Vliv prosklených ploch na vnitřní pohodu prostředí
Obsahem příspěvku je určení vlivu sálání na kvalitu vnitřního prostředí v zimním období při zasklení izolačním dvojsklem a izolačním trojsklem. Vliv sálání otvorovými výplněmi a stavebními konstrukcemi je hodnocen na základě znalostí střední radiační teploty a operativní teploty v prostoru. Prezentován je průběh izoterm střední radiační teploty a operativní teploty při použití izolačních skel s různými součiniteli prostupu tepla.
Abstrakt
Obsahem příspěvku je určení vlivu sálání na kvalitu vnitřního prostředí v zimním období při zasklení izolačním dvojsklem a izolačním trojsklem. Vliv sálání otvorovými výplněmi a stavebními konstrukcemi je hodnocen na základě znalostí střední radiační teploty a operativní teploty v prostoru. Prezentován je průběh izoterm střední radiační teploty a operativní teploty při použití izolačních skel s různými součiniteli prostupu tepla.
Úvod
Parametry vnitřního prostředí se v různých prostorách liší na základě charakteru provozu a využití. Parametry vnitřního prostředí jsou pro různé případy definovány v Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. (v aktuálním znění), kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, kdy hodnotícím kritériem je operativní nebo výsledná teplota.
Ve Vyhl. 410/2005 Sb. (v aktuálním znění), o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých, jsou uvedeny průměrné hodnoty výsledných teplot pro jednotlivé typy prostoru, při předpokládané rychlosti proudění vzduchu w = 0,1 - 0,2 (m/s).
Ve Vyhl. 268/2009 Sb. (v aktuálním znění) o technických požadavcích na stavby, je § 16, odstavci 2, určeno, že budovy s požadovaným stavem vnitřního prostředí musí být navrženy a provedeny tak, aby byly dlouhodobě po dobu jejich užívání zaručeny požadavky na jejich tepelnou ochranu splňující:
- tepelnou pohodu uživatelů,
- požadované tepelně technické vlastnosti konstrukcí a budov,
- tepelně vlhkostní podmínky technologií podle různých účelů budov,
- nízkou energetickou náročnost budov.
Konkrétní parametry tepelné pohody uživatelů nejsou ve Vyhl. 268/2009 Sb. uvedeny.
Ve Vyhl. 194/2007 Sb., kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, v § 2, odstavci 7, je určeno, že výpočtová teplota vnitřního vzduchu stanovená projektem je výsledná teplota, která zohledňuje vedle teploty vnitřního vzduchu i vliv sálání okolních stěn. Kontrola dodržení výpočtové teploty vnitřního vzduchu se ověřuje kulovým teploměrem.
Je patrné, že tepelnou pohodu ve vnitřním prostředí nelze určovat na základě teploty vzduchu, ale na základě výsledné či operativní teploty.
Teploty vstupující do výpočtu
Teplota vzduchu interiéru – θa (°C)
Teplota vzduchu (bez vlivu sálání). Lze měřit jakýmkoliv teplotním čidlem zakrytým fólií (např. hliníková fólie).
Teplota povrchu konstrukce – θp (°C)
Teplota povrchu konstrukce, je závislá na tepelně-technických parametrech konstrukce.
Střední radiační teplota – θr (°C)
Střední radiační teplota je definována jako společná teplota všech okolních ploch. Lze ji určit dle vztahu:
(1)
kde Ti (K) jsou teploty povrchů okolních ploch, Fi (-) jsou poměry osálání.
Teplota kulového teploměru (výsledná teplota) - θg (°C)
Zohledňuje vliv teploty vzduchu, sálání okolních povrchů a rychlost proudění vzduchu. Měří se kulovým teploměrem.
Operativní teplota - θo (°C)
Jedná se o výpočtovou veličinu sloužící pro hodnocení tepelné pohody v prostoru. Zohledňuje vliv teploty vzduchu, střední radiační teplotu a proudění vzduchu.
θo = A · θa + (1 - A) · θt (2)
Při rychlostech proudění vzduchu pod wa < 0,2 (m/s) lze nahradit operativní teplotu výslednou teplotou θg (°C) měřenou kulovým teploměrem:
θo ≅ θg (3)
Základní okrajové podmínky
Výpočet je proveden pro obývací pokoj s dvěma otvorovými výplněmi (okno a prosklená stěna), viz obrázek 1.
Obr. 1 Půdorys objektu s vyznačenou místností a kontrolním řezem, pro kterou je výpočet proveden
Parametry místnosti jsou:
- šířka pokoje B = 5000 (mm), hloubka (délka) L = 5000 (mm), světlá výška H = 2600 (mm), na obrázku místnost vyznačena červeně,
- teplota vzduchu θi = 21,0 (°C),
- venkovní teplota θe = -17,0 (°C),
- součinitel prostupu tepla stěny Us = 0,25 (W/m2.K),
- součinitel prostupu tepla zasklení (ve výpočtech není pro zjednodušení uvažován rám okna):
a) dvojsklo – Ug = 1,1 (W/m2.K),
b) trojsklo – Ug = 0,5 (W/m2.K). - velikost okna: 1600 x 1600 (mm), výška parapetu 800 (mm),
- velikost prosklené stěny: 3000 x 2400 (mm), výška parapetu 0 (mm),
- rychlost proudění vzduchu v místnosti wa = 0 až 0,2 (m/s) - operativní teplota odpovídá teplotě výsledné.
Pro výpočet střední radiační teploty a operativní teploty byl použit program MRT Analysis v37 [L1].
Výsledky a komentář
Výsledky výpočtu střední radiační teploty a operativní teploty pro obě varianty zasklení jsou prezentovány grafickou formou.
