Výpočet tepelných ztrát budov podle ČSN EN 12831 a ČSN 06 0210

Obor: Software pro technické výpočty (17.05) Autor: Zdeněk Ryšavý
Typ: Výrobky, materiály, systémy (FI) Fotografie: Archiv společnosti
Kontakt: PROTECH, Prokopa Velikého 829, 473 01 Nový Bor, tel./fax: 487 727 254 e-mail: protech@protech.cz, www.protech.cz ♦
Building Thermal Loss Calculation According to Standards ČSN EN 12831 a ČSN 06 0210
Výpočet tepelných ztrát budov podle
ČSN EN 12831 a ČSN 06 0210
Na příkladu RD je vyčíslen rozdíl v celkových tepelných
ztrátách budovy při výpočtu podle normy ČSN
EN 12831 a normy ČSN 06 0210. V části, která se
zabývá hodnocením budovy ukazateli stupeň tepelné
náročnosti – STN a stupeň energetické náročnosti
– SEN, je provedeno porovnání metod stanovení vlivu
tepelných vazeb. Pro posuzovaný RD je proveden
výpočet při použití hodnot lineárních činitelů prostupu
tepla a při použití globální přirážky (+0,1.A)
závislé na ploše pláště budovy.
A. Lineární činitel Ψ prostupu tepla
A.1 Definice a použití
Lineární činitel Ψ prostupu tepla je definován v ČSN EN
ISO 14683 a o jeho použití při výpočtu tepelných ztrát pojednává
ČSN EN 12831. Slouží k výpočtu prostupu tepla v místě
styku dvou stavebních konstrukcí (např. výplně otvoru a ostění,
stěny a stropu, stěn nároží atd.). Má rozměr W.m -1 .K -1 . Pro
výpočet tepelné ztráty je kromě hodnoty Ψ třeba znát délku
styku konstrukcí. V odborné literatuře se setkáváme s pojmem
lineární tepelný most nebo lineární tepelná vazba. Ten je
používán v programech firmy PROTECH.
Každou lineární tepelnou vazbu lze popsat třemi hodnotami
Ψ. Závisí to na použitém systému určování rozměrů místností:
Ψ E
vnější, Ψ I
vnitřní a Ψ OI
celkové vnitřní.
A.2 Systém rozměrů
Největší uplatnění při návrhu otopných soustav a zpracování
energetických štítků má systém rozměrů vnějších, v některých
případech systém rozměrů vnitřních.
Systém rozměrů vnějších lze charakterizovat takto:
• měří se vzdálenost od vnějšího líce vnější stěny na střed
vnitřní příčky nebo od středu vnitřní příčky na střed další
vnitřní příčky,
• jako výška místností se udává výška konstrukční (tak jak
ji používala ČSN 06 0210). Pro přízemní prostory by
měla být do konstrukční výšky zahrnuta i tlouška podlahové
desky nad hydroizolací.
U systému rozměrů vnitřních se měří světlé rozměry místnosti.
A.3 Stanovení hodnot činitele Ψ
Hodnoty činitele Ψ se počítají na 2D modelech numerickými
výpočtovými metodami popsanými v ČSN EN ISO 10211-1 a 2.
Tyto výpočtové metody jsou použity v programu AREA 2004
firmy SVOBODA SOFTWARE a jejich autorem je doc. Dr. Ing.
Zbyněk Svoboda.
Záporná hodnota Ψ vyskytující se v systému vnějších rozměrů
u některých lineárních vazeb značí, že pokud by byla
hodnota Ψ při výpočtu zanedbána, došlo by v posuzované
místnosti k nadhodnocení tepelného toku prostupem.
Kladné znaménko naopak vyjadřuje, že zanedbání Ψ vede
k podhodnocení tepelného toku prostupem.
A.4 Prameny hodnot Ψ
Zpracovatelům tohoto elaborátu jsou k dnešnímu dni známy
tři prameny uvádějící hodnoty Ψ, které byly zapracovány
do katalogu lineárních vazeb firmy PROTECH dodávaného
s programem TV – tepelný výkon – výpočet podle ČSN
EN 12831:
• Hodnoty Ψ některých lineárních vazeb zpracované na
objednávku firmy PROTECH Zbyňkem Svobodou.
• Firma Wienerberger zajistila pro stavební systémy
dodávané v současné době výpočet hodnot Ψ, pomocí
programu AREA 2004 firmou Šála - Modi,
Ing. Jiří Šála, CSc.
• Posledním známým pramenem je ČSN EN ISO 14683.
Obsahuje hodnoty Ψ jak pro stěny s izolačními vrstvami
(součinitel prostupu tepla U = 0,343 W.m -2 .K -1 ), tak pro
stěny bez izolační vrstvy (U = 0,375 W.m -2 .K -1 ). Pro střechy
byla při zpracování normy použita hodnota
U = 0,365 W.m -2 .K -1 .
