Free Press

Přestože se v současné době zaměřuje hlavní pozornost na ekologické vlastnosti budov, je stále potřeba brát v úvahu tepelné vlastnosti stavební konstrukce jako přispívající faktor. Tepelná výkonnost se měří z hlediska tepelných ztrát a ve stavebnictví se běžně vyjadřuje jako hodnota U nebo R. Výpočty hodnoty U budou vždy vyžadovány při stanovování stavebních strategií. Řada termínů má jemně podobný význam a na internetu lze nalézt protichůdné výklady. Různé terminologie a jejich vzájemné vztahy jsou vysvětleny v tomto článku.

Součinitel prostupu tepla neboli U-hodnota (reciproká hodnota R)

Součinitel prostupu tepla, známý také jako U-hodnota, je rychlost prostupu tepla konstrukcí (která může být z jednoho materiálu nebo složená) vydělená rozdílem teplot v této konstrukci. Jednotky měření jsou W/m²K. Čím lépe je konstrukce izolovaná, tím nižší je hodnota U. Na součinitel prostupu tepla může mít velký vliv kvalita provedení a montážní normy. Pokud je izolace namontována špatně, s mezerami a studenými mosty, může být součinitel prostupu tepla výrazně vyšší, než je žádoucí. Součinitel prostupu tepla zohledňuje tepelné ztráty způsobené vedením, konvekcí a sáláním.

Výpočet hodnoty U

Základní výpočet hodnoty U je poměrně jednoduchý. Hodnotu U lze v podstatě vypočítat tak, že se zjistí reciproká hodnota součtu tepelných odporů jednotlivých materiálů tvořících daný stavební prvek. Všimněte si, že kromě odporů materiálů mají odpory také vnitřní a vnější plochy, které je třeba sečíst. Jedná se o pevné hodnoty.

Existuje řada norem, které se zabývají metodami výpočtu součinitele prostupu tepla. Jejich seznam je uveden v části „Užitečné odkazy a reference“ na konci tohoto článku.

Jednoduchý výpočet součinitele prostupu tepla U lze provést následujícím způsobem, a to posouzením konstrukce stavebního prvku po jednotlivých vrstvách. Všimněte si však, že se při tom nezohledňuje přemostění chladem (např. stěnovými vazbami), vzduchové mezery kolem izolace ani rozdílné tepelné vlastnosti např. maltových spár. Tento příklad uvažuje dutinovou stěnu:

Materiál	Tloušťka	Vodivost (k-hodnota)	Odpor = Tloušťka ÷ vodivost (hodnota R)
Vnější povrch	–	–	0.040 K m²/W
Hliněné cihly	0,100 m	0,77 W/m⋅K	0,130 K m²/W
Skleněná vata	0.100 m	0,04 W/m⋅K	2,500 K m²/W
Betonové tvárnice	0.100 m	1,13 W/m⋅K	0,090 K m²/W
Malta	0,013 m	0,50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Vnitřní povrch	–	–	0,130 K m²/W
Celkem			2.916 K m²/W
U-hodnota =		1 ÷ 2,916 =	0,343 W/m²K

Všimněte si, že ve výše uvedeném příkladu jsou vodivosti (k-hodnoty) stavebních materiálů volně dostupné na internetu; zejména u výrobců. Použití údajů výrobců ve skutečnosti zvýší přesnost, pokud jsou v době výpočtu známy konkrétní zadávané výrobky. Ačkoli je možné ve výše uvedeném výpočtu zohlednit maltové spáry posouzením % plochy malty ve vztahu k tvárnici, která je v ní uložena, je třeba mít na paměti, že se jedná o hrubý postup ve srovnání s robustnější metodou stanovenou v normě BS EN ISO 6946I.

Měření hodnoty U

Ačkoli jsou konstrukční výpočty teoretické, lze provést i měření po dokončení stavby. Jejich výhodou je možnost zohlednit kvalitu provedení. Výpočet součinitele prostupu tepla pro střechy nebo stěny lze provést pomocí měřiče tepelného toku. Ten se skládá z termočlánku, který je pevně připevněn ke zkušební ploše a sleduje tepelný tok z interiéru do exteriéru. Součinitel prostupu tepla se získá vydělením průměrného tepelného toku (proudění) průměrným rozdílem teplot (mezi interiérem a exteriérem) za nepřetržité období přibližně 2 týdnů (nebo více než jednoho roku v případě přízemní desky z důvodu akumulace tepla v zemi).