Obr. 2a Střední radiační teplota; vodorovný řez místností ve výšce 1500 (mm) nad podlahou – zasklení dvojsklem Ug = 1,1 (W/m2.K)
Obr. 2b Operativní teplota; vodorovný řez místností ve výšce 1500 (mm) nad podlahou – zasklení dvojsklem Ug = 1,1 (W/m2.K)
Obr. 3a Střední radiační teplota; vodorovný řez místností ve výšce 1500 (mm) nad podlahou – zasklení dvojsklem Ug = 0,5 (W/m2.K)
Obr. 3b Operativní teplota; vodorovný řez místností ve výšce 1500 (mm) nad podlahou – zasklení dvojsklem Ug = 0,5 (W/m2.K)
Obr. 2a znázorňuje průběh střední radiační teploty v místnosti při zasklení otvorových výplní izolačním dvojsklem Ug = 1,1 (W/m2.K). Střední radiační teplota, např. ve vzdálenosti 500 (mm) od povrchu prosklené stěny θr = 19,5 (°C). Na obr. 3a je patrný průběh střední radiační teploty v místnosti při zasklení otvorových výplní izolačním trojsklem Ug = 0,5 (W/m2.K). Střední radiační teplota, např. vzdálenosti 500 (mm) od povrchu prosklené stěny θr = 20,5 (°C). Rozdíl středních radiačních teplot ve vzdálenosti 500 (mm) od prosklené stěny při zasklení izolačním dvojsklem a trojsklem Δθr = 1,0 (°C).
Obr. 2b znázorňuje průběh operativní teploty v místnosti při zasklení otvorových výplní izolačním dvojsklem Ug = 1,1 (W/m2.K). Operativní teplota ve vzdálenosti, např. 500 (mm) od povrchu prosklené stěny θo = 20,5 (°C). Obr. 3b znázorňuje průběh operativní teploty v místnosti při zasklení otvorových výplní izolačním dvojsklem Ug = 0,5 (W/m2.K). Operativní teplota ve vzdálenosti, např. 500 (mm) od povrchu prosklené stěny θo = 21,0 (°C). Rozdíl operativních teplot ve vzdálenosti 500 mm od prosklené stěny při zasklení izolačním dvojsklem a trojsklem Δθo = 0,5 (°C).
Na obrázcích 4a, 4b, 5a, 5b jsou znázorněny průběhy střední radiační teploty a operativní teploty ve svislé rovině (kontrolní řez), procházející prosklenou stěnou.
Obr. 4a Střední radiační teplota: svislý řez prosklenou stěnou, zasklení dvojsklem Ug = 1,1 (W/m2.K)
Obr. 4b Operativní teplota: svislý řez prosklenou stěnou, zasklení dvojsklem Ug = 1,1 (W/m2.K)
Obr. 5a Střední radiační teplota: svislý řez prosklenou stěnou, zasklení trojsklem Ug = 0,5 (W/m2.K)
Obr. 5b Operativní teplota: svislý řez prosklenou stěnou, zasklení trojsklem Ug = 0,5 (W/m2.K)
Z porovnání výsledků průběhů teplot střední radiační teploty a operativní teploty při zasklení izolačním dvojsklem vyplývá, že tepelný tok sáláním výrazně ovlivňuje střední radiační teplotu, zatímco operativní teplota je tepelným tokem sálání ovlivněna minimálně.
Tepelný tok sáláním při zasklení izolačním trojsklem ovlivňuje střední radiační teplotu zcela nepatrně a operativní teplotu zanedbatelně.
Zásadní vliv na rozdíl ve vypočtených hodnotách operativní teploty má rychlost proudění vzduchu wa < 0,2 (m/s). Proudění vzduchu významně ovlivňuje průběh operativní teploty především u zasklení s vyšším součinitelem prostupu tepla – dvojsklem.
Závěr
Hodnoty operativní teploty nejsou výrazně ovlivněny použitým zasklením (izolační dvojsklo, trojsklo). U výpočtu střední radiační teploty byl vliv použitého zasklení prokázán.
Do výpočtu tepelné pohody nebyly započítány padající chladné proudy podél zasklení, které však mohou stav vnitřního prostředí výrazně ovlivnit.
Přes uvedené závěry je instalace izolačních trojskel opodstatněná, a to z následujících důvodů:
- snížení energetické náročnosti objektu,
- eliminace chladných proudů vyvolaných nízkou povrchovou teplotou zasklení; například povrchová teplota izolačního trojskla θw3 = 18,6 (°C), povrchová teplota izolačního dvojskla θw2 = 15,8 (°C).
Literatura
[L1] Aplikace MRT Analysis v37, autor: doc. Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D.
[L2] Portál TZB-INFO, Stanovení střední radiační teploty (I), autor: doc. Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D.
[L3] Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. (v aktuálním znění), Vyhl. 410/2005 Sb. (v aktuálním znění), Vyhl. 268/2009 Sb. (v aktuálním znění), Vyhl. 194/2007 Sb.
Kontaktní adresa
Ing. Jiří Ježek, Oknotherm spol. s r.o., Linecká 377, 38241 Kaplice, e-mail: jezek@oknotherm.cz
The article deals with the determination of effects of heat radiation on the quality of the indoor environment in winter season, while insulating by double and triple glasses. Effect of radiation through the fillings of the panels and building structures has been evaluated on the basis of knowledge of the mean radiation temperature and operative temperature in the given indoor environment. Isotherms of mean radiation and operative temperatures for different cases of application of insulated glasses having different coefficients of thermal transfer have been presented.