Materiály s akumulací tepla, nástroj proti teplotním šokům
Budovy mohou být stavěny z rozmanitých materiálů. Dle jejich hmotnosti dělíme výsledné objekty na lehké (malá akumulace tepla) a stavby těžké (s výbornou teplotní setrvačností). A v těchto vlastnostech tkví rozdíl, který je předmětem zkoumání tohoto textu.
Lehké a těžké konstrukce
Mezi lehké konstrukce řadíme ty s plošnou hmotností nižší než 100 kg/m2. V současnosti jde hlavně o systémy dřevostaveb (ovšem paradoxně s malým podílem dřevěných prvků), ale též panelové a jiné deskové systémy na bázi plastů, lehkých kovů, obvykle sestavované tzv. suchou výstavbou. K těžkým konstrukcím patří železobetonové, z cihel (až na ty dutinové), kamene, vápenopískových bloků, či dutinové tvarovky vylévané betonem. Zařadit sem lze i stavby z masivního dřeva, kterých je však pomálu.
Výhodou masivních materiálů je, že dovedou výrazně vylepšit vzduchotěsnost objektu a zejména stabilitu vnitřní teploty. Výborně akumulují tzv. citelné teplo v zimě nebo v létě naopak chlad (oboje pasivně - bez použití technologických zařízení). A to i v případě jednovrstvé konstrukce. Tuto jejich schopnost lze ještě navýšit aplikací vhodného izolačního materiálu (nejčastěji lehké tepelné izolace EPS nebo MW) na vnější stranu zdí. Těžké stavební konstrukce přitom nejsou dnes už výjimkou ani v podkrovních prostorech.
Kalkulace akumulace tepla
K hodnocení míry tepelné akumulace konkrétního materiálu je využívána veličina UTA – ukazatel tepelné akumulace (v hodinách). V tomto časopise se častěji používá relaxační doba τ0, která popisuje akumulační schopnost i vícevrstvé konstrukce, např. cihelné obvodové stěny s vnější lehkou tepelnou izolací. Je odvozen z hodnot součinitele tepelné vodivosti λ, měrného tepla a hustoty všech vrstev stěny. Čím větší je hodnota UTA resp. tep. relaxační doby τ0, tím více tepla je materiál schopen pojmout. Tepelnou jímavostí disponují materiály o velké objemové hmotnosti (hustotě). Souvisí s tím také teplotní vodivost materiálu a, která vyjadřuje jeho schopnost vyrovnávat rozdílné teploty při neustáleném vedení tepla.
Tepelná akumulace a teplotní setrvačnost u dřevostaveb
Tepelná akumulace obvodové konstrukce je běžným pojmem. Projektanti i zhotovitelé s ní argumentují, aby usměrnili rozhodnutí investora při volbě základního systému. Přesto není s…
Pro nejlepší akumulaci je vhodné vybírat takový materiál, který disponuje vysokou hodnotou tepelné jímavosti při nízké hodnotě teplotní vodivosti. Tak se konstrukce pomaleji ohřeje a pomalu chladne. Jinou veličinou, která ovlivňuje akumulaci a má vliv na vnitřní teplotní stabilitu, je tepelná kapacita. Jedná se o množství tepla, které stěna pohltí či vydá při ohřátí (nebo ochlazení) o jeden °C.
Zdroje tepla
Stavební obvodové konstrukce jsou ohřívány jak zvenčí sluncem a v menší míře teplým venkovním vzduchem , tak i z interiéru, a to převážně prostorovým sáláním, sálavými tepelnými zdroji (například plošným vytápěním umístěným v podlahách či stropech, sálavými kamny a krby apod.) a konečně i vnitřním vzduchem. Část tepla, ať už pochází odkudkoliv, je akumulována v konstrukčních materiálech. Výsledné akumulované množství závisí na zmiňované hodnotě tepelné jímavosti a intenzitě přestupu tepla do konstrukce při záření (sálání), proudění a vedení. Pasivní akumulací budov je možné zajistit až 15% úsporu tepla oproti jiným budovám. Akumulace tepla v obvodových stavebních konstrukcích pomáhá vyrovnávat přestávky mezi topnými intervaly, například v noci, ale také při výrazných poklesech venkovních teplot, po intenzivním vyvětrání, když otopná soustava nestihne na tyto reagovat dostatečně rychle.
Co je tepelná akumulace?
Tepelná akumulace je vlastnost stavební konstrukce nebo stavby pojmout velké množství tepla při relativně malém přírůstku její teploty. S akumulací tepla úzce souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty.
U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li izolace umístěna na venkovní straně, dochází k významné stabilizaci vnitřní teploty. Naopak vnitřní tepelná izolace vede po vypnutí vytápění k rychlému náběhu vnitřní teploty na úroveň teploty obvodové stěny za izolací.
Akumulace tepla a zateplení
Kromě akumulace tepla je nutno brát ohled též na tepelně-izolační schopnost obálky domu. Z toho důvodu jsou přidávány nejčastěji vnější kontaktní zateplovací systémy. Mohou překrýt systémové vady konstrukce včetně tepelných mostů, především ale udržují vnitřní těžké nosné zdivo na vyšší teplotě. To zvýší tepelně-akumulační potenciál obvodového zdiva a výsledkem je stabilní teplota v interiéru. Samotné zdivo podstatně více zužitkuje svůj akumulační potenciál. (více o tepelných izolacích shrnujeme v článku Tepelná izolace. Přehled, materiály, druhy a způsoby použití)
Naopak vnitřnímu zateplení se stavitelé spíše vyhýbají, poněvadž eliminuje tepelnou akumulaci obvodových zdí domu. Interiér chladne podstatně rychleji než v případě aplikace vnějšího zateplení. Existují však výjimky, například rekreační objekty, kde obvykle vyvstává potřeba objekt rychle vyhřát, zatímco doba vychladnutí nehraje roli. V takových případech je někdy upřednostňována vnitřní izolace.
