V oblasti stavebnictví a projektování je nezbytné mít k dispozici spolehlivé nástroje pro výpočet tepelných prostupů a celkové energetické náročnosti budov. Tyto výpočty jsou klíčové pro zajištění kvalitního vnitřního prostředí, dlouhé životnosti konstrukcí a splnění přísných legislativních požadavků na energetickou efektivitu. V českém prostředí je k dispozici řada specializovaných programů a modulů, které projektantům a stavařům usnadňují práci.
Základní pojmy v tepelné technice
Pro pochopení významu softwarových nástrojů je důležité znát klíčové tepelně-technické parametry stavebních konstrukcí:
- Součinitel prostupu tepla (U): Tato hodnota udává celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými určitou stavební konstrukcí. Čím menší je hodnota U, tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti konstrukce. Její jednotkou je watt na metr čtvereční krát kelvin [W/m²K].
- Tepelný odpor (R): Vyjadřuje míru odporu proti pronikání tepla a označuje se velkým písmenem „R“. Jednotkou je metr čtvereční krát kelvin na watt [m²K/W]. Výpočet se provádí pomocí tloušťky (v metrech) jednotlivých materiálů a jejich součinitelů tepelné vodivosti: R=d/λ.
Výpočet prostupu tepla stěnou je důležitý pro získání základních tepelně-technických parametrů konstrukce. Jedná se o součinitel prostupu tepla, pomocí kterého se hodnotí kvalita zateplení stěny. Na různé stavby se vztahují konkrétní hodnoty, které stanovuje norma ČSN 730540-2.
Budovy s téměř nulovou spotřebou energie (nZEB)
V současné době se staví nové rodinné domy pod názvem „budovy s téměř nulovou spotřebou energie“ (podle vyhlášky č. 264/2020 Sb. o energetické náročnosti budov). Pro tyto budovy je potřeba splnit následující požadavek: požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla dané stavební konstrukce musíme vynásobit hodnotou 0,7. V případě obvodové stěny stanovuje norma ČSN 73 0540-2 hodnotu 0,30 W/m²K. Po vynásobení 0,30 × 0,7 dostáváme součinitel prostupu tepla 0,21 W/m²K, což je výsledný požadavek na stavby rodinných domů (budov s téměř nulovou spotřebou energie).
Software DEKSOFT: Moduly TZ a TH
Program DEKSOFT nabízí moduly TZ a TH, které jsou vhodné pro české prostředí.
Čtěte také: Podrobný článek o softwaru pro statiku zdiva
Modul TZ (Tepelné ztráty)
- Modul TEPELNÉ ZTRÁTY (TZ) byl převeden z programu ENERGETIKA jako samostatný modul do programu TZB, který byl poprvé vystaven jako verze 1.0.0. Do programu TZB budou postupně doplňovány další moduly pro návrh otopných soustav.
- Podrobné zadání po místnostech pro účely výpočtu tepelných ztrát je možné následně přenést do programu ENERGETIKA a využít je pro výpočet PENB.
- V modulu TZ byla do protokolu souhrn TZ doplněna informace pro návrhový tepelný výkon VZT jednotky pro případ ohřevu přiváděného vzduchu.
- Do zadání pro definování tepelných ztrát větráním vytápěných místností (záložka Hv,ie) doplněna roleta pro informaci, zda-li místnosti je větrána odpadním vzduchem z vedlejších místností či nikoliv.
- Do výpočtu měrných tepelných ztrát konstrukcí přilehlých k zemině dle ČSN EN ISO 13 370 byla doplněna podmínka v případě zadání exponovaného obvodu P=0 m nebo plochy podlahy Af,gr = 0 m², že výsledná měrná tepelná ztráta takové podlahy bude Hg = 0.
- Byla opravena výpočtová konstanta (0,475 => 0,457) pro stanovení ekvivaletního součinitele prostupu tepla podlahy na zemině Ubf dle ČSN EN ISO 13 370 čl. 9.1 a čl.
Modul TH (Termohydraulika)
- Modul TH je určen pro komplexní návrh otopné soustavy.
- Modul TH plně spolupracuje s modulem tepelných ztrát TZ programu TZB. Návrhové tepelné ztráty místností lze do modulu TH jednorázově načíst včetně již navržených OT v modulu TZ.
