Pri návrhu budov cielime k čo najnižšej energetickej náročnosti. Základom je dobrá tepelná izolácia obvodových stien, strechy, okien a aj podlahy spojenej so zemou.
Stavebná vyhláška stanoví najvyšší možný priemerný súčiniteľ prestupu tepla celého domu na úrovni Uem = 0,5 W/(m²•K). Toto číslo hovorí, že pri zotrvačnej vnútornej teplote 20 °C a vonkajšej priemernej celodennej teplote 0 °C je tepelná strata domu (o vonkajšej ploche obálkových stien a strechy aj s oknami o veľkosti 260 m²) na úrovni 62,4 kWh/deň.
Akumulácia tepla a teplotná zotrvačnosť domu
Horúce slnečné žiarenie, ktoré v zime dopadá na ťažký dom, je absorbované veľkou hmotou s vysokou tepelnou kapacitou, čo vyvolá len mierne zvýšenie vnútornej teploty v dome. Avšak to isté žiarenie dopadajúce na ľahký dom (v malej tepelnej kapacite), je absorbované materiálom s malou hmotnosťou. To urýchľuje ohrievanie a navýšenie vnútornej teploty interiéru. K týmto efektom dochádza aj z dôvodu vysokej teploty slnečného žiarenia 5 778 K (5 505 °C), ktorá ohrieva akékoľvek pozemské objekty.
Letné správanie oboch domov (ľahký a ťažký) je analogické, ale na vyššej teplotnej hladine. Interiér ľahkých domov rýchlejšie reaguje na zmenu vonkajšej teploty (graf 1) a najmä na intenzívny slnečný impakt (graf 2) spôsobujúci ohrev tmavých fasádnych a strešných plôch až na 70 °C. Výsledkom je citeľne väčší rozdiel medzi celodenným maximom a minimom vnútornej teploty. Z toho plynie prehrievanie ľahkých domov a teda teplotné nepohodlie v letných mesiacoch.
Adaptácia budov na zmenu klímy
V podmienkach Slovenska sa uvažuje o tom, že do roku 2040 by mala priemerná teplota stúpnuť o 1 °C a do roku 2060 až o 2,5 °C. Má rásť počet tropických dní a vĺn horúčav a ubúdať mrazivých dní. Odpoveďou na zmenu klímy je adaptácia budov. Zjednodušene je možné povedať, že globálne otepľovanie zmierňuje zimy a otepľuje letá [8]. Stále je ale potrebné navrhovať budovy s dobrou izoláciou obálky spoločne so zaistením celoročnej stability vnútorného prostredia [1, 2]. Tomu je potrebné prispôsobiť mieru presklenia fasád objektov, ktorých akumulačný potenciál musí umožňovať zisk energie zo slnečného žiarenia v chladných mesiacoch a súčasne predchádzať letnému prehrievaniu. To sú základné predpoklady, ktoré je vhodné napĺňať pre obytné domy.
Ťažké konštrukcie, tepelná akumulácia a kapacita
Budovy postavené z ťažkých materiálov dosahujú nižšiu energetickú náročnosť oproti ľahkých stavbám s nízkou tepelnou kapacitou. To všetko pri rovnakých tepelnoizolačných vlastnostiach obálky budovy (za ťažké konštrukcie označujeme také, ktorých plošná hmotnosť je nad 100 kg/m²). Patria sem aj steny z tehál pre bežné priečky, nosné a obvodové steny, ale tiež stropy a podlahy.
Zásadné ale je, či je ťažká konštrukcia súčasťou ochladzovanej obálky budovy (a prenáša tak teplotný spád medzi interiérom a exteriérom), alebo či ide o vnútornú konštrukciu o teplote interiéru v celej svojej hrúbke. Čitateľ určite vie alebo vytuší, že vnútorné konštrukcie akumulujú až dvojnásobok tepla využiteľného na stabilizáciu vnútornej teploty.
Tehly je možné mať v rôznych objemových hmotnostiach a s rôznymi povrchovými úpravami. Ich modifikáciou je možné ovplyvniť využiteľnú tepelnú kapacitu budovy.
