Obrázek 4 – Osazení okna do vrstvy tepelné izolace, ukotvení na L-profily
1. Identifikační údaje
1. 1. Identifikační údaje zadavatele projektu
Název firmy: domi reality s.r.o.
Adresa : Na Poříčí 1041/12, Praha 1, 110 00
Telefon: 775 70 60 10
Fax: 222 312 774
E-mail: tomas@callido.cz
IČO: 27254241
Zástupce: Ing. Tomáš Prčík
1. 2. Zhotovitel projektu
Jméno: PORSENNA o.p.s.
Adresa: Bystřická 522/2, 140 00 Praha 4
Telefon: 241 730 336
Fax: 241 730 340
E-mail: ops@porsenna.cz
IČO: 271 72 392
Energetický auditor: Ing. Tomáš Vanický, č. osvědčení 274 ze dne 17.3.2008
Spolupracoval: Ing. Iveta Vlčková
1. 3. Předmět projektu
Optimalizace typového objektu SLIM HOUSE, společnosti domi reality s.r.o.. Návrh ochlazovaných konstrukcí s přihlédnutím k maximální potřebě tepla na vytápění stanovené zadavatelem projektu. Varianta 1 s přirozeným větráním a maximální měrnou potřebou tepla na vytápění 55 kWh/(m2a) a varianta 2 s rekuperací, kdy je měrná potřeba tepla na vytápění maximálně 40 kWh/(m2a).
2. Normativní část
Výpočty a citace uvedené v dokumentu jsou v souladu s normami:
- ČSN EN ISO 13790 – Tepelné chování budov – Výpočet potřeby energie na vytápění
- TNI 73 0329 – Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění – Rodinné domy
- ČSN 73 0540 – Tepelná ochrana budov
- ČSN EN ISO 14683 – Tepelné chování budov – Měrná ztráta prostupem tepla - Výpočtová metoda
Pro výpočty byly použity programy:
- Svoboda software pro stavební fyziku (Area 2007, Teplo 2007)
3. Zpracování projektu
3. 1. Okrajové podmínky
Stanovení měrné potřeby tepla na vytápění bylo provedeno výpočtem podle tepelně technické normy ČSN EN ISO 13790 a dále podle pravidel TNI 73 0329
- Objekt ve výpočtu definován jako jedna zóna s požadovanou vnitřní teplotou 20 °C
- Klimatické okrajové podmínky výpočtu definuje TNI 73 0329 - norma používá pro všechny lokality stejná klimatická data, důvodem je možnost porovnat kvality jednotlivých stavebních řešení
- Vnitřní zisky jsou definovány TNI 73 0329
– zisky od osob (podle projektu a obsazenosti domu (cca 20 m2/os.)
– metabolické teplo a teplo od spotřebičů a osvětlení se uvažuje 100 W/os. (bez ohledu na věk osoby) + 100 W/byt.jed.(bez ohledu na přítomnost osob)
– koeficient přítomnosti osob 0,7 (předpokládá, že jsou osoby přítomny 70 % doby v roce)
– Vnější zisky (zisky ze slunečního záření) na velikost solárních zisků má vliv natočení objektu ke světovým stranám, poměrná plocha zasklení a rámu okna, typ zasklení a osazení otvorové výplně ve stavební konstrukci
– dle normy TNI 73 0329 se pro přesnější výpočet uvažuje každé okno zvlášť, do výpočtu zisků vstupuje činitel stínění, činitel rámu, činitel clonění
– celková solární propustnost – je definována pro dané zasklení; obvykle uvádí výrobci
– korekční činitel zasklení (rámu) – podíl průsvitné plochy okna a celkové plochy okenní konstrukce, pokud okno rám nemá, zadává se hodnota 1
– korekční činitel clonění – rozeznáván pro trvalé clony a pro pohyblivé stínicí prvky (umístěny uvnitř i vně oken), závislý na typu clony; hodnoty korekčních činitelů jsou převzaty z tabulek G.3 a G.4 normy ČSN EN ISO 13790