- Modul TH umožňuje výpočet s vlivem ochlazování média cestou od zdroje tepla ke koncovému spotřebiči. Při použití tohoto typu výpočtu výpočet trvá podle velikosti zadané otopné soustavy v řádku desítek sekund až jednotek minut.
- Byla upgradována ALFA verze modulu TH a dokončeny katalogy regulačních prvků, zabezpečovacích zařízení a místních odporů, které jsou postupně plněny výrobky.
Společné vlastnosti a vylepšení DEKSOFT modulů
- Zadání je dynamické, tzn. rozměry konstrukcí je možno přímo odečítat z výkresů a zadat do aplikace bez mezivýpočtu celkové plochy "bokem". Stejně tak lze přímo zadat pomocí rozměrů a počtu opakujících se kusů výplně.
- Modul obsahuje katalog otopných těles. Nyní je možno zadání OT učinit pouze výběrem z katalogu OT. Jedině tak budou k dispozici všechny potřebné informace o OT pro protokol (TZ) i výpočet (TH).
- Katalogy výrobků (otopná tělesa, média, tepelné zdroje, trubky, tepelné izolace, regulační prvky, čerpadla, zabezpečovací zařízení atd.) jsou průběžně doplňovány. Každý katalog umožňuje vkládání a editaci vlastních položek.
- V části "výsledky" je k dispozici několik samostatných protokolů reprezentující zadání a výsledky výpočtu.
Software KI Real od Knauf Insulation
Software KI Real je k dispozici bezplatně, pouze na základě registrace. Program KI Real umožňuje jednoduše definovat a posuzovat šikmé střechy, obvodové stěny, podlahy, stropy a ploché střechy.
- Pro výpočet hodnoty součinitele prostupu tepla a vlhkostní bilanci skladby pracuje s charakteristickými výseky, ty jsou tvořeny postupným zadáváním vrstev: homogenních, s lineárními mosty, s bodovými mosty nebo tvarově specifickými vrstvami, které si uživatel může vytvořit či upravit v 3D editoru.
- Vlastní 3D editor umožňuje zadat i specifické, složitější konstrukce stavebních detailů, jako jsou například věnce, rohy a kouty a provede u nich výpočty šíření tepla a vlhkosti.
- KI Real obsahuje širokou databázi stavebních materiálů a jejich vlastností.
- „Denně si u nás projektanti a stavaři ověřují své konstrukce, výpočty a odhady vlastností, ke kterým došli sami nebo pomocí jiných programů. Nyní jim nabízíme silný nástroj, ve kterém mohou konstrukce posoudit sami nebo na nich demonstrovat chování navrhované konstrukce, například investorovi,“ dodává Jan Kurc, aplikační specialista Knauf Insulation.
Software KI Real je možné stáhnout na adrese www.knaufinsulation.cz/ki-real. Na stejném místě zájemci o program naleznou sérii videonávodů, které jim pomohou s úvodní orientací v programu.
Aktualizace programů pro tepelné výpočty (Area, Cube3D, Mezera, Simulace, Teplo a Ztráty)
V souvislosti s vydáním revize normy ČSN 730540-2 budou nabízeny nové verze programů Area, Cube3D, Mezera, Simulace, Teplo a Ztráty. Všechny zmíněné programy byly aktualizovány s ohledem na změny v citované normě. Tyto programy byly kompletně aktualizovány na nově vydanou normu ČSN 730540-2 „Tepelná ochrana budov, Část 2: Požadavky" ze sprna 2025.
Klíčové změny a funkce
- Stanovení vnitřní povrchové teploty: Nejvíce se oproti stávajícímu znění normy liší postup stanovení požadavku na vnitřní povrchovou teplotu, který se týká programů Area, Cube3D a Teplo.
- Součinitel prostupu tepla: Určité úpravy nastaly i v požadavcích na součinitel prostupu tepla, což se projeví hlavně v programech Energie a Teplo.
- Pokles dotykové teploty podlah a šíření vodní páry: V programu Teplo se uplatní i změny v požadavcích na pokles dotykové teploty podlah a na šíření vodní páry konstrukcí.
- Katalogy: Okénko s výsledky prohledávání katalogu stavebních materiálů nabízí nejen jména všech materiálů obsahujících zadaný textový řetězec, ale i jejich tepelné vodivosti a faktory difúzního odporu.