Přesnost měření závisí na řadě faktorů:

• Velikost rozdílu teplot (větší = přesnější)
• Počasí (zataženo je lepší než slunečno)
• Dobrá přilnavost termopilot ke zkušební ploše
• Doba sledování (delší doba sledování umožňuje přesnější průměr)
• Více zkušebních bodů umožňuje větší přesnost, pro zmírnění anomálií

Dva komplikující faktory, které mohou ovlivnit vlastnosti tepelné propustnosti materiálů, zahrnují:

• Okolní teplota, mimo jiné v důsledku latentního tepla
• Vliv konvekčních proudů (zvýšená konvekce přispívá k tepelnému toku)

Kalkulátory U-hodnoty

Protože výpočet U-hodnoty může být časově náročný a složitý (zejména tam, kde je třeba zohlednit například studené mosty), bylo vydáno mnoho online kalkulátorů U-hodnoty. Mnohé z nich jsou však dostupné pouze na základě předplatného a ty, které jsou zdarma, bývají příliš zjednodušené. Další možností je vyžádat si výpočet například od výrobce izolace, jehož výrobek je zadáván.

Schválené dokumenty stavebních předpisů L1A, L2A, L1B a L2B v Anglii a ve Walesu odkazují na publikaci BR 443 Conventions for U-value calculationsII pro schválené metodiky výpočtu, zatímco doprovodný dokument U-value conventions in practice. Pracovní příklady s použitím BR 443III poskytují užitečné vodítko.

Hodnota R neboli tepelná izolace (reciproká hodnota U)

Tepelná izolace je opakem součinitele prostupu tepla, jinými slovy schopnost materiálu odolávat tepelnému toku. Hodnoty R se častěji používají v některých částech světa (například v Austrálii), na rozdíl od Velké Británie, kde se dává přednost hodnotám U. Měrnými jednotkami pro součinitel prostupu tepla jsou m²K/W a vyšší hodnota opět znamená lepší vlastnosti (na rozdíl od nižší hodnoty požadované pro hodnotu U).

k-hodnota neboli tepelná vodivost (známá také jako lambda nebo hodnota λ; reciproká hodnota tepelného odporu)

Tepelná vodivost je schopnost materiálu vést teplo. Vysoká tepelná vodivost tedy znamená, že přenos tepla přes materiál bude probíhat vyšší rychlostí; všimněte si, že je také závislá na teplotě. Jednotky tepelné vodivosti jsou W/m⋅K. Na rozdíl od hodnot U a R však hodnoty k nejsou závislé na tloušťce daného materiálu.

Hodnota Y neboli tepelná propustnost neboli součinitel prostupu tepla

Schopnost materiálu přijímat a uvolňovat teplo z vnitřního prostoru v závislosti na změně teploty tohoto prostoru se označuje jako tepelná propustnost (nebo součinitel prostupu tepla) a je definována v normě BS EN ISO 13786:2007 Tepelné vlastnosti stavebních dílůIV. Tento údaj je také základem pro „úplný dynamický model“ v příručce CIBSE Guide A: Environmental designV, který se používá pro výpočet chladicího zatížení a letních teplot v prostoru. Čím vyšší je tepelná admitance, tím vyšší je tepelná hmotnost. Tepelná admitance je podobná tepelné propustnosti (a používá stejné měrné jednotky). Měří však tepelnou akumulační schopnost materiálu, tj. schopnost materiálu akumulovat a uvolňovat teplo po určitou dobu, obvykle 24 hodin. Stejně jako u součinitele prostupu tepla jsou měrnými jednotkami W/m²K.

Všimněte si, že součinitel prostupu tepla „Y“ by neměl být zaměňován s činitelem tepelného mostu „y“, který je definován ve standardním postupu posuzování (SAP) v příloze K jako odvozený z lineárního součinitele prostupu tepla.

Psi (Ψ) hodnota neboli lineární součinitel prostupu tepla

Míra tepelných ztrát způsobených tepelným mostem se označuje jako lineární součinitel prostupu tepla (na rozdíl od „plošného“ součinitele prostupu tepla, který se jinak označuje jako hodnota U), přičemž jednotkami měření jsou opět W/m²K. Hodnoty Psi se používají k vytvoření hodnot y (faktor tepelného mostu) v příloze K standardního postupu posuzování.

Tepelný odpor (reciproká hodnota tepelné vodivosti)

Tepelný odpor je schopnost materiálu odolávat vedení tepla skrz něj. Stejně jako hodnota k není tato vlastnost závislá na tloušťce daného materiálu. Jednotky tepelného odporu jsou K⋅m/W.

Tepelná vodivost (reciproká hodnota tepelného odporu)

Jedná se o množství tepla vedeného materiálem daného objemu za jednotku času, tj. o rychlost vedení. Jako taková se měří v jednotkách W/K.

Tepelný odpor (reciproká hodnota tepelné vodivosti)

Jedná se o míru toho, jak dobře materiál odolává vedení tepla skrz něj, a měří se v K/W. Stejně jako u tepelné vodivosti se jedná o míru rychlosti přestupu pro daný objem.

