Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce

11.2.4

Nejnižší vnitřní povrchová teplota konstrukce

Teplota vnitřního povrchu stavebních konstrukcí bezprostředně ovlivňuje kvalitu interního prostředí v budovách a má tedy přímý vliv na uživatelský komfort stavebního objektu.

Vzhledem k tomu, že současné normové požadavky na součinitel prostupu tepla stavebních konstrukcí bytových a občanských staveb jsou s ohledem na zajištění potřebné vnitřní povrchové teploty konstrukcí více než dostatečné, je u běžných plošných stavebních konstrukcí, navržených v souladu s normativními požadavky, dosahováno takové hodnoty vnitřní povrchové teploty, která je dostatečně vysoká z pohledu požadavků kvality vnitřního mikroklimatu. Se značnou rezervou přesahuje i teplotu rosného bodu vnitřního vzduchu, takže je eliminováno nebezpečí vzniku kondenzace vodní páry na vnitřním povrchu stavebních konstrukcí. Riziko výskytu plísní však nastává již za situace, kdy vlhkost vnitřního vzduchu v bezprostředním kontaktu s vnitřním povrchem konstrukce dosahuje dlouhodobě hodnoty vyšší než 80 %.

Je tedy zřejmé, že zajištění potřebné hodnoty vnitřní povrchové teploty v ploše stavebních konstrukcí není akutním problémem. Rozdílná situace je však v případě, kdy teplotní pole konstrukce je deformováno, ať již z důvodů geometrických nebo materiálových. V takovýchto případech již nejde o jednorozměrné šíření tepla, ale jedná se o dvojrozměrné, případně i trojrozměrné teplotní pole. Obvykle se v této situaci používá termín tepelný most, případně tepelná vazba, čímž je míněna taková část konstrukce, ve které je dosaženo nižší vnitřní povrchové teploty, než je na ideálním fragmentu konstrukce při uvažování jednorozměrného šíření tepla.

 NahoruNORMOVÉ POŽADAVKY

Revize ČSN 73 0540-2 z roku 2007 přinesla do hodnocení konstrukcí z hlediska jejich nejnižší vnitřní povrchové teploty zásadní změnu. Zatímco po celou předchozí dobu platnosti uvedené normy se pro hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty používala výpočtem určená skutečná hodnota teploty (i když v různých modifikacích), revidovaná norma zavedla zcela novou hodnotící veličinu, jíž je teplotní faktor vnitřního povrchu f _Rsi. Nespornou výhodou této nové tepelně technické veličiny je skutečnost, že je jednoznačnou vlastností konstrukce nebo styku konstrukcí ve sledovaném místě a že je zcela nezávislá na teplotách okolních prostředí.

Následná revize normy, provedená v roce 2011, přinesla v této oblasti další novinky. Především byl změněn způsob stanovení normové hodnoty teplotního faktoru vnitřního povrchu a došlo i ke změně ve vyčíslení kritického teplotního faktoru. Norma též umožňuje použít k hodnocení nejnižší vnitřní povrchové teploty konstrukce kromě teplotního faktoru i hodnotu vnitřní povrchové teploty, která příslušnému teplotnímu faktoru odpovídá.

 NahoruTeplotní faktor vnitřního povrchu

Teplotní faktor vnitřního povrchu lze vyčíslit ze vztahu

f _Rsi = 1 – U _x. R _si

kde U _x je lokální součinitel prostupu tepla v místě x vnitřního povrchu

R _si je odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce

V prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu ö_i ≤ 60 % musí konstrukce a jejich styky vykazovat v zimním období takovou vnitřní povrchovou teplotu, aby odpovídající teplotní faktor vnitřního povrchu fRsi splňoval podmínku

f _Rsi ≥ f _Rsi,N

kde _{f Rsi,N} je normou požadovaná hodnota nejnižšího teplotního faktoru vnitřního povrchu, pro níž platí

 NahoruKritický teplotní faktor vnitřního povrchu

f _Rsi,N = f _Rsi,cr

kde f _Rsi,cr je kritický teplotní faktor vnitřního povrchu.

Pro otvorové výplně se při určení kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu vychází z kritické vnitřní povrchové vlhkosti, jejíž hodnota je ö_si,cr = 100 % – tato hodnota vychází z prevence rizika orosování. Pro ostatní konstrukce pak platí ö_si,cr = 80 %, což je hodnota, eliminující riziko růstu plísní.

