Výpočet prostupu tepla stěnou je důležitý pro získání základních tepelně-technických parametrů konstrukce. Jedná se o součinitel prostupu tepla, pomocí kterého se hodnotí kvalita zaizolování stěny. Součinitel prostupu tepla nám určuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe určitou stavební konstrukcí. Čím je hodnota menší, tím lepší jsou tepelně izolační vlastnosti konstrukce. Součinitel prostupu tepla je vlastně převrácená hodnota hodnoty tepelného odporu „R“ konstrukce při přechodu tepla. Udává, jaké množství tepla se ztrácí přes 1 m2 plochy stavební konstrukce při jednotkovém rozdílu teplot okolních prostředí.
Někteří stavebníci znají pojem součinitel prostupu tepla jako převrácenou hodnotu tepelného odporu. Z pohledu tepelně-technických vlastností obvodové stěny byla zavedena hodnota součinitele prostupu tepla, která zjednodušeně řečeno vyjadřuje, zda-li stěnová konstrukce je dostatečně zateplena podle normových požadavků. Na různé stavby se vztahují konkrétní hodnoty, které stanovuje norma. Hodnota součinitele prostupu tepla 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 tepelně izolačním poklopem.
Požadavky na 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 budovy s téměř nulovou spotřebou energie 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).
K tomu, aby váš dům splňoval požadavky státní normy ČSN 73 0540-2: 2012 o tepelné ochraně stavebních konstrukcí, není třeba obložit ho polystyrenem a časem řešit vlhkost v domě a tvorbu plísní. 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. Například koeficient u minerální izolace se pohybuje v rozmezí 0,032-0,039 W/mK, u polystyrenových desek 0,036-0,039 W/mK nebo například u polyuretanových izolací 0,020-0,024 W/mK.
Výpočet prostupu tepla a nástroje
Výpočet prostupu tepla vícevrstvou konstrukcí na TZB-info byl doplněn o nové katalogy výrobců. Zcela novou funkcí výpočtu prostupu tepla při modelování obvodové stěny je porovnání skladby, kterou zadal uživatel výpočtu, se skladbou jednovrstvého zdiva od společnosti HELUZ. Skladby ze zdiva HELUZ mají odpovídající součinitel prostupu tepla jako uživatelem modelovaná skladba. Skladbu HELUZ lze z odkazu ve výpočtu rovnou on-line poptat nebo vyžádat cenovou nabídku. Určen je pro profesionály, projektanty, architekty a energetické specialisty. Do výpočtu lze u každé vrstvy konstrukce dosadit hodnotu součinitele tepelné vodivosti návrhovou nebo změřenou. Využít lze i hodnotu charakteristickou a deklarovanou, které výpočet podle normových postupů přepočítá na hodnotu návrhovou.
Čtěte také: Tření Mezi Betonem a Jinými Materiály
Práce s naší 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 naší kalkulačkou je navíc srovnán s normovou hodnotou vztahující se na budovu s téměř nulovou spotřebou energie (tedy s hodnotou 0,21 W/m2K).
Příklady výpočtu součinitele prostupu tepla
V předchozím článku jsme si ukázali, jak vypočítat součinitel prostupu tepla U a tepelný odpor R stavební konstrukce. Dnes na toto téma navážeme a uvedu příklad z praxe - aplikujeme si výpočet součinitele přestupu tepla na rodinný dům postavený z pálené cihly, který bude zateplený zateplovacím systémem ISOTEX. V prvním příkladu výpočtu součinitele prostupu tepla jsme počítali s obvodovou stěnou, která byla postavena z pálené cihly s tloušťkou 30 cm (Heluz Family 30 broušená), na vnitřní a vnější straně byla omítnutá vápeno-cementovou omítkou o tloušťce 1.5 cm (na vnitřní straně) a 3 cm (na vnější straně). To vše při vnitřní teplotě 20°C a vnější -13°C.
Ve druhém příkladu výpočtu jsme počítali s obvodovou stěnou, která byla postavena z pálené cihly s tloušťkou 30 cm (Heluz Family 30 broušená), na vnitřní straně byla omítnutá vápeno-cementovou omítkou o tloušťce 1.5 cm a na vnější straně byla zateplená zateplovacím systémem ISOTEX, t.j. byla omítnutá tepelněizolační omítkou ISOTEX s tloušťkou 4 cm, na které byl aplikován ochranný fasádní termokeramický nátěr ClimateCoating. To vše při vnitřní teplotě 20°C a vnější -13°C.
Ve třetím příkladu výpočtu jsme počítali s toutéž obvodovou stěnou z pálené cihly s tloušťkou 30 cm (Heluz Family 30 broušená), na vnitřní a vnější straně byla omítnutá vápeno-cementovou omítkou o tloušťce 1.5 cm (na vnitřní straně) a 3 cm (na vnější straně). Z exteriéru byl aplikován termokeramický nátěr ClimateCoating. To vše při vnitřní teplotě 20°C a vnější -13°C.