- Vliv bodových kotev: Do pomocného výpočtu ekvivalentní tepelné vodivosti tepelné izolace, skrz kterou procházejí bodové kotevní prvky, byla přidána nová možnost výpočtu vlivu bodových kotev s přerušením tepelného mostu (např. Hilti Fox).
- Informační rámeček: Na panel úlohy byl přidán informační rámeček s přehledem plnění jednotlivých požadavků ČSN 730540-2. Rámeček se automaticky aktualizuje po každém provedeném výpočtu či po změně vstupních dat.
- Pracovní adresář: V programech lze volitelně nastavit s pomocí příkazu Soubor - Adresář pro ukládání úloh pracovní adresář, který funguje jako dočasné úložiště souborů obsahujících vstupní data i výsledky výpočtu úlohy.
- Katalog konstrukcí: Stávající katalog konstrukcí (skladeb) byl kompletně přepracován, aby byl kompatibilní s katalogem v programu Energie 2023 a novějším. Nově umožňuje ukládat skladby konstrukcí až s 15 vrstvami včetně dalších doplňujících údajů.
- Typ výpočtu roční bilance vodní páry: Pro každou konstrukci lze nově nastavit typ výpočtu roční bilance vodní páry. Použít lze standardní kombinaci obou výpočetních postupů (EN ISO 13788 a ČSN 730540-4), každou metodiku samostatně, nebo výpočet vůbec neprovádět.
- Maximální přípustná relativní vlhkost: Pro každou vrstvu lze zadat maximální přípustnou relativní vlhkost (bez požadavků, méně než 60 %, 80 % či 100 %), kterou pak program kontroluje a vyhodnocuje.
Další softwarové nástroje pro tepelné výpočty
Kromě výše zmíněných existuje celá řada dalších specializovaných programů:
- Program AREA 2017: Umožňuje výpočet dvourozměrného stacionárního pole teplot a částečných tlaků vodní páry a přibližné roční bilance vodní páry ve dvourozměrných stavebních detailech. Výpočet je proveden pomocí metody konečných prvků.
- Program ZTRÁTY 2019: Umožňuje výpočet tepelných ztrát budov podle ČSN EN 12831-1 a průměrného součinitele prostupu tepla budovy podle ČSN 73 0540-1, ČSN 73 0540-2, ČSN 73 0540-3, ČSN 73 0540-4 a STN 73 0540.
- Program ENERGIE 2023: Je určen pro komplexní hodnocení energetické náročnosti budov. Umožňuje výpočet průměrného součinitele prostupu tepla budovy, měrných tepelných toků, potřeby tepla na vytápění, dílčích dodaných energií a produkcí energie. Program zpracovává energetický průkaz podle vyhlášky MPO ČR č. 264/2020 Sb.
- Online kalkulátor prostupu tepla na TZB-info: Umožňuje určit tepelný odpor a součinitel prostupu tepla konstrukce dle platných norem a výsledek porovnat s požadavky aktuální ČSN 73 0540-2:2011. Do výpočtu lze zadávat konstrukce s tepelnou izolací proměnné tloušťky, se systematickými tepelnými mosty a střechy s opačným pořadím vrstev. Nově je doplněn o katalogy výrobců a porovnává skladbu se zdiva HELUZ.
Katalog softwarových pomůcek pro stavební praxi
Tato informační pomůcka obsahuje odkazy na internet s popisem softwaru (SW), který je možné využít pro stavební praxi. Uváděné odkazy jsou převzaty pouze z legitimních webových prezentací, aby nebyla porušena autorská práva. Některé programy jsou k dispozici jako freeware, shareware, trial verze nebo demo verze, či open source.
Čtěte také: Návrhář koupelen
Definice typů softwarových licencí:
- Freeware: Software distribuovaný bezplatně. Autor si ponechává autorská práva, někdy omezuje použití zdarma jen pro nekomerční či osobní potřebu.
- Shareware: Software, který je možné volně distribuovat a zdarma vyzkoušet. Pokud je nadále používán, je nutné se řídit autorovou licencí a zpravidla zaplatit cenu programu nebo se registrovat.
- Trial verze SW: Licence, která je nejčastěji časově omezená (např. 30 dní) nebo omezená počtem spuštění. Skutečnost, že se jedná o trial verzi, je viditelná také na výstupu z programu.
- Demo verze SW: Licence, která je většinou časově neomezená, ale obsahuje pouze část funkcí plné verze, často jen základní funkce.
