Omezit pro: 
únor 2021
Rozdíly při stanovení požadavku na součinitel prostupu tepla mezi programy Energetika a Tepelná technika 1D
24. 2. 2021 | Autor: Ing. Jan Stašek, Ing. Martin Varga
Při komplexním posouzení budovy se můžete setkat se situací, kdy dochází k rozdílu mezi požadovanou hodnotou uváděnou v programu Energetika a Tepelná technika 1D. Zjednodušeně lze říci, že v programu Energetika se uplatňují pouze energetické požadavky doplněné o logické limity. Program Tepelná technika 1D stanovuje požadavky přesně dle normy ČSN 73 0540-2. V tomto článku si podrobněji vysvětlíme jednotlivé rozdíly.
Proč je generována výpočtová potřeba tepla na vytápění i v letních měsících?
23. 2. 2021 | Autor: Ing. Martin Varga
Zřídka se na technické podpoře setkáme s upozorňujícím dotazem, že něco musí být špatně v programu, když je uváděna potřeba tepla i v letních měsících. Zvláště, když je obecně zafixováno pravidlo pro ukončení sezóny vytápění při vnější teplotě nad 13°C. V tomto článku vysvětlíme výpočetní princip stanovování potřeby tepla na vytápění a jaké příčinu mohou vést k tomu, že se tak děje.
Nejprve se však vypořádáme s těmi "13°C". Tento limit platí obecně pro externí dodavatele tepla (SZT). Tato hraniční teplota vznikla již před poměrně delší dobou. Je to obecný požadavek na dodavatele tepla, že pod tuto hodnotu vnější teploty musí dodávat teplo, je-li potřeba. Proč zrovna těch 13°C? Bylo to statisticky vytvořeno a jedná se prakticky o vnější teplotu, od které směrem výše by měly zajistit v interiéru požadovanou návrhovou teplotu standardní tepelné zisky (osoby, spotřebiče, solární zisky, umělé osvětlení). Bavíme se především o obytných stavbách. Tento limit nemá vůbec nic společného s tím, jaký průběh potřeby tepla vygeneruje měsíční výpočetní postup na základě zadání a ani není touto hodnotou nijak omezován.

Pro starý objekt (vysoké Uem obálky budovy) s vlastním zdrojem tepla bude individuální topná sezóna třeba končit při vyšší vnější teplotě než 13°C (samozřejmě stále pod vnitřní návrhovou teplotou). Naopak u pasivního RD může individuální topná sezóna skončit např. při vnější teplotě i pod 10°C. Na čem to tedy záleží? Jednoznačně vždy na poměru tepelných ztrát a tepelných zisků (plus stupni využití tepelných zisků).

OBECNĚ NĚCO MÁLO K VÝPOČTU POTŘEBY TEPLA NA VYTÁPĚNÍ (S MĚSÍČNÍM KROKEM):

Je to poměrně jednoduché.

Na jedné straně máme tepelné ztráty, které definuje v zadání mnoho věcí, např.:
  • součinitelé prostupu tepla zadávaných konstrukcí
  • plocha konstrukcí
  • výše paušální přirážky na tepelné vazby (nebo podrobně zadaných)
  • objem větrání požadovaného
  • objem větrání v důsledku nekontrolovatelné infiltrace (tomu se podrobně věnoval tento článek)
  • instalace nuceného větrání s rekuperací
  • návrhová teplota v řešeném interiéru (konstantní, přerušované vytápění nebo vytápění s poklesem)
  • průměrné teploty v exteriéru pro každý výpočetní krok
  • zvolené způsoby zadání konstrukcí přilehlých k zemině
  • zvolené způsoby zadání nevytápěných prostor
Výsledné tepelné ztráty prostupem v zóně závisí na tom, jaké vlastnosti a plochy se pro příslušné konstrukce vyskytující se v řešené zóně zadají na formuláři zadání KONSTRUKCE a PLOCHY. Výsledné tepelné ztráty větráním závisí na tom, jaký je požadovaný objem větrání (v profilu užívání), jak vysoká je infiltrace (vstupy na formuláři zadání ZÁKLADNÍ POPIS ZÓNY), jestli je instalováno nucené větrání s rekuperací (formulář VZDUCHOTECHNIKA). Atd.