V každém případě - stavba ošetřena nátěrem ClimateCoating bude mít své nesporné výhody vyplývající z vlastností termokeramické nátěru. ClimateCoating ThermoProtect tvoří ochranný štít, který díky unikátnímu složení odvede vlhkost, avšak zabraňuje zpětnému přechodu vlhkosti z vnějšího prostředí do materiálu stavební konstrukce = udržuje zdivo suché. ClimateCoating zajišťuje teplotní stálost a tedy nedochází k degradaci (k prasklinám) zdiva resp. stěn vlivem vysokého rozdílu teplot. V našem výpočtu jsme si ukázali, že při tloušťce obvodové stěny 30 cm si vystačíme s 3.5 cm tloušťkou zateplovací omítky, abychom splňovaly normu požadovanou pro pasivní domy (U = 0.12 až 0.18). Pokud bychom měli obvodové zdi tlusté 44 cm - stačilo by použít tenčí vrstvu tepelněizolační omítky (cca 2.5 cm).
Čtěte také: Hodnoty součinitele prostupu tepla u cihel
HELUZ cihly a integrovaná izolace
Vylehčené cihly a cihelné bloky s otvory se v ČR začaly vyrábět počátkem 70. let minulého století. Po uvolnění trhu v 90. letech k nám začaly přicházet nové výrobní technologie, které stimulovaly i vývoj ve firmě HELUZ. Začaly se vyrábět cihly typu pero-drážka, počet přepážek v cihelných blocích se zvětšoval. Ve vývoji šlo vždy o to, aby nové výrobky především zvyšovaly tepelně izolační vlastnosti stavěné budovy. Po cihlách označených P+D (1998) a STI (2003) byla v roce 2009 zahájena výroba nové řady broušených cihel pro zdivo nízkoenergetických domů bez dodatečného zateplení s názvem HELUZ Family.
Co se týká počtu řad otvorů, těch bylo výrobkovou řadou cihel Family dosaženo maximum a jediná schůdná cesta, jak ještě zvýšit tepelněizolační parametry cihel, byla v plnění otvorů izolantem. Čtvrtá generace cihel HELUZ označená Family 2in1, která je na trhu od roku 2011, má žeber a řad otvorů největší množství a všechny otvory jsou vyplněny drobnými kuličkami polystyrenu. Právě plnění cihel s velkým počtem malých otvorů odlišuje cihly HELUZ od konkurence na českém i evropském trhu. Vyplněním otvorů cihel Family polystyrenem bylo dosaženo zvýšení jejich tepelně izolačních parametrů o 40 %.
Vlastnosti cihel HELUZ Family 2in1
Zdivo z těchto cihel šířky 500 mm má stejné tepelněizolační vlastnosti jako 7 m tlustá zeď z klasických plných cihel nebo 36 cm polystyrenu. Významnou předností cihel HELUZ Family 2in1 je výhodná kombinace nízkého součinitele tepelné vodivosti, objemové hmotnosti cihel a měrné tepelné kapacity. Díky tomu se dosahuje velice výhodného fázového posunu - 13 hodin a extrémně vysokého teplotního útlumu. Tyto veličiny mají velký vliv na tepelnou stabilitu jak v zimním, tak i v letním období. Stěny z cihel s integrovaným polystyrenem nejen že dobře izolují, ale navíc velmi pomalu vychládají v zimním období.
Reakce na oheň a požární odolnost
Certifikaci nového výrobku cihel HELUZ Family 50 2in1 a jeho uvedení na trh v roce 2011 předcházela řada zkoušek. Pokud se zaměříme na reakci na oheň cihel HELUZ Family 2in1, je nutno říci, že cihla patří z pohledu zatřídění do třídy reakce na oheň A1. Provedli jsme zkoušky cihel plněných samozhášivým polystyrenem. Podle výsledků těchto zkoušek by bylo možné zařadit takto upravené cihly i do třídy A2. Jenže podle normy, která bere v úvahu přítomnost organické látky nehomogenně rozptýlené, tedy otvory plněné částicemi s větším průměrem než je 1 mm, což je náš případ, nelze výrobek klasifikovat ve třídě A2, i když má parametry odpovídající tomuto zařazení. V případě našeho výrobku jde o objem 55-57 % polystyrenu, v objemovém poměru k ostatnímu materiálu. Hmotnostně to představuje 300 g polystyrenu z 20 kg váhy celého cihelného bloku, tj. 1,5 % hm. Vzhledem k malému množství polystyrenu je energie uvolněná při hoření minimální, netvoří se kouř ani kapky, které by mohly odkapávat z výrobku při možném požáru stavěné budovy.
