Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla

13. 3. 2017

Tepelný odpor R (m2·K/W) charakterizuje izolační schopnost konstrukční vrstvy o tloušťce d [m]: R = d/λ.

Pokud se konstrukce skládá z většího počtu rovnoběžných vrstev, sečtením tepelných odporů jednotlivých vrstev zjistíme tepelný odpor konstrukce:

R = R₁ + R₂ + R₃ + ... = d₁/λ₁ + d₂/λ₂ + d₃/λ₃

Obr.: Tepelný odpor konstrukce

Určitý tepelný odpor se projevuje i při površích konstrukce, na rozhraní s obklopujícím vzduchem, jako důsledek šíření tepla prouděním vzduchu a sálavé výměny tepla s obklopujícími povrchy (šílení tepla sáláním). V technické praxi jsou tyto jevy zjednodušeně popsány prostřednictvím odporu při přestupu tepla (Ri, Re) a konkrétní hodnoty uvedeny v tabulkách.

Souvislé vzduchové vrstvy v konstrukčním souvrství se ve výpočtech rozlišují podle způsobu propojení s okolním prostředím.

Obr.: Vzduchová vrstva: a) nevětraná; b) větraná (otevřená); c) slabě větraná

a) nevětrané (uzavřené) považujeme za zvláštní vrstvu konstrukce. Kromě vedení tepla se zde projevuje proudění a sálání. Proto jsou hodnoty tepelného odporu této vrstvy závislé i na směru tepelného toku, tloušťce vrstvy a orientaci (svislé, vodorovné). Hodnoty tepelného odporu jsou uvedeny v tabulce;

b) větrané (otevřené), kde se předpokládá propojení s venkovním prostředím. Tím vzniká dvouplášťová (větraná) konstrukce. Zjednodušeně se předpokládá, že v dutině je stejná teplota jako venku. Propojení vzduchové dutiny s vnitřním prostředím je zpravidla nevhodné;

c) jako slabě větrané se označují takové vrstvy, které mají částečné propojení s venkovním prostředím. Může se například jednat o průběžnou dutinu za venkovním režným zdivem, kde jsou záměrně ponechávány některé svislé spáry volné (nevyplněné maltou) pro zajištění odvodu pronikající vlhkosti a podporu vysychání zdiva. Tepelný odpor se zjednodušeně uvažuje jako polovina tepelného odporu vzduchové vrstvy uzavřené, nejvýše však hodnotou 0,15m2K/W.

Tabulka: Odpor při přestupu tepla

Zobrazení tabulek pro mobilní zařízení najdete zde

Směr tepelného toku	Typická konstrukce	Odpor při přestupu tepla na vnitřní straně [R_i m2.K/W]	Odpor při přestupu tepla na venkovní straně R_e [m2.K/W]
vodorovně	stěna, okno	0,13	0,04
svisle nahoru	strop	0,10
svisle dolů	podlaha	0,17

Tabulka: Tepelný odpor vzduchových vrstev podle směru tepelného toku

Zobrazení tabulek pro mobilní zařízení najdete zde

Tloušťka vzduchové vrstvy [mm]	Tepelný odpor [m2.K/W]
Tloušťka vzduchové vrstvy [mm]	nahoru	vodorovně	dolů
10	0,15	0,15	0,15
15	0,16	0,17	0,17
25		0,18	0,19
50			0,21
100			0,22
300			0,23

Při znalosti tepelného odporu konstrukce, teploty vzduchu v místnosti a teploty ve venkovním prostředí můžeme zjednodušeně určit průběh teploty v konstrukci.

Obr.: Vyneseme-li tepelný odpor konstrukce spolu s odpory při pfestupu tepla na vodorovnou osu grafu, bude průběh teploty v konstrukcí za neměnných podmfnek přímkový (ti - teplota v místnosti, te - zimní venkovní teplota)

Jako součinitel prostupu tepla U [W/(m2·K)] se označuje převrácená hodnota celkového

odporu konstrukce při prostupu tepla R_T:

U = 1/R_T = 1/(R_i + R - R_e)

Pokud jsou v konstrukci přítomny nepravidelnosti a jiná oslabení tepelněizolačních vrstev, musí se odpovídajícím způsobem hodnota součinitele prostupu tepla zvýšit. Hodnoty součinitele prostupu tepla běžných konstrukcí se obvykle stanovují výpočtem, hodnoty pro okna a dveře se stanovují především měřením v laboratoři.

Obr.: Průběh teploty v konstrukci v závislosti na tloušťce vrstev (omítky zanedbány):

a) přímkový průběh jednovrstvou konstrukcí,
b) lomený průběh u tradiční sendvičové konstrukce (beton-polystyren-beton),
c) lomený průběh u sendvičové konstrukce vzniklé litím betonu do polystyrenových bednicích tvarovek,
d) lomený průběh u stěny z plných cihel, doplněné o vnější kontaktní zateplovací systém

PŘÍKLAD:

Trojvrstvá konstrukce ve skladbě (v pořadí z vnitřní strany) 150 mm železobeton, 60 mm pěnový polystyren, 60 mm železobeton byla doplněna o kontaktní zateplovaci systém z minerálních vláken o tloušťce 80 mm. Určete tepelný odpor a součinitel prostupu tepla v původním a novém stavu. Jak by se musela zvětšit tloušťka přidané tepelné izolace, aby součinitel prostupu tepla klesl na čtvrtinu oproti původnlmu stavu? Jak se změní tepelný odpor při obrácení pořadí vrstev? Omítky zanedbejte.

Ve stavebně-energetických předpisech jsou stanoveny požadavky a doporučení:

a) pro maximální hodnoty součinitele prostupu tepla. Požadované hodnoty součinitele prostupu tepla se použijí pro základní hodnocení konstrukcí a jako vstupní údaj pro výpočet referenční budovy v hodnocení energetické náročnosti. Použití hodnot doporučených je vhodné všude tam, kde tomu nebrání technické, ekonomické nebo legislativní překážky. Hodnoty doporučené pro pasivní budovy se použijí zejména pro předběžný návrh konstrukcí takových budov. Můžeme je tedy považovat za cílové hodnoty v budoucnu;

b) pro maximální hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy (vážený průměr podle plošného zastoupení)

Požadavky na izolační kvalitu konstrukcí se v průběhu let postupně zpřísňovaly. Z obrázku je možné si udělat i představu, jak významného zlepšení je možné dosahovat při dodatečných úpravách budov (po doplnění izolačních vrstev).