Tepelná hmotnost

Tepelná hmotnost (na rozdíl od tepelné admitance), která byla dosud ve stavebnictví ve Velké Británii značně opomíjena, se odvozuje z měrné tepelné kapacity (schopnost materiálu akumulovat teplo vzhledem k jeho hmotnosti), hustoty a tepelné vodivosti (jak snadno může teplo procházet materiálem). Tepelná vodivost se v systému SAP 2009 používá ve formě hodnoty „k“ (nebo kappa) při výpočtu parametru tepelné hmotnosti (TMP). Hodnota „k“ je tepelná kapacita na jednotku plochy „tepelně aktivní“ části stavebního prvku (skutečný vliv na tepelnou hmotnost má pouze prvních přibližně 50 mm tloušťky prvku, protože se snižuje s rostoucí hloubkou prvku; nad 100 mm je vliv zanedbatelný). Je třeba poznamenat, že hodnota „k“ je přibližná, protože se vychází z předpokladů o rozsahu tepelně aktivních objemů materiálu; navíc se při výpočtu doby, po kterou je teplo pohlcováno a vyzařováno z materiálu, nezohledňuje vliv tepelné vodivosti. Norma BS EN ISO 13786VI poskytuje účinnější metodu stanovení tepelné hmotnosti. Tepelná hmotnost by se neměla zaměňovat s izolací.

Význam tepelné hmotnosti nelze přeceňovat, což ilustrují tyto příklady:

Stavba stěny	U-hodnota	Tepelná admitance	Tepelná hmota
200mm cihla 13mm „mokrá“ omítka	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm cihla 150mm dutina vyplněná minerální vlnou 100mm pórobetonový blok 13mm sádrokartonové vysprávky na 10mm nopcích	0.19 W/m²K	1,86 W/m²K	9 kJ/m²K

Všimněte si, jak slabá je tepelná hmotnost moderní dutinové stěny ve srovnání s plnou cihlovou zdí. Nahrazením suchého zdiva 13mm „mokrou“ omítkou však lze admitanci podstatně zvýšit:

Stavba stěny	U-hodnota	Tepelná admitance	Tepelná hmotnost
100mm cihla 150mm minerální vlna-.vyplněná dutinou 100mm pórobetonový blok 13mm „mokrá“ omítka	0.19 W/m²K	2,74 W/m²K	60 kJ/m²K

Z takto provedeného oddělení sádrokartonové desky je tedy patrné, že v domě postaveném podle moderních norem a technik dochází k téměř úplnému odstranění účinné tepelné hmoty.

Použití tepelné hmoty v boji proti letnímu přehřívání se podrobněji věnujeme v seriálu článků Adaptace budov na změnu klimatu:

Dekrece

Popisuje způsob, jakým hustota, tepelná kapacita a tepelná vodivost materiálu, může zpomalit průchod tepla z jedné strany na druhou a také snížit tyto zisky, když jím procházejí. To má tedy vliv na tepelné vlastnosti budovy v teplejších obdobích. Označují se jako dekrementační zpoždění, resp. dekrementační faktor.

Chemická fáze

Při změně skupenství materiálu z pevného na kapalné nebo z kapalného na plynné může dojít ke změně tepelné vodivosti tohoto materiálu. To je způsobeno pohlcováním a uvolňováním latentního tepla a může k tomu docházet i v menším měřítku, což může být ve stavebnictví výhodné.

Stále dostupnější jsou materiály, které mohou z malých objemů poskytnout vysokou tepelnou hmotnost. Jedná se o látky známé jako materiály s fázovou změnou (PCM), které mohou při tání, respektive tuhnutí v úzkém rozsahu teplot ukládat a uvolňovat latentní teplo. Tyto materiály lze mikrokapsulovat do určitých typů stavebních materiálů, jako je omítka nebo hlína, a vytvářet z nich obkladové desky nebo stropní desky. Mohou být také makroenkapsulovány např. do desek tepelného výměníku pro použití v chladicích a ventilačních jednotkách a zkoumá se možnost jejich zabudování do desek z PU pěny pro aplikace, jako jsou kompozitní obkladové desky s kovovým povrchem. Výhodou PCMs je, že mohou poskytnout značné množství tepelné hmoty, a přitom jsou samy o sobě velmi tenké; tj. tepelná hmota se jeví jako neúměrně velká v porovnání s fyzickou tloušťkou materiálu.

PCMs by mohly nabídnout praktické řešení znovuzavedení tepelné hmoty do lehkých budov, aby se zabránilo přehřívání, a jsou podrobněji diskutovány v sérii článků Adaptace budov na změnu klimatu:

Zajímá vás další podobný obsah? Přihlaste se k odběru elektronického týdeníku NBS.

Přihlaste se nyní

.