Nedostatek zjištěných hodnot Ψ je jedním z důvodů, proč
v technické praxi stále převládají výpočty tepelných ztrát
podle ČSN 06 0210. Jak bude uvedeno dále, je při zpracování
energetických štítků budov skoro nezbytné provádět výpočty
založené na hodnotách Ψ.
A.5 Zjednodušený postup
Alternativní postup pro případy, kdy hodnota Ψ není ještě
známá, je popsán v ČSN 73 0540-4:2005. Jedná se o použití
přirážky ΔU. Tento postup je méně přesný, ale výrazně zjednodušuje
a zrychluje výpočty v technické praxi.
A.6 Porovnání dostupných hodnot Ψ
V ČSN EN ISO 14683 je konstatováno, že uvedené hodnoty
jsou sice orientační, ale leží na straně bezpečnosti. Při jejich
použití nejsou tepelné ztráty způsobené tepelnými vazbami
podceněny.
Z dostupných hodnot byly pro dva typy lineárních vazeb
zpracovány tabulky A.1 až A.4, ve kterých lze vysledovat
určitou tendenci hodnot Ψ v závislosti na typu konstrukce a
součiniteli prostupu tepla. Lze tedy s přijatelnou přesností pro
řadu obdobných konstrukcí odvodit potřebnou hodnotu Ψ.
Tepelná izolace ostění 40 mm EPS je zatažena až k rámu
okna.
Je třeba doufat, že i ostatní dodavatelé stavebních systémů
nechají zpracovat obdobné materiály, jaké dává k dispozici
technické veřejnosti firma Wienerberger. Čím více vypočíta-
94
Stavebnictví a interiér 9/2006

ných hodnot bude k dispozici, tím lépe bude vidět celková
tendence chování hodnot Ψ.
Pro starší zástavbu bude třeba připravit řadu konstrukcí
v původním provedení, jakož i po doplnění dodatečnými tepelnými
izolacemi a nechat vypočítat potřebné hodnoty Ψ.
A.7 Značení LV
ČSN EN ISO 14683 používá pro jednotlivé případy lineární
vazby značky, ale při porovnání s podkladem poskytovaným
firmou Wienerberger zjistíme, že řada případů lineárních
vazeb není v ČSN EN ISO 14683 uvedena.
Bylo by potřeba, aby co nejdříve byl zaveden národní
standard značení jednotlivých typů vazeb, obdobný systému
značek stavebních konstrukcí podle ČSN 06 0210. Jednotný
systém značek zajistí snadnou čitelnost dokumentací obsahujících
výpočty s lineárními vazbami.
B. Porovnání tepelných ztrát vypočítaných podle
ČSN EN 12831 a ČSN 06 0210
B.1 Vstupní údaje
Pro vyhodnocení rozdílů ve výpočtu tepelných ztrát podle
ČSN EN 12831 a ČSN 06 0210 jsou dále uvedeny výsledky
výpočtů přízemního RD s dispozicí podle obr. 1.
Výpočet byl proveden pomocí programu TZ (tepelné ztráty
– výpočet podle ČSN 06 0210) a programu TV (tepelný výkon
– výpočet podle ČSN 12831). Při výpočtu podle ČSN 06 0210
nebyly součinitelé prostupu tepla U, uvedené v tabulce B.1
korigovány přirážkou na tepelné mosty. Pro výpočet tepelného
toku plochou byly tedy jak v programu TV, tak v programu
TZ použity stejné hodnoty součinitelů prostupu tepla. Při
výpočtu v programu TZ byla použita u jednotlivých místností
přirážka na světové strany.
B.2 Vypočítané hodnoty
V tabulce B.3 je tepelný tok prostupem pro vnitřní rozměry
větší než při výpočtu pro vnější rozměry. Analýzou
jednotlivých vypočítaných hodnot bylo zjištěno, že tento
výsledek byl způsoben lineárním činitelem prostupu tepla
železobetonového věnce pod nevytápěnou půdou. Pro vnější
rozměry má lineární činitel prostupu tepla u této tepelné
vazby hodnotu Ψ = 0,11 W.m -1 .K -1 , pro vnitřní rozměry má
hodnotu Ψ = 0,31 W.m -1 .K -1 . Hodnoty Ψ byly vypočítány pro
U = 0,328 W.m -2 .K -1 a použity pro konstrukce s U = 0,150
W.m -2 .K -1 . To vnáší do hodnot v tabulce B.3 určitý stupeň
nepřesnosti.
V ČSN 06 0210 je pro tepelnou kapacitu vzduchu použita
hodnota 1300 J.m -3 .K -1 .