Na druhé straně máme tepelné zisky, které také definuje v zadání mnoho věcí, např.:
  • solární u výplní (činitel propustnost solárního záření zasklením, vliv pohyblivého zastínění Fsh,gl, vliv zastínění pevnými překážkami Fsh,O, podíl zasklení a neprůsvitných částí výplně, samozřejmě sklon a orientace ke světovým stranám, součinitel prostupu tepla výplně)
  • solární u neprůsvitných konstrukcí (činitel pohltivosti solárního záření, vliv zastínění pevnými překážkami Fsh,O, samozřejmě sklon a orientace ke světovým stranám, součinitel prostupu tepla konstrukce)
  • negativní ztráty (sálání k obloze) u všech konstrukcí (součinitel prostupu tepla, emisivita)
  • počet, typ činnosti a časový průběh vyskytujících se osob v interiéru
  • typ, počet, příkon, účinnost a časový průběh provozovaných spotřebičů v interiéru
  • typ, počet, příkon, účinnost a časový průběh provozovaní umělého osvětlení v interiéru
Tepelné zisky od osob, spotřebičů s sebou nese profil užívání. Tepelné zisky z umělého osvětlení vyplývají z toho, co je zadáno na formuláři UMĚLÉ OSVĚTLENÍ pro danou zónu. Výsledné solární tepelné zisky v zóně závisí na tom, jaké vlastnosti se pro příslušné konstrukce vyskytující se v řešené zóně zadají na formuláři zadání KONSTRUKCE a PLOCHY. Atd.

Prakticky nelze do výpočtu vždy zahrnout 100% tepelných zisků. Využitou výši určuje stupeň využití.  Tento činitel je závislý na poměru ztrát a zisků a na akumulační schopnosti zóny (jinak pracuje s tepelnými zisky zóna s vysokou akumulační schopností a jinak zóna s nízkou).

Primárně ale tento článek nevznikl kvůli teorii, které energetičtí specialisté rozumí a ovládají ji, ale kvůli upozornění na poměrně značný vliv nevhodně zvoleného způsobu zadání konstrukcí přilehlých k nevytápěnému prostoru nebo zemině (viz výše červeně zvýrazněný text). A to může mít právě zásadní vliv na tom, že výpočtově je topná sezóna podstatně delší nebo dokonce nepřerušená celoroční.  U chlazení to analogicky platí v opačném gardu. Takové nevhodné zadání může způsobit vygenerovanou nulovou potřebu chladu na chlazení, ač se tomu můžeme divit stejně jako celoroční potřebě tepla na vytápění.

Výše uvedené se promítá do grafu v protokolu mezivýsledků. Přičemž k jednoznačnému přehledu slouží tyto tři základná grafy:

  • graf tepelný ztrát prostupem a větráním zóny
  • graf jednotlivých typů tepelných zisků zóny
  • graf výsledné potřeby tepla na vytápění a chladu na chlazení zóny
  • čtvrtý graf pro názornost situace deklaruje, kolik ze ztrát připadá na potřebu tepla na vytápění a kolik pokrývají tepelné zisky (tento graf vytvořen jen pro účely tohoto článku, není v protokolu mezivýsledků)
Poznámka: Sloupec vpravo je pro režim vytápění (ten nás v tomto článku zajímá) a vlevo pro režim chlazení.

Typicky předvedeno na příkladech - tepelné ztráty konstrukcí přilehlých k zemině:

RD:

RD splňující současný požadavek na novostavby (nízkoenergetický, avšak k pasivu poměrně daleko). RD je nepodsklepený (podlaha na terénu) bez nevytápěné půdy (podkroví je také obytné)


Varianta A: Co je důležité zmínit: Podlaha na terénu zadána dle ČSN EN ISO 13 730 (průměrná roční vztažná teplota).