– korekční činitel stínění pro externí překážky (stínění horizontem) – vyjadřuje vliv okolních objektů, které svoji výškou zastiňují hodnocený objekt; hodnota korekčního činitele stínění (uvedená v tabulce G.5 normy ČSN EN ISO 13790) vyplývá z natočení ke světové straně a z úhlu horizontu viz obrázek
– korekční činitel stínění pro externí překážky (markýzou, bočními žebry) – vyjadřuje stínění přečnívajícími vodorovnými či svislými prvky konstrukce (balkony, lodžie); hodnota korekčního činitele stínění (uvedená v tabulce G.6 G.7 normy ČSN EN ISO 13790) vyplývá z natočení ke světové straně a z úhlu mezi rovinou okna a spojnicí středu okna a přední hrany stínicího prvku viz Obrázek
– korekční činitel stínění pro externí překážky (markýzou, bočními žebry) – vyjadřuje stínění přečnívajícími vodorovnými či svislými prvky konstrukce (balkony, lodžie); hodnota korekčního činitele stínění (uvedená v tabulce G.6 G.7 normy ČSN EN ISO 13790) vyplývá z natočení ke světové straně a z úhlu mezi rovinou okna a spojnicí středu okna a přední hrany stínicího prvku viz Obrázek
3. 2. Skladby obvodového pláště
Zadavatel požaduje zaměnit v již vypočtené skladbě obvodové konstrukce nosný zdicí prvek YTONG P2-500 za vápenopískové cihly tak, aby návrhový součinitel prostupu tepla stěny odpovídal hodnotám původní skladby. Součinitel prostupu tepla konstrukce U = 0,17 W/(m2K) je stejný jak pro variantu 1 s přirozeným větráním a měrnou potřebou maximálně 50 kWh/(m2a), tak pro variantu 2 s rekuperací a maximální měrnou potřebou tepla 40 kWh/(m2a).
V následujících tabulkách jsou uvedeny navržené skladby obvodové stěny s izolací pomocí klasického pěnového bílého polystyrenu a pomocí šedého pěnového polystyrenu s lepšími tepelně technickými vlastnostmi.
| č. | vrstva | d | lambda | R | d | U |
|---|---|---|---|---|---|---|
| mm |
W/(mK) |
(m2K)/W |
mm |
W/(m2K) | ||
| 1 | vápenná omítka |
20 |
0,870 | 0,023 |
440 |
0,17 |
| 2 | vápenopísková cihla |
175 | 0,860 | 0,203 | 440 | 0,17 |
| 3 | pěnový polystyren |
240 |
0,04 | 6,000 | 440 | 0,17 |
| 4 |
minerální omítka |
5 |
0,800 |
0,006 | 440 | 0,17 |
| č. | vrstva | d | lambda | R | d | U |
|---|---|---|---|---|---|---|
| mm |
W/(mK) |
(m2K)/W |
mm |
W/(m2K) | ||
| 1 | vápenná omítka |
20 |
0,870 | 0,023 |
440 |
0,17 |
| 2 | vápenopísková cihla |
175 | 0,860 | 0,203 | 440 | 0,17 |
| 3 | pěnový polystyren grey wall 0,33 |
200 |
0,033 | 6,061 | 440 | 0,17 |
| 4 |
minerální omítka |
5 |
0,800 |
0,006 | 440 | 0,17 |
Skladby stěn byly propočteny v programu Teplo 2007. Hodnocení skladeb a protokol výsledků z programu Teplo 2007 je obsahem přílohy 1.
K výběru vhodnější varianty zateplení z hlediska vstupních investic patří mimo jiné i zhodnocení nákladů na zateplovací systém (materiál tepelné izolace). Vzhledem k lepším tepelně technickým vlastnostem je šedý polystyren sice dražší, ale vzhledem k menšímu objemu může být v určitých případech cenově výhodnější.
3. 3. Detail osazení okna do obvodové konstrukce
Potřeba tepla na vytápění objektu vychází z tepelně-technických vlastností ochlazovaných konstrukcí, tedy i oken. Měrný tepelný tok přes okna je závislý na vlastnostech distančního rámečku, zasklení, na způsobu osazení okna do obvodové konstrukce (viz dále) a na velikosti prosklených ploch a jejich natočení ke světovým stranám.