- Open source software (OSS): Počítačový software s otevřeným zdrojovým kódem.
Příklady dalších relevantních programů:
- BricsCAD: Technologicky vyspělý CAD systém pro kreslení v rovině i ve 3D, kompatibilní s uznávanými a všeobecně používanými průmyslovými standardy.
- Autopath: SW řešení pro analýzu vlečných křivek, používají jej odborníci na dopravu pro analýzu manévrů vozidel na silnicích, křižovatkách, parkovištích atd.
- RIBcad (ZEICON): Plně samostatně funkční konstrukční CAD vyvíjený cíleně pro profesní skupinu stavebních konstruktérů nosných konstrukcí.
- RTwalls: Program na výpočty a posuzování stavebních jam, který je součástí instalačního balíčku RIBgeo.
- PINwalls: Aplikace Windows na výpočty zabezpečení stavebních jam podchycením základů okolních budov opěrným tělesem, výpočty zajištění a sanaci historických objektů apod.
- LIMES®: Komfortní grafické prostředí pro Windows osvědčeného geotechnického systému pro výpočty a posouzení opěrných stěn a gabionů.
- GLEITKREIS: Aplikace Windows na výpočty a posouzení stability svahů a hrází s libovolným, polygonálním průběhem geologických vrstev.
- FEWALLS: Aplikace Windows na realistické výpočty napjatosti a deformací stavebních jam a ovlivněné okolní oblasti metodou konečných prvků (FEM).
- PONTI /POMPRU: Program pro statiku mostních konstrukcí, prutové prostorové konstrukce ve stavebních stavech a s předpětím, teorie I. a II. řádu.
- KI Tech: Nový bezplatný software od Knauf Insulation pro navrhování a tepelnětechnické posuzování izolací pro teplovody, horkovody, parovody, rozvody teplé a studené vody, kotelny, zásobníky, vzduchotechniku apod.
Kalkulačka pro zjištění prostupu tepla
Práce s online kalkulačkou pro zjištění prostupu tepla nevyžaduje žádné odborné znalosti. Postačí, když budete mít k dispozici skladbu obvodové stěny daného domu. Z té jste pak schopni vyčíst konkrétní materiál, který si vyberete z rolovací nabídky stavebních prvků. S potvrzením výběru konkrétního materiálu se objeví také jeho tloušťka. Tu můžete buď nechat stávající, nebo přepsat na jinou hodnotu. Takto vypíšete všechny materiály v konstrukci stěny. Je však nutné postupovat po jednotlivých materiálech od interiérové strany k exteriérové. Po zadání všech materiálů a jejich tlouštěk zatrhněte tlačítko „Vypočítat“ a hned se ukáže výsledný součinitel prostupu tepla zadané skladby obvodové stěny. Vypočtený výsledek je navíc srovnán s normovou hodnotou vztahující se na budovu s téměř nulovou spotřebou energie (tedy s hodnotou 0,21 W/m²K).
Koeficient tepelné vodivosti materiálu (λ)
Při návrhu jednotlivých materiálů tvořících tepelnou izolaci ve skladbě stěny rodinného domu můžeme vycházet z mnoha variant. Rozhodující však pro nás je tzv. koeficient tepelné vodivosti materiálu. Čím menší hodnota, tím lépe materiál izoluje.
Tabulka: Orientační koeficienty tepelné vodivosti vybraných izolačních materiálů
| Materiál | Koeficient tepelné vodivosti (W/mK) |
|---|---|
| Minerální izolace | 0,032-0,039 |
| Polystyrenové desky | 0,036-0,039 |
| Polyuretanové izolace | 0,020-0,024 |
Hodnota součinitele prostupu tepla obvodové stěny je základním ukazatelem pro zhodnocení obálky budovy z pohledu dostatečné tepelné izolace zabudované do konstrukce. Tato hodnota by se tak měla objevit v projektové dokumentaci navrhované stavby. Je důležitá nejen u konstrukce stěny, ale také u podlahy, stropu či střechy stavby. Důležitou roli také hraje při výběru okenních výplní a vstupních dveří. Neměli bychom podceňovat také půdní výlez, který je vhodné koupit již s tepelně izolačním poklopem.
Čtěte také: Průvodce výběrem izolace
tags: #software #vypocty #tepelnych #prostupu #staveb