Varianta B: Co je důležité zmínit: Podlaha na terénu zadána dle ČSN 06 0210 (zvolena průměrná roční teplota 5°C). Oproti variantě A nárůst potřeby tepla na vytápění skoro na 117% (100% = potřeba tepla varianty A). Prodloužení období výpočtové topné sezóny o měsíc. A to vše bez jakékoliv změnu projektu. Rozdíly jen v přístupu k zadání.


Rozdíly způsobené odlišným přístupem k zadání tepelných ztrát konstrukcí přilehlých k zemině jsou, ale "netrknou" tak do oka, jako v případě objektu s větším poměrem konstrukcí přilehlých k zemině. Tam totiž ten způsob zvoleného zadání konstrukcí přilehlých k zemině má velmi velké dopady do výsledku. To si jen uvedeme na těchto grafech s příkladem čtvercové haly.


HALOVÝ OBJEKT:

Na grafech níže jsou uvedeny příklady tepelné ztráty jen samotné podlahy na zemině čtvercové haly o různé délce strany (10 až 50 m). A to pro variantu nezateplené podlahy (1. graf) a zateplené podlahy (2. graf). V černém kulatém poli je pak uvedena teplota zeminy pod podlahou, kterou bychom museli zadat jako přímý vstup do zadání při výpočtu tepelné ztráty podlahy klasickým způsobem, pokud bychom chtěli dosáhnout pro extrémní návrhovou teplotu (ustálený návrhový stav) stejné tepelné ztráty jako při výpočtu dle EN ISO 13 370.  Z grafu je patrné, že tato teplota je velmi závislá na tepelném odporu podlahy a poměru exponovaného obvodu podlahy vůči její ploše. A proto je vždy lepší zadat výpočet tepelných ztrát konstrukcí přilehlých k zemině dle EN ISO 13 370, než předjímat tuto teplotu přilehlé zeminy jako přímý vstup. U něho totiž hrozí, že se můžeme celkem "trefit" nebo také velmi zmýlit. Pokud se zmýlíme na tu stranu, že tepelné ztráty konstrukce k zemině extrémně předimenzujeme, tak se nám zvýší potřeba tepla na vytápění a prodlouží se délka výpočtové topné sezóny (v extrému až na celý rok). To pro režim chlazení zase znamená, že zamezíme generování potřeby chladu.



Proto, pokud nepoužijete výpočetní postup dle EN ISO 13 370 pro výpočet tepelných ztrát "do zeminy", tak věnujte velkou pozornost zadaným teplotám přilehlé zeminy ke konstrukci.





Typicky předvedeno na příkladech - tepelné ztráty konstrukcí přilehlých k nevytápěným prostorům:

BD:

Příklad staršího BD ala zděná typizovaná soustava T12 z počátku 50. let. Výplně již vyměněny a fasáda zateplena. Strop k půdě a podlaha nad suterénem v původním stavu. Podsklepený částečně zapuštěný nevytápěný suterén a nevytápěná půda.


Varianta A: Co je důležité zmínit: Nevytápěný prostor suterénu i půdy modelován podrobně pro bilanční výpočet.


Pro bližší pochopení vlivu způsobu zadání nevytápěných prostor uvádíme, s jakými teplotami se v nevytápěných prostorech půdy a suterénu uvažovalo pro tento způsob zadání (které vyšly z bilančního výpočtu pro režim vytápění). Dle očekávání průběh teploty v nevytápěném suterénu má menší výkyvy než na půdě. Stále však nejde rozhodně o konstantní teplotu.


Varianta B: Co je důležité zmínit: Nevytápěný prostor půdy zadán jako sousední prostor s konstantní teplotou 5°C (pro režim vytápění) a 20°C (pro režim chlazení). Nevytápěný prostor suterénu zadán jako sousední prostor s konstantní teplotou 5°C (pro režim vytápění) a 15°C (pro režim chlazení).