V napojovací spáře okna se stěnou vzniká tepelný tok, který je závislý na délce připojovacích spár (ostění, nadpraží, parapet) a dále na umístění okna do stěny v závislosti na poloze izolační vrstvy. Ideální osazení okna do otvoru ve stěně je takové, aby rovina rámu okna procházela co nejblíže rovině středu tepelně-izolační vrstvy. Dále lze zmenšit tepelnou vazbu ve spoji okno-stěna překrytím okenního rámu tepelnou izolací, obtížné realizovat toto opatření může být v oblasti parapetu (a následného kotvení parapetního plechu). Příklady osazení okenní výplně jsou znázorněny v příloze 2 a na následujících obrázcích je znázorněn tepelný tok ve stěně (převzato www.kalksandstein.cz).
Pro objekt byly navrženy okna s izolačním dvojsklem a dřevěným rámem (eurookno 80).
Obrázek 3 – Osazení okna na hranu zdiva
Obrázek 5 – Osazení okna do vrstvy tepelné izolace, kotvení na dřevěnou desku
Velikost lineárního činitele prostupu tepla v závislosti na osazení okna do stěny
| lineární činitel prostupu tepla | způsob osazení okna | |||
|---|---|---|---|---|
| [W/(m.K)] | na vnější hranu zdiva | do vrstvy tep. izolace na L-profil | na vrstvy tep. izolace na dřevěnou desku | |
| vnější rozměry | bez přetažené izolace | 0,066 | 0,001 | -0,065 |
| s přetaženou izolací | 0,031 | -0,009 | -0,071 | |
| vnitřní rozměry | bez přetažené izolace | 0,066 | 0,001 | -0,65 |
| s přetaženou izolací | 0,031 | -0,009 | -0,071 | |
Pozn.: Velikosti lineárních činitelů jsou převzaty z programu Wärmebrückenkatalog 1.2.5.4 firmy Kalksandstein CZ s.r.o. U spojení s přetaženou izolací je počítán20 mm přesah izolace přes rám okna, tloušťka tepelné izolace je u detailů brána 160 mm. Pro přesný lineární činitel prostupu tepla daného detailu je třeba detail namodelovat v programu 2D. Tato tabulka slouží jen jako ukázka změny lineárního činitele v závislosti na osazení okna do konstrukce.
Z výše uvedené tabulky a obrázků plyne závislost lineárního činitele na osazení okna do stěny a způsob zateplení. Čím lépe je okno osazeno, tím je lineární činitel prostupu tepla nižší (nebo i záporný).
V případě výpočtu měrné potřeby energie na vytápění dle TNI 73 0329 je umožněn přesný výpočet vlivu tepelných vazeb a mostů, který má oproti paušální přirážce výrazný vliv na měrnou roční hodnotu potřeby tepla na vytápění. Při podrobném výpočtu se může měrná roční hodnota potřeby tepla na vytápění snížit o 10 – 20% oproti původní vypočtené potřebě s paušální přirážkou tepelných vazeb 0,02.
3. 4. Dřevěný/železobetonový strop
Cílem této kapitoly je zhodnocení rozdílů mezi variantou dřevěného a železobetonového stropu. K vyjádření rozdílů z pohledu stavební fyziky byl použit program AREA 2007.
3. 4. 1. Vstupní parametry pro detaily modelované v programu 2D
- Tepelně technické vlastnosti použity dle hodnot udávaných výrobcem, v případě neuvedení výrobku jsou uvažovány vlastnosti dle normových hodnot ČSN 730540-3:2007, deklarovaná hodnota součinitele tepelné vodivosti je navýšena odborným odhadem o 10%
- Velikost faktoru difúzního odporu parotěsných izolací a hydroizolací je zhoršena o 1/3, toto zhoršení vlastnosti zahrnuje případné protržení izolace při zabudování do konstrukce
- Zanedbán vliv kotevních prvků
- Vzdálenost dřevěných nosných trámů je uvažována dle projektové dokumentace (s osovou vzdáleností 750 mm)
- U nehomogenních vrstev (lineárních teplotních mostů rovnoběžných se zobrazovací rovinou) je vypočten ekvivalentní součinitel tepelné vodivosti λekv a ekvivalentní faktor difúzního odporu µekv
- Pro výpočet teplotního pole je uvažována vnitřní teplota vzduchu 21 °C a vnější teplota vzduchu -15 °C
- Pro výpočet kondenzace je uvažována relativní vlhkost vzduchu v interiéru 50 % a v exteriéru 84 %
- Hodnoty jednotlivých materiálů s nimiž je počítáno jsou uvedeny v následující tabulce
Vlastnosti použitých materiálů
| materiál | součinitel tepelné vodivosti | faktor difúzního odporu |
|---|---|---|
| [W/m.K] | [-] | |
| Vápenopískové cihly | 0,860 | 15,0 |
| Železobeton | 1,430 | 23,0 |
| Dřevo tvrdé | 0,220 (0,490)* | 157 |
| Pěnový polystyren | 0,040 | 35,0 |
| OSB desky | 0,130 | 50,0 |
| Parozábrana | 0,300 | 333333,3 |
| Hydroizolace | 0,210 | 26666,6 |
* Součinitel tepelné vodivosti u anizotropních materiálů je v různých směrech rozdílný (rovnoběžně nebo kolmo k vláknům), hodnota uvedená v závorce je součinitel tepelné vodivosti pro směr rovnoběžný s vlákny.