Podobné zjištění bylo i po zkouškách požární odolnosti, kdy stěna z cihel HELUZ Family 2in1 zatížená na maximum, odolávala ohni více než 90 minut. Po tuto dobu si zachovala nosnost, celistvost i izolační vlastnosti. Tyto informace nás inspirovaly k poměrně netradičním zkouškám, kdy jsme si ověřili, jakým způsobem počet nevyplněných řad otvorů v cihle ovlivní výslednou požární odolnost. Výsledky zkoušek ukázaly, že pokud se nevyplní 5 řad otvorů, lze nosnou stěnu zatřídit jako REI 90 DP1, tj. jakoby se jednalo o konstrukci z nehořlavých materiálů.
Čtěte také: Vlastnosti betonu: Tepelná vodivost
Životnost a vliv na vlhkost
Jak prokázala studie z Centra materiálového výzkumu VUT Brno, je životnost polystyrenu v dutinách cihel minimálně 80 let. Tento závěr byl konstatován na základě zkoušek trvanlivosti výplně expandovaného polystyrenu (EPS) v dutinách cihel HELUZ Family 50 2in1. Z provedených zkoušek vyplývá, že při předpokládané životnosti stavby 80 let a za podmínek běžného užívání se rozměrová změna EPS výplně v dutinách cihel pohybuje v hodnotách řádu několika desetin milimetrů a je zcela zanedbatelná. Díky malému množství izolantu je velice příznivé i environmentální hodnocení výrobku. Pokud bychom totiž místo polystyrenu použili minerální vatu, byly by jí potřeba až 3 kg pro naplnění jedné cihly.
V akreditované laboratoři CSI Praha byl proveden porovnávací test propustnosti vodní páry - stanovení hodnoty součinitele difuzní vodivosti a ekvivalentního faktoru difuzní vodivosti - na vzorcích cihel HELUZ Family bez zabudované izolace a vzorcích cihel HELUZ Family 2in1. Kromě stanovení základního parametru pro šíření vodní páry byl proveden unikátní test v uznávané rakouské laboratoři BTI Linz, kde byly cihly HELUZ Family a HELUZ Family 2in1 podrobeny testům při simulaci reálných tepelně vlhkostních podmínek ve speciálních klimatických komorách. Při tomto dlouhodobém testu bylo sledováno množství vzniklého kondenzátu v různých typech cihel. V klimatických komorách bylo na jedné straně zdi simulováno vnější zimní období a na vnitřní straně běžné vnitřní prostředí.
Množství akumulované vlhkosti bylo velmi malé, dokonce u cihel HELUZ Family 2in1 bylo nižší než u běžných cihel HELUZ Family. To je způsobeno výrazným zvýšením izolačních vlastností cihel s integrovanou izolací, neboť přenos vlhkosti souvisí výrazně i s tepelně izolačními vlastnostmi - mluvíme o společném šíření tepla a vlhkosti. Množství kondenzátu za sledované období bylo nižší než 0,35 % hmotnostní vlhkosti, což téměř odpovídá sorpčním vlastnostem cihelného střepu.
Testy vysychání cihel HELUZ Family 2in1
První test se týkal cihel, které během provádění zmoknou. Cihla byla zvážena a uložena v laboratoři, aby mohla vysychat. Za 51 dnů cihla vyschla z původních 4,6 % hm. vlhkosti na 1,0 % hm. Druhý test simuloval případ, kdy cihly nasají vodu z kaluže na základové desce. Při této situaci je cihelný střep dokonale nasycen vodou, ale ve výplni ke vzlínání vody nedochází. Tento stav byl simulován postavením cihly do kádě s vodou, kde byla udržována hladina 5 cm. Po vyjmutí cihly z vody a jejím okapání, bylo patrné, že střep je plně saturován vodou, ale polystyrenové kuličky resp. prostor mezi nimi je prázdný. Celkově však cihla z původních 46 % hm. vlhkosti vyschla za 46 dní na 1,8 % hm.
Poslední zkouška byla extrémním testem. Cihla byla vhozena do kádě s vodou, kde zůstala do její úplné saturace. Pak byla vyjmuta z kádě, ponechala se okapat a následně byla zabalena do fólie a zvážena. Extrémní test ukázal, že za dobu 3,4 roku poklesne vlhkost v cihlách na 2,0 % hm. vlhkosti.
Cihly 2in1 zmoklé na stavbě dokážou vyschnout za cca 51 dní na 1,0 % hm. Cihly nasáknuté vodou z desky vyschnou za 46 dní na 1,8 % hm.
Závěr
Součinitel prostupu tepla obvodové stěny je základním ukazatelem pro zhodnocení obálky budovy z pohledu dostatečné tepelné izolace zabudované do konstrukce. Hodnota prostupu tepla by se tak měla objevit v projektové dokumentaci navrhnuté stavby. Společnost HELUZ cihlářský průmysl v.o.s. patří mezi tři největší výrobce zdících systémů na našem trhu, jako jediná je ryze česká.
tags: #soucinitel #prostupu #tepla #stenou #heluz #380