V ČSN EN 12861 je pro tepelnou kapacitu vzduchu použita
hodnota 1200 J.m -3 .K -1 .
To způsobuje rozdíl vypočítaných hodnot tepelných ztrát
větráním.
C. Energetický štítek budovy
C.1 SEN - stupeň energetické náročnosti
Metoda výpočtu měrné potřeby tepla při vytápění budov
je uvedena ve vyhlášce č. 291/2001 Sb. Na tento výpočet
odkazuje ČSN 73 0540-2:2002, která definuje obsah dokumentu
Energetický štítek budovy a výpočet stupně energetické
náročnosti budovy.
Ve výpočtu potřeby tepelné energie pro krytí ztrát prostupem
je ve vyhlášce č. 291/2001 Sb. zaveden člen (+ 0,1.A),
Základní výpočet byl proveden pro konstrukce, jejichž
součinitelé prostupu tepla jsou uvedeny ve sloupci VK1,
tabulky B.1.
Obvodový pláš je navržen ze systému Wienerberger
40 P + D k němuž jsou k dispozici hodnoty Ψ.
Dále byl proveden výpočet pro zvolené hodnoty VK2 a VK3.
Pro všechny výpočty byly použity stejné hodnoty Ψ.
Vnější rozměry objektu:
Šířka
10,900 m
Délka
12,600 m
Světlá výška 2,800 m
Konstrukční výška 3,150 m
Součinitel spárové průvzdušnosti oken a dveří
i LV
= 1,00 m 2 .s -1 .Pa -0,67 95
který představuje přirážku na tepelné vazby konstrukcí
v obvodovém plášti budovy. Přirážka je při zachování plochy
pláště budovy konstantní a zlepšování tepelně technických
vlastností konstrukcí pláště budovy nemá na její hodnotu
žádný vliv.
C.2 STN – stupeň tepelné náročnosti
Novelizace ČSN 73 0540-2/Z1:2005 zavedla pro hodnocení
energetické náročnosti budov veličinu průměrný součinitel
prostupu tepla U em
konstrukcí na systémové hranici (obálce)
budovy. V dokumentu Energetický štítek budovy je výsledek
hodnocení vyjádřen pomocí stupně tepelné náročnosti. Tato
novela používá pro započítání vlivu tepelných vazeb na měrnou
ztrátu prostupem tepla výraz (+ 0,1.A) s tím, že upozorňuje na
vysoké nadhodnocení vlivu tepelných vazeb, ke kterému při
tomto postupu dochází. Jak již bylo zmíněno v části A.5, obsahuje
ČSN 73 0540-4:2005 vhodnější postupy pro započítání
vlivu tepelných vazeb.
C.3 Energetický štítek SEN a STN budovy v programech
TZ a TV firmy PROTECH
Dokument Energetický štítek s hodnocením SEN lze vytisknout
z obou programů. Lineární vazby jsou do hodnocení
9/2006 Stavebnictví a interiér

energetické náročnosti zahrnuty členem (+ 0,1.A).
Dokument Energetický štítek s hodnocením STN lze také vytisknout
z obou programů.
V případě výstupu z programu TZ jsou do hodnocení energetické
náročnosti budovy zahrnuty lineární vazby členem (+ 0,1.A).
V případě výstupu z programu TV jsou pro hodnocení energetické
náročnosti budovy použity zadané hodnoty Ψ. Tato úprava
je v souladu s vyhláškou č. 291/2001 Sb. která připouští použití
výsledků z jiných českých technických norem.
C.4 Energetický štítek pro posuzovaný objekt
Výsledky hodnocení energetické náročnosti budovy byly vypočítány
pro objekt s konstrukcemi podle varianty VK1 a jsou uvedeny
v tabulce C.1 a v tabulce C.2.
Na použitém příkladu RD je vidět jak člen (+0,1.A) nadhodnocuje
měrné tepelné ztráty objektů, jejichž konstrukce splňují
požadavky na součinitel prostupu tepla definované v tabulce 3
ČSN 73 0540-2/Z1:2005.
Závěr
Rozdíl v hodnotách tepelných ztrát, jako podkladu pro návrh
otopné plochy, vykazuje i při poměrně odlišných vlastnostech
stavebních konstrukcí a metodách výpočtu minimální rozptyl.
Nezanedbatelný je ale rozdíl v hodnocení objektu ukazatelem
STN.
Podrobnější informace o programech firmy PROTECH s.r.o.
Nový Bor lze nalézt na www.protech.cz.