Na následujícím obrázku je znázorněn návrh spoje posuzovaného detailu (stěna - střecha). Detail je namodelován v 2D programu (Area 2007). Je posouzena varianta dřevěného a železobetonového stropu.
Obrázek 6 – Stavebně technický detail
U modelovaného detailu byla posouzena kondenzace vodní páry a kritický teplotní faktor konstrukce. Bylo vymodelováno teplotní pole detailů.
3. 4. 2. Detail dřevěný strop
Dřevěný strop je proveden z nosných trámů procházejících skrz svislou obvodovou konstrukci. Přesah dřevěných trámů je využit jako stínění (pergola). Na obrázku 7 je vykreslen průběh teplot detailem a na obrázku Obrázek 8 je znázorněna oblast kondenzace v konstrukci. V následující tabulce jsou porovnány výsledky výpočtů detailu s požadavkem normy.
Obrázek 7 – Teplotní pole – dřevěný strop
Obrázek 8 – Přibližná oblast kondenzace
Posouzení detailu
| Požadavek | Vypočtená hodnota | Vyhodnocení | |
|---|---|---|---|
| Povrchová kondenzace | 10,18** | 14,68*** | nevzniká povrchová kondenzace |
| Zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce* | - | - | vyhovuje požadavkům normy |
| Kritický teplotní faktor | 0,793**** | 0,825 | vyhovuje |
Pozn.: výsledky vychází z výpočtů v programu Area 2007 Z výše uvedené tabulky a z obrázků průběhu teplot a oblasti kondenzace plyne, že konstrukce vyhovuje požadavkům normy. Kondenzace vzniklá v oblasti atiky je minimální a během modelového roku vždy vyschne, z tohoto důvodu konstrukci nijak neohrožuje. V příloze 3 je uveden výstup z programu Area 2007.
**Teplota rosného bodu v daném prostředí
***Minimální povrchová teplota v daném prostředí
****Vyhodnocení dle čl. 6.1 a 6.2 v ČSN 730540-2 – 1.kondenzace vodní páry nesmí ohrozit funkci konstrukce; 2.roční množství kondenzátu musí být nižší než roční kapacita odparu a 3.roční množství kondenzátu musí být nižší než 0,10kg/(m2.a) nebo 3% plošné hmotnosti materiálu
*****Hodnota požadovaného kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu pro relativní vlhkost vnitřního vzduchu 50 %, návrhová teplota venkovního vzduchu je -15 °C, návrhová teplota vnitřního vzduchu je 21 °C.
Z výše uvedené tabulky a z obrázků průběhu teplot a oblasti kondenzace plyne, že konstrukce vyhovuje požadavkům normy. Kondenzace vzniklá v oblasti atiky je minimální a během modelového roku vždy vyschne, z tohoto důvodu konstrukci nijak neohrožuje. V příloze 3 je uveden výstup z programu Area 2007.
3. 4. 3. Detail železobetonový strop
Detail spoje železobetonového stropu se stěnou z vápenopískových cihel. Železobetonová deska je osazena na železobetonový věnec. Stínicí pergola je z dřevěných trámu kotvených pomocí ocelových profilů skrz tepelnou izolaci k železobetonové stropní desce.
