Výpočet letní tepelné stability místnosti klasickou metodou a s využitím dynamické simulace

2015
Ing. Nicole Morávková

Trend architektury, který se ubírá stále se zvětšujícím podílem prosklené plochy, má negativní vliv na tepelnou stabilitu v místnostech v letním období. Požadavky na letní tepelnou stabilitu jsou ukotveny v závazné normě ČSN 73 0540-2. Pro vyhovující stav musí nejvyšší denní teplota vzduchu v místnosti v letním období vykazovat hodnotu θ_ai,max = 27 °C (nevýrobní objekty, bez strojního chlazení). Dokonce i místnosti, které mají navržené chlazení, musejí prokázat, že bez chodu strojního chlazení nepřekročí teplota vzduchu v místnosti hodnotu θ_ai,max = 32 °C. Poznámka ve jmenované normě dále uvádí:

„U bytových budov je možné připustit překročení požadované hodnoty nejvíce o 2 °C na souvislou dobu nejvíce 2 hodin během normového dne, pokud s tím investor (stavebník, uživatel) souhlasí.“

Tedy za daných okolností lze připustit na 2 hodiny teplotu θ_ai,max = 29 °C.

Dali jsme si za úkol porovnat výsledky letní tepelné stability spočtené „klasickou metodou“ v programu Komfort a metodou „dynamické simulace“ v programu DesignBuilder. Klasická metoda je zjednodušená metoda dle ČSN EN ISO 13792, podle které se běžně v posledních 10 letech v České republice posuzuje letní tepelná stabilita. Použití programů pracujících na základě dynamické simulace jsou pro hodnocení letní tepelné stability v souladu s ČSN 73 0540-4, přílohou G. Metody využívající dynamických simulací dokáží zachytit reálné chování budovy.

Pro posouzení byly vybrány dvě obytné místnosti (M1, M2). Půdorys místností a jejich poloha v objektu jsou na obr. 2. Úvodním předpokladem jsou okna se solárním faktorem g = 0,6 (-) bez jakéhokoliv pohyblivého stínění. Násobnost výměny vzduchu v místnosti byla uvažována dle ČSN 73 0540-3 pro okna otevřená přes noc z 50 % a přes den z 10 %. Cílem posouzení je najít ekonomicky vhodná protisluneční opatření s použitím obou metod výpočtu.

2.NP	4.NP

Obr. 2 – Místnosti vybrané pro posouzení

Princip metod

U „klasické metody“ se posuzuje každá místnost samostatně (výpočetní algoritmus uvažuje, že každá místnost je stejně přehřátá), kdežto u „dynamická simulace“ probíhá vyhodnocování všech místností najednou (je zohledněn vliv reálné teploty vzduchu každé místnosti). Posouzení všech místností v celém bytovém domě „klasickou metodou“ je příliš pracné a vede k nepřiměřeným nákladům za posudek. V běžné praxi se tedy „klasickou metodou“ neposuzují všechny místnosti, ale návrh opatření se provede na základě vybraných kritických místností. Tím lze uspořit náklady na posouzení letní tepelné stability. Tento předpoklad má však několik nevýhod:

• výsledky nejsou přesné, protože musejí být více na straně bezpečné, a tudíž navrhovaná opatření jsou přísnější,
• nelze uplatnit poznámku v ČSN, že na 2 hodiny lze připustit překročení požadované teploty o 2°C.

Výpočet v programu DesignBuilder probíhá na daleko podrobnějším algoritmu než je tomu u běžných programů založených na „klasické metodě“. Posuzované místnosti i okolní zástavba jsou modelovány ve 3D, čímž lze zaručit, že výsledky nebudou zkreslené mnohdy komplikovanou geometrií okolní zástavby i vlastního objektu.

Výsledky výpočtů

V následující tabulce jsou vypočtené teploty vzduchu jednotlivými metodami před návrhem opatření ve vybraných místnostech.

Tab. 1 – Vypočítané vnitřní maximální teploty vzduchu

Návrhová opatření pro splnění požadavků ČSN

Na základě výsledků výpočtů byla navržena opatření, která zajistí pro všechny místnosti v objektu splnění požadavků ČSN z hlediska letní tepelné stability. Navrženým opatřením je použití oken se zasklením se solárním faktorem g = 0,5 (-) a případně v kombinací s vnitřním nebo vnějším pohyblivým stíněním. Výplně otvorů, pro které je doporučeno provést opatření vnitřním stíněním jsou vyznačeny na následujících obrázcích zelenou barvou. Výplně otvorů, pro které je doporučeno provést opatření vnějším stíněním jsou vyznačeny na následujících obrázcích červenou barvou.

Závěr

Výsledky ukázaly velkou rozdílnost v závěrečném hodnocení a v celkovém návrhu opatření na jednotlivých fasádách mezi „klasickým posouzením“ a metodou „dynamické simulace“. Většina místností předmětného komplexu posouzena metodou „dynamické simulace“ splňuje požadavky dle ČSN již bez dalšího použití stínění nebo pouze s vnitřnímstínněím. Tato rozdílnost rozsahu opatření se nemálo projeví v kapse investora, protože aplikace vnějšího stínění může znamenat statisíce. V hodnocení letní tepelné stability pomocí dynamické simulace je tedy velký potenciál možnosti uspoření nákladů na stínění.

Obr. 6 – Porovnání nákladů na posouzení a realizaci opatření pro splnění požadavků na letní tepelnou stabilitu místností

PODKLADY

[1] ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky
[2] ČSN 73 0540-3 Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin
[3] ČSN 73 0540-4 Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody
[4] ČSN EN ISO 13792 Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Zjednodušené metody
[5] ČSN EN ISO 13791 Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Základní kritéria pro validační postupy