Surové masivní zdivo
Kromě variabilních možností zateplení nabízí však trh i stavební materiály, které i bez něj splňují požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla U (ve W/(m2·K)) určenou i pro pasivní domy. Jedná se o masivní materiály, které na rozdíl od lehkých moderních konstrukcí zabraňují přehřívání domu v létě a umožňují udržení tepla v zimě (mimo to též splňují akusticko-izolační požadavky a spoří prostor). Ukládají ve svém nitru tepelnou energii a tu následně po dlouhou dobu předávají zpět do místnosti. Například v létě tak výrazně spoří náklady na energii jinak vynakládanou k pohonu chladicího zařízení. Nejčastěji je pro jednovrstvé konstrukce využívána cihla opatřená pouze vnitřní a vnější omítkou. Doba poklesu teploty v případě vypnutí otopného systému je v případě cihelného zdiva dvoj až trojnásobná oproti stavbám tvořeným lehkou konstrukcí. Její výhodou je (ve srovnání se zateplenou obálkou domu) slabá náchylnost k opotřebení. Neulpívají na ní produkty biologické degradace jako jsou řasy, plísně a je odolná i vůči mechanickému znehodnocení.
Tepelně akumulační vlastnosti zdiva HELUZ
Pod tímto názvem vydalo CSI a.s. zajímavou práci, v níž studuje chování silných obvodových zdiv ze čtyř modelových řad HELUZ z pohledu stability vnitřní teploty. To pak porovnává…
Akumulace tepla v létě
Není však řeč pouze o zimní akumulaci, tedy o topné sezóně, kdy si majitel logicky přeje uspořit co nejvíce při souběžné stabilní a příjemné vnitřní teplotě. Jde také o letní období, kdy slunce významně rozpaluje jak střešní krytinu, tak fasády domů. I v létě je proto akumulace zdicího materiálu podstatná. Pokud jsou takto rozpalované povrchy tvořeny masivními akumulačními materiály, je i v obdobích největšího slunečního žáru uvnitř zachována příjemná teplota. Hmota, z níž je zdivo tvořeno, totiž utlumí rychlost teplotní vlny, čili pronikání tepla do interiéru. Roli hraje i sálání chladné noční oblohy, která po setmění vnější povrchy ochlazuje a tlumí tak účinek tepla akumulovaného za dne. Při správném výběru zdicího materiálu je tak dosaženo stabilní teploty uvnitř domu jak v noci, tak ve dne. A nezapomínejme také na střechy, které se podílejí na tepelných ztrátách v zimě a nežádoucích ziscích v létě až 50 %. Uplatnění masivního zdiva v kombinaci s masivní střechou by měla být samozřejmost. Výsledkem je pak úspora jak v zimě při topení, tak v létě, kdy se vyhneme montáži chladicích zařízení.
Stínění
Je nutné klást zřetel i na otvorové výplně objektu. Ty mohou obzvláště v létě významně znepříjemnit pobyt člověka v interiéru. Sluneční záření vstupuje přímo dovnitř a zároveň ohřívá zasklení i rámy oken. Vzniká tak skleníkový efekt. Tomu můžeme předcházet stínicími prvky. Je však rozdíl mezi interiérovými a exteriérovými. Efektivně pracuje pouze vnější stínění, ideálně reflexního zabarvení (stříbrná či bílá barva). Tyto barvy účinně odrážejí sluneční záření a pokud jsou žaluzie během slunných letních dní zatažené (tj. stíní), výborně nahradí chladicí techniku. Nutno podotknout, že exteriérové žaluzie či rolety jsou též skvělým izolantem během zimy. Spuštěné totiž navyšují počet izolačních vrstev a společně se vzduchovou mezerou, která je vytvořena mezi nimi a oknem, ještě vylepšují termo-izolační parametry objektu. Bílé či reflexní stříbrné povrchy jsou efektivní též v případě fasád domů a střech.
Závěr
Speciálně u pasivních domů je samozřejmě potřeba též ověřit, zda námi vybraný zdicí materiál splňuje i ostatní důležité parametry jako tepelně-izolační funkci, akustickou ochranu, ochranu před nadměrnou vlhkostí, faktor difuzního odporu, dostatečnou pevnost v tlaku, požární odolnost, rezistenci proti stárnutí, výši vlivu na životní prostředí a zdravotní nezávadnost. Vyváženost tepelně-akumulačních vlastností konstrukce s jejími tepelně-izolačními parametry však každopádně přispívá k udržení zdravého vnitřního klimatu budovy. Akumulační materiály brání v létě přehřívání stavby, v zimě vnitřní povrchy naopak sálají teplo a klima uvnitř je podstatně méně náchylné k větrání či provozním výpadkům topidel. Pokud jsou těžké materiály s dobrou tepelnou setrvačností použity jak na obvodové zdi, tak na střeše, a jsou vhodně doplněny i stínicími prvky na oknech, případně řízeným větracím systémem, úspěch je jistý.
Související články
- Domy, které drží teplo
- Domy s celoročně příjemnou vnitřní teplotou, část 1
- Domy s celoročně příjemnou vnitřní teplotou, část 2