Na obrázku Obrázek 9 je vykreslen průběh teplot detailem a na obrázku 10 je znázorněna oblast kondenzace v konstrukci. V následující tabulce jsou porovnány výsledky výpočtů detailu s požadavkem normy.
Obrázek 9 – Teplotní pole – dřevěný strop
Obrázek 10 – Přibližná oblast kondenzace
3. 4. 4. Stanovení lineárního činitele prostupu tepla detailů - zhodnocení
Velikost lineárního činitele prostupu tepla spojů
| Lineární činitel prostupu tepla | Detail | |
|---|---|---|
| [W/(m.K)] | dřevěný strop | železobetonový strop |
| vnější rozměry | -0,137 | 0,158 |
| vnitřní rozměry | 0,012 | 0,316 |
Z výše uvedené tabulky je patrné jaký tepelný most pro objekt znamená spoj dřevěného stropu se stěnou a jaký železobetonový strop. Podle hodnoty lineárního činitele prostupu tepla lze říci, že dřevěný strop je vzhledem k úniku tepla výhodnější. Nevýhodou dřevěného stropu je nutnost utěsnit každý trám procházející skrz stěnu, v případě že investor hodlá do objektu instalovat vzduchotechnickou jednotku s rekuperací, je požadavek na vzduchotěsnost obálky budovy vysoký.
Závěrem lze říci, že vzhledem k tepelným tokům v konstrukcích je dřevěný strop výhodnější, jeho nevýhodou je pracnost již zmiňovaného utěsnění průchodu trámů, tzn. vyšší investiční náročnost a pečlivost při realizaci stavby. Výhodou železobetonového stropu je akumulace tepla do jeho objemu, jednodušší řešení detailů zajišťujících vzduchotěsnost obálky budovy. U varianty železobetonového stropu doporučujeme stínící konstrukce osadit jako samostatně stojící.
3. 5. Příprava teplé vody a vytápění
U energeticky úsporných domů, klademe velký důraz na vzduchotěsnost. Z tohoto důvodu je vhodné do objektu instalovat vzduchotechnické zařízení, které zajistí hygienickou pohodu a dostatečnou výměnu vzduchu. Pokud je do objektu instalována vzduchotechnika, doporučujeme zvolit takovou jednotku, která umožňuje zpětné získávání tepla. Při instalaci doporučujeme rozvody zkrátit na minimum a to z důvodu regulace a údržby systému.
V současnosti jsou na trhu tepelná čerpadla, která odebírají teplo z odpadního vzduchu. Tyto jednotky jsou umístěny v technické místnosti, která je umístěna v zateplené části budovy. Tzn., že jednotky nejsou namáhány jako vnější jednotky vzduch – voda (vzduch). Přesto je ve většině případů nutné zajistit napojení na vnější prostředí.
- www.nilan.cz
- www.atrea.cz
- www.nibe.cz
- www.stiebel-eltron.cz
Tepelné čerpadlo může sloužit pouze jako zdroj tepla pro přípravu teplé vody (akumulační nádoba o objemu 200 – 300 l) nebo, při instalaci vyššího výkonu tepelného čerpadla, jako zdroj tepla pro přípravu teplé vody a zároveň topné vody systému teplovodního vytápění.
V případě využití tepleného čerpadla pouze pro přípravu teplé vody je možné investiční náklady do topného systému snížit instalací sálavých elektrických panelů (designové prvky) nebo odporovými topnými kabely. Elektrické sálavé panely a odporové topné kabely výrazně snižují investici do topného systému.
4. Závěrečné hodnocení
Optimalizace každého objektu, který má úsporně hospodařit s energiemi, je skryta v správném návrhu obalových konstrukcí (konstrukcí na styku s exteriérem – stěny, podlaha, střecha, výplňové konstrukce). Jak poukazuje zpráva je velmi důležité nepodcenit spoje jednotlivými konstrukcí a těsnost objektu. Při přesném výpočtu měrné potřeby tepla na vytápění je vhodné všechny lineární teplené mosty (spoje, rohy) namodelovat v programu 2 D a vypočíst příslušný lineární činitel prostupu tepla. Dále je důležitý návrh vnitřního prostředí, dodržení dostatečné výměny vzduchu, případně navržení zpětného získávání tepla z odpadního vzduchu.