Vyšetrovanie vplyvu konštrukcií na energetiku domu a jeho teplotnú stabilitu nie je ľahkou disciplínou. Na dôkladnú dynamickú analýzu obvykle „nie je čas”. Pri výpočtoch sa tepelná kapacita budovy zadáva zjednodušene voľbou daného typu konštrukčného riešenia stavby a zároveň sa počíta v mesačnom kroku. Ten je ale na určenie vplyvu tepelnej kapacity budovy dosť hrubý, čo môže zmeniť povinnosť hodinového kroku, zavedeného od roku 2023 pre určité budovy [3]. Iné kritérium predstavuje teplotnú stabilitu, keď sa zisťuje odozva vnútornej teploty posudzovanej miestnosti na vonkajšiu teplotu, na intenzitu vetrania a príslušné skladby konštrukcií [4]. Na to slúžia pokročilejšie výpočtové postupy, to znamená práca s kratším krokom výpočtu a zohľadnenie viacerých veličín naraz. Až potom je možné na vybranom type budovy porovnávať vplyv skladby konštrukcií na jej energetickú náročnosť a na teplotnú stabilitu vnútorného prostredia [5, 6, 7].
Ťažké stropy a nosné konštrukcie striech verzus úspory energie
Ťažké stropy, steny, podlahy, strechy atď. akumulujú veľké množstvo tepla (pri minimálnom náraste ich teploty). Tým je pri poklese vonkajšej teploty ohrievaný interiér. Ľahké konštrukcie (vrátane tepelných izolácií) túto vlastnosť nemajú.
Skladba podláh je z hľadiska šírenia tepla celkom typizovaná – na podkladovej betónovej doske je položená tepelná izolácia a na nej priľne betónový či anhydritový poter a nášľapná vrstva. Rovnako je to aj pri skladbách zvislých stien. Pri strešných konštrukciách sa však používajú najčastejšie ľahké konštrukcie s výrazne nižšou tepelnou kapacitou. Aby sme dosiahli homogénnosť tepelnej kapacity konštrukcií a prispeli tak k nižšej energetickej náročnosti a k dosiahnutiu stabilného vnútorného prostredia, treba aj tieto konštrukcie navrhovať ako ťažké. Medzi ťažké konštrukcie sa radia aj systémy HELUZ MIAKO či HELUZ PANELY disponujúce plošnou hmotnosťou dokonca cez 300 kg/m², čo je viac ako trojnásobná hodnota oproti definícii ťažkej konštrukcie.
Vplyv konštrukcie stropu na tepelnú stabilitu miestnosti
Štúdie hodnotia tepelnú stabilitu dvoch miestností, ktoré sú (u dvojpodlažnej budovy) nad sebou. V miestnosti v 2.NP je strop z materiálu HELUZ MIAKO hr. 250 mm (ťažká konštrukcia) a v druhom prípade sa jedná o ľahkú konštrukciu s rovnakou hodnotou súčiniteľa prestupu tepla. Miestnosť je presklená s oknami s trojitým zasklením a vysokou priepustnosťou slnečného žiarenia potrebného pre pasívne solárne zisky vo vykurovacom období (napr. zasklenie HELUZ IZOS ENERGY+ so solárnym faktorom g = 0,62.) Na obvodové steny sú využité tehly HELUZ FAMILY 50 brúsená. Vnútorná nosná stena pozostáva z tehál HELUZ UNI 25 brúsená. Chladenie tejto miestnosti zaisťuje nočné vetranie s vysokou výmenou vzduchu; cez deň sa uvažuje s minimálnou výmenou vzduchu (osoby mimo dom) a poobede s prípustnou intenzitou výmeny vzduchu 0,3 h–1 (30 % výmeny vzduchu za hodinu). Pri menšej intenzite vetrania by došlo k vydýchaniu vzduchu. Klimatické podmienky sú uvedené na grafe 1 a 2.
K týmto výpočtom bol použitý software SIMULACE 2018, ktorý pracuje v súlade s normou STN EN ISO 52016-1 Energetická náročnosť budov – Potreba energie na vykurovanie a chladenie, vnútorné teploty a pocitové a latentné tepelné výkony – Časť 1: Výpočtové postupy. A s ďalšími normami. Skladbu konštrukcií strechy uvádzajú tabuľky 1 a 2.
