Tepelná setrvačnost a tepelná stabilita budov

3. 5. 2017

Ze zkušenosti víme, že teploty uvnitř masivní kamenné stavby zpravidla reagují jen pomalu na změny venkovní teploty i na zahájené vytápění po nějaké přestávce. Odlišná situace je pak u lehkých, například dřevěných staveb, a to i v případě, že by se hodnoty součinitele prostupu tepla příliš nelišily. Významnou vlastností stavebních konstrukcí je jejich tepelná setrvačnost. Celé místnosti a budovy se hodnotí prostřednictvím tepelné stability.

TEPLOTNÍ ÚTLUM

Tepelnou setrvačnost jednotlivých stavebních konstrukcí je možné vyjádřit bezrozměrnou veličinou teplotní útlum ν (čti: ný). Teplotní útlum je poměrem amplitudy kolísání teploty venkovního vzduchu a amplitudy teploty na vnitřním povrchu.

ν = A_e/A_ip

Obr.: K definici teplotního útlumu: a) periodicky se měnící teplota venkovního vzduchu vyvolá periodickou změnu teploty na vnitřním povrchu konstrukce (za předpokladu, že teplota vnitřního vzduchu je konstantní); b) můžeme přitom pozorovat časový posun amplitud teplot, označovaný jako fázový posun Ψ

Obr.: Tři konstrukce se shodnými materiály, shodným součinitelem prostupu tepla a odlišným teplotním útlumem: a) tepelná izolace umístěná z vnitřní strany přispívá k rychlejšímu nárůstu teplot v místnosti po zahájení vytápění a rychlejšímu vychládání po jeho ukončení; b) tepelná izolace umístěná z venkovní strany - výrazně vyšší teplotní útlum než v případě opačném, větší kolísání teplot v tepelné izolaci mj. vyvolává značné nároky na obvykle velmi tenkou omítku; c) tepelná izolace umístěná ve středu konstrukce

TEPELNÁ STABILITA

Tepelnou setrvačnost (tepelnou stabilitu) celých budov hodnotíme prostřednictvím vybraných místností pro dvě základní situace:

a) v zimním období pro případ, kdy dojde k plánovanému nebo neplánovanému přerušení dodávky energie pro vytápění místnosti,

b) v letním období, kdy hrozí nadměrné přehřívání místnosti.

Hodnocení je výlučně výpočtového charakteru a provádí se za referenčních podmínek.

Zimní stabilita místnosti je zajištěna tehdy, když teplota v místnosti neklesne na konci přestávky ve vytápění více, než je normou stanovený požadavek. Zde se rozlišuje, zda v místnosti v době přestávky pobývají lidé, zda se jedná o výrobní budovy s citlivou technologií apod. Pro obytnou budovu vytápěnou otopnými tělesy nesmí být tento pokles teploty větší než 3°C. Závěrem hodnocení budovy je pak informace o tom, zda je možné udělat otopnou přestávku (přerušované vytápění), jaké opatření učinit pro případ poruchy otopné soustavy (signalizace poruchy, náhradní zdroj tepla apod.).

Větším problémem bývá letní stabilita místnosti. která se považuje za vyhovující, pokud výpočtem stanovená teplota v posuzované místnosti nepřekročí za letního dne s vysokými teplotami a intenzivním slunečním zářením normou požadovanou hodnotu 27 "C. Tento požadavek platí pro běžně užívané nevýrobní budovy. Nad tuto hodnotu je u staveb pro bydlení možné po dobu nejvýše dvou hodin v průběhu jednoho dne tolerovat teplotu až 29°C, pokud s tím investor souhlasí.

Letní stabilita je v rozhodující míře ovlivňována množstvím energie pronikající do místnosti prosklenými plochami. To bude hrát také zásadní roli při výběru charakteristické místnosti pro hodnocení: velikost prosklených ploch, orientace ke světovým stranám. zastínění okolní zástavbou a jinými překážkami nebo prvky vlastní stavby, vlastnosti zasklení, vlastnosti zastiňovacích prvků. Pro současné zajištění pohody prostředí i kvalitního denního osvětlení se dávájí přednost nastavitelným systémům, zejména venkovním žaluziím, které jsou nejúčinnější.

Konstrukce s větší tepelnou setrvačnosti napomáhají zvyšovat tepelnou stabilitu místnosti, jako je například železobetonový strop nezakrytý plošným zavěšeným podhledem. Kromě hodnocení pro normový letní den je například u školních a administrativních budov vhodné prověřit riziko přehřívání i pro jarní měsíce.

Navrhovat chlazení budov se doporučuje pouze v takových případech, kdy stavebním řešením prokazatelně nelze docílit splnění výše uvedeného požadavku. V budovách vybavených strojním chlazením nesmí nejvyšší denní teplota vzduchu překročit 32 "C bez započtení chladicího výkonu klimatizace. Technický systém nemá nahrazovat kvalitní stavební řešení. Kromě nižších provozních nákladů a menší zátěže životního prostředí je tak zajištěno, že v havarijní situaci (výpadek nebo omezený provoz chlazení bude budova alespoň částečně použitelná.

Obr.: Venkovní žaluzie s dvojím řízením, omezující dopad slunečních paprsků při zachování dostatku denního světla v interiéru (budova Nadace Partnerství v Brně)

ODNÍMÁNÍ TEPLA KONSTRUKCEMI

Hodnocení se zabývá vnímáním pocitu chladu při kontaktu lidského těla s povrchem stavební konstrukce, zpravidla podlahy. Požadavek souvisí s druhem činnosti (účelem místnosti) a vyjadřuje se veličinou pokles dotykové teploty. Podlahy se zatřiďují z tohoto hlediska do kategorií podle tabulek.

Pokles dotykové teploty se stanovuje výpočtem. Tento požadavek se nemusí ověřovat u podlah s trvalou nášlapnou celoplošnou vrstvou z textilní podlahoviny (koberec) a u podlah s povrchovou teplotou trvale vyšší než 26°C (podlahové vytápění), Takové podlahy jsou zařazeny do kategorie I.

Čerpáno z publikace: Pozemní stavitelství VI pro SPŠ stavební (Stavební fyzika, zdravotní nezávadnost a požární bezpečnost staveb), vydavatelství Grada

Autoři publikace: Jan Tywoniak, Jiří Nováček, Jan Kaňka, Marek Pokorný, Petr Hejtmánek, Hana Najmanová, Martin Jiránek