❒
V tabulkách A.1 až A.4 jsou použity tyto zkratky:
A – konstrukce s rovnoměrně rozloženým tepelným
odporem
B – konstrukce s hlavní tepelně izolační vrstvou na
vnějším povrchu
CP – cihly plné
CP+100 – cihly plné zaizolované z vnějšího líce 100
mm EPS
KER – keramické tvarovky
KER+100 – keramické tvarovky zaizolované z vnějšího
líce 100 mm EPS
EN(##) – údaje z ČSN EN ISO 14683 s uvedením čísla
detailu z této ČSN
40PD, 44PD, 40Si, 44Si – systémy Wienerberger
Tabulka A.1: C vnější roh – konstrukce A
Konstrukce CP KER 40PD 44PD 40Si 44Si EN(C4)
U (Wm -2 K -1 ) 1,15 0,46 0,324 0,297 0,247 0,226 0,375
Ψ E
(Wm -1 K -1 ) -0,92 -0,27 -0,2125 -0,2121 -0,1614 -0,1612 -0,15
Ψ I
(Wm -1 K -1 ) 0,26 0,10 0,0756 0,0758 0,0581 0,0582 0,05
Tabulka A.2: C vnější roh – konstrukce B
Konstrukce CP+100 KER+100 EN(C1)
U (Wm -2 K -1 ) 0,32 0,23 0,343
Ψ E
(Wm -1 K -1 ) -0,19 -0,15 -0,05
Ψ I
(Wm -1 K -1 ) 0,22 0,08 0,15
Tabulka A.3: W okna – boční ostění – konstrukce A
Konstrukce
U okna
CP
1,7
KER
1,7
40PD
1,2
44PD
1,2
40Si
1,2
44Si
1,2
EN
(W10)
EN
(W4)
U (Wm -2 K -1 ) 1,15 0,46 0,324 0,297 0,247 0,226 0,375 0,375
Ψ E
(Wm -1 K -1 ) 0,21 0,05 0,0275 0,0332 0,0267 0,0313 0,000 0,05
Ψ I
(Wm -1 K -1 ) 0,21 0,05 0,0339 0,0392 0,0316 0,0359 0,000 0,05
Tabulka A.4: W okna – boční ostění – konstrukce B
Konstrukce
U okna
CP+100
1,7
KER+100
1,7
EN
U (Wm -2 K -1 ) 1,15 0,46 0,343
Ψ E
(Wm -1 K -1 ) 0,11 0,02 Není
Ψ I
(Wm -1 K -1 ) 0,11 0,02 Není
Tabulka B.1: Hlavní stavební konstrukce
Varianta konstrukce VK1 VK2 VK3
Typové označení 40 P + D zvolené Zvolené
Součinitel prostupu U (W.m -2 .K -1 )
Obvodový pláš 0,324 0,150 0,600
Strop 0,248 0,150 0,600
Podlaha 0,298 0,298 0,298
Okna 1,5 1,5 1,5
Podle podkladů Stejné jako pro Stejné jako pro
Wienerberger výpočet VK1 výpočet VK1
Tabulka B.2: Tepelné ztráty (W) pro konstrukce VK1
Ztráty (W)
Prostupem větráním celkem
%
ČSN 06 0210 3540 2747 6287 99,4
ČSN EN 12831
vnější rozměry
3760 2559 6319 100,0
ČSN EN 12831
vnitřní rozměry
3661 2559 6220 98,4
Tabulka B.3: Tepelné ztráty (W) pro konstrukce VK2
Ztráty (W)
prostupem větráním celkem
%
ČSN 06 0210 2500 2747 5247 101,6
ČSN EN 12831
vnější rozměry
2601 2559 5160 100,0
ČSN EN 12831
vnitřní rozměry
2738 2599 5297 102,6
Tabulka B.4: Tepelné ztráty (W) pro konstrukce VK3
Ztráty (W)
prostupem větráním celkem
%
ČSN 06 0210 5846 2747 8594 96,8
ČSN EN 12831
vnější rozměry
6311 2559 8871 100,0
ČSN EN 12831
vnitřní rozměry
5703 2599 8265 93,1
Tabulka C.1: Výstup z programu TZ
H
Započítání
H (Ψ)
Stupeň tepelné
celkové
Hodnocení vlivu
W.K -1
náročnosti (%)
W.K -1
součinitele
SEN 42 155 84,6 vyhovující (+ 0,1.A)
STN 42 155 81,76 vyhovující (+ 0,1.A)
Tabulka C.2: Výstup z programu TV
H (Ψ)
W.K -1
H
celkové
W.K -1
Stupeň tepelné
náročnosti (%)
Hodnocení
Započítání
vlivu
součinitele
SEN 42 155 84,6 vyhovující (+ 0,1.A)
STN 5,5 118,8 59.63
Velmi
úsporná
Výpočet
96
Stavebnictví a interiér 9/2006