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 θai,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 θai,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 θai,max = 29 °C.
Dali jsme si za úkol porovnat výsledky letní tepelné stability spočtené „klasickou metodou“ v programu Komfort [1] a metodou „dynamické simulace“ v programu DesignBuilder [2]. 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 možnost porovnání těchto dvou metod jsme použili konkrétní bytový dům v běžné městské zástavbě. Hodnocený objekt včetně okolní zástavby je na obr. 1. Má pět nadzemních a jedno podzemní podlaží. Obvodové stěny jsou zděné z dutinových cihel tl. 300 mm s KZS tl. 140 mm s vnější povrchovou úpravou světlé barvy. Střecha je plochá železobetonová s EPS průměrné tloušťky 200 mm s vnějším povrchem z tmavé barvy. Obr. 1 – Situace |
|
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
| Posuzovaná místnost (obr. 2) | Podlaží |
Teplota vzduchu Tai,max "klasická metoda" |
Teplota vzduchu Tai,max "dynamická simulace" |
| M1 | 2 | 37,23 | 31,06 |
| M2 | 4 | 33,37 | 28,00 |
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.
|
„klasická metoda“ |
„dynamická simulace“ |
| Obr. 03 – Východní fasáda (zelně okna vyžadující vnitřní stínění, červeně okna vyžadující vnější stínění) | |
|
„klasická metoda“ |
„dynamická simulace“ |
| Obr. 04 – Jižní fasáda (zelně okna vyžadující vnitřní stínění, červeně okna vyžadující vnější stínění) | |
|
„klasická metoda“ |
„dynamická simulace“ |
| Obr. 03 – Západní fasáda (zelně okna vyžadující vnitřní stínění, červeně okna vyžadující vnější stínění) | |
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