Výsledky výpočtov sú zjavné na grafu 3. Podľa očakávaní je najnižšej teploty dosiahnuté v miestnosti v 1.NP. Miestnosť v 2.NP s ťažkým stropom zo systému HELUZ MIAKO má maximálnu teplotu vnútorného vzduchu oproti miestnosti v 1.NP vyššiu iba o 0,2 °C.
Miestnosť v 2.NP s ľahkou konštrukciou strechy má vypočítanú teplotu vnútorného vzduchu oproti miestnosti s ťažkou konštrukciou v 2.NP vyššiu o 1,4 °C. Rozdiel v maximálnej dosiahnutej teplote medzi variantmi miestností 2.NP je 1,1 °C. Zdá sa to ako malý rozdiel, ale ľudské telo dokáže aj takto malý rozdiel teplôt vnímať. Je zrejmé, že pomocou ťažkej konštrukcie strechy je možné docieliť pri modelovanej miestnosti rovnakého priebehu teplôt medzi miestnosťou 1. NP a 2. NP.
Príklady budov pre využitie ťažkých konštrukcií
Kvôli čo najnižšej energetickej náročnosti budovy je potrebné voliť kompaktný tvar budovy, jej správnu orientáciu k svetovým stranám a pracovať s veľkosťou okien a ich tienením. U budov s kompaktným tvarom sa ponúka použitie ťažkých konštrukcií pre vodorovné konštrukcie v 1. aj 2. NP (tj aj v podobe ťažkej šikmej strechy). Príklad, kedy je možné aplikovať ťažké stropy pri tehlových stavbách so šikmými strechami, ukazujú obrázky 1 a 2. Aj v prípade sedlových striech sa uložia panely v mieste klieštin krovu, čím sa zväčší tepelná kapacita konštrukcií v miestnostiach v 2. NP.
Záver
Každá možnosť, ktorá znižuje energetickú náročnosť budovy a zlepšuje komfort bývania, stojí za zváženie. Pri tehlových stavbách sa nám ponúka možnosť využívania systému HELUZ MIAKO a HELUZ PANELY pre nosné konštrukcie stropov a striech. Význam týchto konštrukcií spočíva vo využití pasívnych solárnych ziskov vo vykurovacom období a v zlepšovaní tepelnej stability v lete. Zároveň sa vyznačuje aj ďalšími prednosťami z pohľadu mechanickej stability, zvýšenia odolnosti a zaistenia dlhodobej nemennosti svojich vlastností a trvanlivosti. V kontexte týchto vlastností stojí minimálne za zváženie využitie týchto konštrukcií pre budovy, ktoré staviame na dlhú dobu.
Zdroje:
[1] https://sanceprobudovy.cz/adaptace-budov/
[2] Energeticky úsporné renovace a adaptace budov na změnu klimatu, Šance pro budovy, prosinec 2016
[3] https://www.mpo.cz/cz/energetika/energeticka-ucinnost/prohlaseni-k-vyuzivani-hodinovych-klimatickych-dat-pri-vypoctu-energeticke-narocnosti-budov--270834/
[4] ČSN EN ISO 52016-1 Energetická náročnost budov – Potřeba energie na vytápění a chlazení, vnitřní teploty a citelné a latentní tepelné výkony – Část 1: Výpočtové postupy
[5] Tepelná stabilita obytných budov, diplomová práce, Bc. Martin Pich, VUT v Brně, 2018
[6] Vliv vnitřní tepelné akumulace konstrukcí pasivních domů na jejich letní tepelnou stabilitu, diplomová práce, Ing. Martin <0x000A>Němeček, VUT v Brně, 2018
[7] Projevy fyzikálních vlastností staviv v budovách v nízkoenergetickém a pasivním stavitelství, diplomová práce, Bc. Martin Svoboda, VUT v Brně, 2018
[8] https://www.cdk.cz/je-pricinou-globalniho-oteplovani-oxid-uhlicity/ Je příčinou globálního oteplování oxid uhličitý?, Ladislav Kurc, pedagog Fakulty chemické technologie VŠCHT Praha, Ústavu organické technologie
Súvisiace články:
