tepla φk a nejnižší povrchové teploty v interiéru θsi
(kliknutím se obrázek zvětší)
V této příručce je zpracováno celkem 234 typových detailů tak, že se jedná o 26 detailů pro 9 různých konstrukcí zdiva. Detaily jsou po stavební stránce řešeny tak, aby byly jednoduše proveditelné a přitom respektovaly pokud možno minimalizaci tepelných mostů. Proto jsme například upustili od často kresleného řešení napojení obvodového zdiva na ztužující věnec či základ tak, že je zde cihelná tvarovka o menším rozměru a tepelná izolace vyplňuje takto vzniklý prostor. Snažili jsme se i o to, aby byl pro omítku pokud možno stejný povrch, tedy aby, pokud je to možné, nebyl z exteriéru na povrchu tepelný izolant. Všechny detaily jsme se snažili řešit komplexně a jednotně pro všechny tloušťky zdiva. V úvahu byly vzaty i obvyklé požadavky, tedy cena, jednoduchost provádění apod. Veškeré detaily jsme se snažili řešit tak, aby byly skutečně realizovatelné, tedy například aby byla návaznost nejen v zobrazované rovině, ale i ve směru kolmém a aby i v tomto směru byly minimalizovány tepelné mosty. To je např. důvod, který nás vedl k použití ocelových "Z" držáků u vstupních dveří. Ostatní řešení vedou k tomu, že předsazená prahová část vstupu je osazena do ostění dveří, kde tvoří tepelný most. Je pochopitelné, že v této příručce nejsou uvedena všechna možná řešení ani všechny detaily, se kterými je možné se na běžné stavbě setkat. To by však vedlo k nikdy nekončící práci, neboť vždy je možné přijít do styku s dalším detailem, další možnou variantou řešení či použití jiných materiálů.
(kliknutím se obrázek zvětší)
Detaily jsou řešeny podle příslušných norem programem QuickField. Pro výpočet byly použity součinitele přestupu tepla podle místa řešeného detailu, směru přestupu tepla i podle toho, zda byla počítána minimální povrchová teplota či lineární činitel prostupu tepla. Od normy jsme se záměrně odchýlili při výpočtu detailů u terénu, neboť postupy uvedené v normách vedou k přibližným výsledkům, což je již dáno metodou výpočtu (např. podle umístění tepelné izolace se používá normou daná přirážka). Zde jsme volili vlastní model, který je dle našeho soudu bližší realitě, totiž určení Dirichletovy okrajové podmínky pro terén v hloubce 2 m pod povrchem, kde jsme volili teplotu +10 °C. Tato volba není náhodná. Máme k dispozici dlouhodobé měření teplot pod terénem, kde jsme zjistili, že teplota v hlubších vrstvách je konstantní a nemá na ni vliv kolísání exteriérových teplot. V nižších hloubkách se pohybuje okolo 10 až 11 °C. Hloubku 2 m pod terénem jsme volili proto, že podle staré zkušenosti je v hloubce 1 m pod terénem celoročně teplota nad 0 °C, což právě odpovídá námi zvolené hloubce a teplotě. V této souvislosti je nutné upozornit, že veškeré výpočty byly prováděny jako dvourozměrné stacionární vedení tepla, při dynamických výpočtech bychom pravděpodobně dospěli k jiným výsledkům.
Při výpočtech jsme se dopustili i dalších zjednodušení, která však na výsledky výpočtů mají malý vliv. Jako poměrně zásadní je použití tepelné vodivosti minerální vlny ve střešní konstrukci v hodnotě λ = 0,05 W.m-1.K-1 proti obvyklé hodnotě λ = 0,04 W.m-1.K-1. Tímto zvýšením tepelné vodivosti jsme do výpočtu zahrnuli vliv systémových tepelných mostů krokvemi a dřevěným roštem, pro přesnější vyčíslení by bylo nutné celý detail počítat jako trojrozměrné vedení tepla, což by výpočet výrazně zkomplikovalo, přitom by se výsledné hodnoty nijak výrazně od námi vypočítaných nelišily.
Velikost detailů byla volena tak, aby v konstrukci v místě ukončení počítaného detailu nedocházelo k dvojrozměrnému vedení tepla, tedy aby zde platila Neumannova podmínka a tepelný tok zde byl ve směru kolmém na konstrukci roven 0.
V ostatních místech byly voleny Newtonovy okrajové podmínky, přičemž součinitel přestupu tepla vyplývá z tepelných odporů při přestupu tepla uvedených v tabulce 5 a teploty vyplývají z hodnot uvedených v tabulce 6.
| Typ přestupu tepla | Hodnota přestupu tepla [m2.K.W-1] |
|---|---|
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na okenní konstrukci Rsi = | 0,13 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v exteriéru Rse = | 0,04 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci pro výpočet tepelných mostů vodorovně Rsi = | 0,13 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci pro výpočet tepelných mostů svisle dolů Rsi = | 0,17 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci pro výpočet tepelných mostů svisle nahoru Rsi = | 0,10 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci pro výpočet povrchových tepot v horní polovině místnosti Rsi = | 0,25 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci pro výpočet povrchových tepot v dolní polovině místnosti Rsi = | 0,35 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci pro výpočet povrchových tepot ve velmi nepříznivé části místnosti Rsi = | 0,5 |
| Tepelný odpor při přestupu tepla v interiéru na neprůsvitné konstrukci v suterénních a nevytápěných místnostech Rsi = | 0,13 |
Tabulka 5 - hodnoty přestupu tepla pro jednotlivé části konstrukcí
| Okrajová podmínka | Hodnota |
|---|---|
| Venkovní teplota θe | -17,0 °C |
| Teplota vnitřního vzduchu θai | +21,0 °C |
| Relativní vlhkost venkovního vzduchu RHe | 84,0 % |
| Relativní vlhkost vnitřního vzduchu RHi | 55,0 % |
| Teplota 2 m pod terénem | +10 °C |
| Teplota v suterénních místnostech | +10 °C |
| Teplota v půdním prostoru | -17,0 °C |
| Teplota v nevytápěné místnosti (detail 21, spodní místnost) | 0 °C |
Tabulka 6 - hodnoty okrajových podmínek
Detaily jsou schématicky nakresleny a u každého jsou uvedeny proměnlivé rozměry pro různé tloušťky zdiva. Z tepelných toků pak je vyjádřen lineární činitel prostupu tepla ψ. Protože tento činitel prostupu tepla může být používán pro různé výpočty, vyjádřili jsme jej jak ve vztahu k exteriéru, tak i ve vztahu k interiéru. Pro jeho použití při výpočtu z exteriéru je nutné brát jako rozměry konstrukce vnější rozměry až po tepelnou izolaci. Pro lineární činitel prostupu tepla ψ z interiéru je naopak nutné ve výpočtu využívat vnitřní rozměry konstrukcí. I z těchto důvodů se lineární činitel prostupu tepla z exteriéru nerovná součtu lineárních činitelů prostupu tepla z interiéru. Protože v mnoha detailech jsou dvě místnosti, uvádíme v interiéru příslušný počet lineárních činitelů prostupu tepla ψ a označujeme je jako horní (H) a dolní (D). Pro vysvětlení je nutné uvést, že lineární činitel prostupu tepla má rozměry W.m-1.K-1, nejedná se však o žádnou fyzikální veličinu, jedná se pouze o činitele, s jehož pomocí se zohledňuje dvourozměrné vedení tepla v detailech, jde o smluvní vyjádření přirážky zohledňující vliv dvourozměrného vedení tepla.
Povrchová teplota v interiéru je vyjádřená jako teplotní faktor fRsi (bezrozměrné číslo) ze vztahu fRsi = 1 - (θai - θsi) / (θai - θe). Následně pak lze spočítat povrchovou teplotu pro libovolnou teplotu interiéru a exteriéru dosazením hodnot do následující rovnice: θsi = θai - (1 - fRsi) * (θai - θe)
Ukázka detailu
Níže je uvedena ukázka jednoho z více zpracovaných detailů:
| Detail nadpraží okna + ztužující věnec mezi vytápěnými podlažími | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Parametr | Druh zdiva | |||||||||
| 38 P+D | 40 P+D | 44 P+D | 49 P+D | 36,5 STI | 38 STI | 40 STI | 44 STI | 49 STI | ||
| nejnižší teplota v horní místnosti není v rohu, ale na stěně | Vnitřní minimální povrchová teplota [°C] | 17,15 | 17,33 | 17,64 | 17,98 | 17,63 | 17,76 | 17,91 | 18,18 | 18,48 |
| Teplotní faktor fRsi [-] | 0,8988 | 0,9033 | 0,9116 | 0,9205 | 0,9114 | 0,9148 | 0,9187 | 0,9259 | 0,9336 | |
| teplota měřena v místě styku rámu okna se zdivem v interiéru | Vnitřní minimální povrchová teplota [°C] | 15,54 | 15,44 | 15,63 | 15,77 | 15,78 | 15,59 | 15,48 | 15,68 | 15,83 |
| Teplotní faktor fRsi [-] | 0,8563 | 0,8537 | 0,8587 | 0,8624 | 0,8626 | 0,8576 | 0,8547 | 0,8600 | 0,8639 | |
| Lineární činitel prostupu tepla z exteriéru ψe [W.m-1.K-1] | 0,146 | 0,122 | 0,119 | 0,123 | 0,155 | 0,175 | 0,150 | 0,145 | 0,145 | |
| Lineární činitel prostupu tepla z interiéru pro horní místnost (část detailu) ψiH [W.m-1.K-1] | 0,023 | 0,019 | 0,013 | 0,007 | 0,026 | 0,022 | 0,019 | 0,013 | 0,008 | |
| Lineární činitel prostupu tepla z interiéru pro dolní místnost (část detailu) ψiD [W.m-1.K-1] | 0,246 | 0,221 | 0,212 | 0,212 | 0,231 | 0,251 | 0,225 | 0,195 | 0,214 | |
Tabulka 7 - Detail nadpraží okna + ztužující věnec mezi vytápěnými podlažími
Pro své konkrétní případy využijte našich tabulek a výpočtů!
Např.:
- Výpočet tepelné ztráty objektu dle ČSN 06 0210
- Prostup tepla vícevrstvou konstrukcí a průběh teplot v konstrukci
Použitá a související literatura
Směrnice Evropského parlamentu a Rady Evropy 2002/91/ES o energetické náročnosti budov
Směrnice 93/76/EHS z 13. září 1993
Zákon č. 183/2006 Sb. Stavební zákon, ve znění pozdějších předpisů
Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření s energií, ve znění pozdějších předpisů
Vyhláška 132/1998 Sb.
Vyhláška MMR č. 137/1998 Sb., o obecných technických požadavcích na výstavbu, ve znění pozdějších předpisů
Vyhláška MPO č. 213/2001 Sb., kterou se vydávají podrobnosti náležitostí energetického auditu, ve znění pozdějších předpisů
Vyhláška MPO č. 291/2001 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách, ve znění pozdějších předpisů
ČSN 06 0210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění
ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov - Část 1 až 4
ČSN EN ISO 10077-1 (73 0567) Tepelné chování oken, dveří a okenic - Výpočet součinitele prostupu tepla - Část 1: Zjednodušená metoda
ČSN EN ISO 10211-1 (73 0551) Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích - Tepelné toky a povrchová teplota - Část 1: Základní výpočtové metody
ČSN EN ISO 10211-2 (73 0551) Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích - Výpočet tepelných toků a povrchových teplot - Část 2: Lineární tepelné mosty
ČSN EN ISO 12567-1
ČSN EN ISO 13370 (73 0559) Tepelné chování budov - Přenos tepla zeminou - Výpočtové metody
ČSN EN ISO 13788 (73 0544) Tepelně vlhkostní chování stavebních konstrukcí a stavebních prvků - Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce - Výpočtové metody
ČSN EN ISO 13789 (73 0565) Tepelné chování budov - Měrná ztráta prostupem tepla - Výpočtová metoda
ČSN EN ISO 14683 (73 0561) Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích - Lineární činitel prostupu tepla - Zjednodušené postupy a orientační hodnoty
ČSN EN ISO 6946 (73 0558) Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda
ČSN EN 832 (73 0564) Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění - Obytné budovy
výpočtový program QuickField
Halahyja, M., Beťko,B., Bloudek, K., Puškáš, J., Tomašovič, P.: Stavebná tepelná technika, akustika a osvetlenie. Alfa, Bratislava a SNTL Praha 1985
Halahyja, M., Chmúrny, I., Sternová, Z.: Stavebná tepelná technika. Tepelná ochrana budov. JAGA, Bratislava 1998
Mrlík, F.: Vlhkostné problémy stavebných materiálov a konštrukcií. Alfa, Bratislava 1985
Řehánek, J. - Janouš A. - Kučera, P. - Šafránek, J.: Tepelně technické a energetické vlastnosti budov. Grada Publishing, Praha 2002
Šála, J.: Teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi pro ČSN 73 0540-2. in Tepelná ochrana budov 4/2006
Šála, J.: Zateplování budov. Grada Publishing, Praha 2000
Šubrt, R.: Tepelné izolace domů a bytů. Grada Publishing, Praha 1998
Šubrt, R.: Tepelné izolace. BEN, Praha 2005
Šubrt, R., Volf, M.: Stavební detaily-tepelné mosty. Grada Publishing, Praha 2002