V prostorách s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu ö_i = 50 % je možno pro stanovení kritického teplotního faktoru vnitřního povrchu a jemu odpovídající teploty vnitřního povrchu použít tabulky T 4.1 a T4.2.

Tab. č. 4.1: Kritický teplotní faktor vnitřního povrchu f_{Rsi, cr} pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φ_i = 50 %

Tab. č. 4.2: Teplota odpovídající kritickému teplotnímu faktoru f_{Rsi, cr} pro návrhovou relativní vlhkost vnitřního vzduchu φ_i = 50 %

 NahoruVÝPOČTOVÉ METODY

V závislosti na způsobu šíření tepla v konstrukci mohou být pro výpočtové hodnocení vnitřní povrchové teploty konstrukce použity odpovídající výpočtové metody, které se vztahují k jednorozměrnému, dvojrozměrnému či trojrozměrnému šíření tepla.

Hodnota teplotního faktoru vnitřního povrchu ideálního fragmentu konstrukce je obvykle součástí výstupního protokolu komplexního hodnocení stavební konstrukce.

Výpočet dvojrozměrného šíření tepla vychází z druhého Fourierova zákona a předpokládá použití výpočetní techniky. Obvykle se užívá metody konečných prvků a programové vybavení pak kromě numerického výstupu nabízí i grafický výstup výsledků např. ve formě zobrazení izotermy odpovídající za daných okrajových podmínek požadované hodnotě teplotního faktoru vnitřního povrchu, směru a hustoty tepelných toků nebo teplotního pole řešeného detailu.

Trojrozměrné šíření tepla není ve stavebních konstrukcích příliš obvyklým jevem, vyskytuje se především u složitých prostorových prvků nebo styků, kde kromě rozměrové variability prvků se projevuje i variabilita materiálová.

Přesný výpočet trojrozměrného teplotního pole vychází z obdobných principů jako výpočet pole dvojrozměrného, jednoznačně vyžaduje užití výpočetní techniky, navíc však takovýto výpočet je třeba považovat za nadstandardní, protože vyžaduje výkonnou výpočetní techniku a speciální programové vybavení. Zadávání vstupních údajů je časově dosti náročné a předpokládá určité praktické zkušenosti s obdobnými typy výpočtů. Proto se výpočty trojrozměrných teplotních polí neprovádějí příliš často. Obvykle se volí zjednodušení úlohy a její převedení na řešení dvojrozměrného teplotního pole s použitím korekčních koeficientů.

 NahoruPŘÍKLAD VÝPOČTU

 NahoruPříklad výpočtu

K výpočtu dvojrozměrných teplotních polí ve stacionárním teplotním stavu se užívá program AREA, který umožňuje jednak výpočet teplotních polí podle individuálního zadání, jednak nabízí katalog běžně se vyskytujících konstrukčních detailů, pro které jsou již připraveny základní vstupní údaje a které je možno v rámci programem stanovených podmínek dále upravovat jak z hlediska rozměrů, použitých materiálů i okrajových podmínek.

Katalogový způsob výpočtu dvojrozměrných teplotních polí umožňuje rychlé a dostatečně přesné tepelně technické hodnocení tepelných mostů, a je proto využíván především pro možnost rychlého nalezení optimální varianty konstrukčního řešení jednotlivých detailů.

 NahoruZADÁNÍ VÝPOČTU, VSTUPNÍ ÚDAJE

Hodnocení detailu okenního ostění z hlediska teplotního faktoru vnitřního povrchu s použitím katalogu detailů.

Vstupní údaje jsou patrné z následujících tabulek.

TISKOVÝ VÝSTUP VÝPOČTU
DVOUROZMĚRNÉ STACIONÁRNÍ POLE TEPLOT A ČÁSTEČNÝCH TLAKŮ VODNÍ PÁRY

podle ČSN EN ISO 10211-1 a ČSN 730540 - MKP/FEM model

Area 2011

KONTROLNÍ TISK VSTUPNÍCH DAT:

Základní parametry úlohy:

Parametry pro výpočet teplotního faktoru:

Parametry charakterizující rozsah úlohy:

Souřadnice os sítě – osa x (m):