Význam těžkých stropů HELUZ při snižování energetické náročnosti

Nedávno zveřejnila společnost HELUZ rozsáhlou tiskovou zprávu, ze které vyzdvihneme nejdůležitější myšlenky. Zpráva sděluje, že domy, jež splňují požadavek na průměrný součinitel prostupu tepla stanovený pro pasivní domy, se nechovají z pohledu tepla a teplotní stability stejně. Speciálně těžké domy z betonu, cihel apod. vykazují stabilnější vnitřní teplotu a vedle toho i menší spotřebu energie na vytápění než domy z lehkých materiálů.

Při návrhu budov cílíme k co nejnižší energetické náročnosti. Základem je dobrá tepelná izolace obvodových stěn, střechy, oken a konečně i podlahy spojené se zemí. Stavební vyhláška stanoví nejvyšší možný průměrný součinitel prostupu tepla celého domu na úrovni U_em = 0,5 W/(m²·K). Toto číslo říká, že při setrvalé vnitřní teplotě 20 ^°C a venkovní průměrné celodenní teplotě 0 ^°C je tepelná ztráta domu (o venkovní ploše obálkových stěn a střechy i s okny o velikosti 260 m²) na úrovni 62,4 kWh/den. Při ceně elektřiny 5,93 Kč/kWh (stav k 2. 4. 2023) to dělá přes 370 Kč za den.

Akumulace tepla a teplotní setrvačnost domu

Horké sluneční záření, které v zimě dopadá na těžký dům, je absorbováno velkou hmotou o vysoké tepelné kapacitě, což vyvolá jen mírné zvýšení vnitřní domovní teploty. Avšak totéž záření dopadající na lehký dům (o malé tepelné kapacitě), je absorbováno materiálem o malé hmotnosti. To urychluje ohřívání a navýšení vnitřní teploty interiéru. K těmto efektům dochází i z důvodů vysoké teploty slunečního záření 5 778 K (5 505 ^°C), jež ohřívá jakékoli pozemské objekty.

Dnešní domy z pohledu uživatele: Cihla šetří náklady a eliminuje chyby při realizaci

Stavba domu, zejména rodinného, je náročnou událostí z mnoha pohledů. Pro běžného stavebníka a zároveň investora a často i designéra a realizátora to platí ještě víc. Zde přijde…

Letní chování obou domů (lehký a těžký) je analogické, ale na vyšší teplotní hladině. Interiér lehkých domů rychleji reaguje na změnu venkovní teploty (graf 1) a zejména na intenzivní sluneční impakt (graf 2) způsobující ohřev tmavých fasádních a střešních ploch až k 70 ^°C. Výsledkem je citelně větší rozdíl mezi celodenním maximem a minimem vnitřní teploty. Z toho plyne přehřívání lehkých domů, a tudíž teplotní nepohodlí v letních měsících.

Adaptace budov na změnu klimatu

V podmínkách České republiky se uvažuje o tom, že do roku 2040 by měla průměrná teplota stoupnout o 1 ^°C a do roku 2060 až o 2,5 ^°C. Má růst počet tropických dnů a vln veder a ubývat mrazivých dnů. Odpovědí na změnu klimatu je i adaptace budov. Zjednodušeně lze říct, že globální oteplování zmírňuje zimy a otepluje léta [8]. Stále je ale třeba navrhovat budovy s dobrou izolací obálky společně se zajištěním celoroční stability vnitřního prostředí [1, 2]. Tomu je třeba přizpůsobit míru prosklení fasád objektů, jejichž akumulační potenciál musí umožňovat zisk energie ze slunečního záření v chladných měsících a současně předcházet letnímu přehřívání. To jsou základní předpoklady, které je vhodné naplňovat pro obytné domy.

Fasádní barva: poradíme, jakou zvolit s ohledem na její vlastnosti i výsledný vzhled stavby

Fasáda je v případě stavby domu pověstnou třešničkou na dortu. Správně vybraná fasádní barva dokáže udělat i z relativně obyčejné nemovitosti atraktivní záležitost. Navíc jde o…

Těžké konstrukce, tepelná akumulace a kapacita

Budovy postavené z těžkých materiálů dosahují nižší energetické náročnosti oproti lehkým stavbám s nízkou tepelnou kapacitou. To vše při stejných tepelněizolačních vlastnostech obálky budovy (za těžké konstrukce označujeme takové, jejichž plošná hmotnost je nad 100 kg/m²). Patří sem i stěny z cihel pro běžné příčky, nosné a obvodové stěny, ale také stropy a podlahy.

Zásadní ale je, zda je těžká konstrukce součástí ochlazované obálky budovy (a přenáší tak teplotní spád mezi interiérem a exteriérem), nebo zda jde o vnitřní konstrukci o teplotě interiéru v celé své tloušťce. Čtenář jistě ví nebo vytuší, že vnitřní konstrukce akumulují až dvojnásobek tepla využitelného pro stabilizaci vnitřní teploty.

Cihly je možné mít v různých objemových hmotnostech a s různými povrchovými úpravami. Jejich modifikací lze ovlivnit využitelnou tepelnou kapacitu budovy.

Vyšetřování vlivu konstrukcí na energetiku domu a jeho teplotní stabilitu není snadná disciplína. Na důkladnou dynamickou analýzu obvykle „není čas”. Při výpočtech se tepelná kapacita budovy zadává zjednodušeně volbou daného typu konstrukčního řešení stavby a zároveň se počítá v měsíčním kroku. Ten je ale pro určení vlivu tepelné kapacity budovy dost hrubý, což může změnit povinnost hodinového kroku, zavedeného od roku 2023 pro určité budovy [3]. Jiné kritérium představuje teplotní stabilita, kdy se zjišťuje odezva vnitřní teploty posuzované místnosti na venkovní teplotu, na intenzitu větrání a příslušné skladby konstrukcí [4]. K tomu slouží pokročilejší výpočetní postupy, to znamená práce s kratším krokem výpočtu a zohlednění více veličin najednou. Až poté lze na vybraném typu budovy porovnávat vliv skladby konstrukcí na její energetickou náročnost a na teplotní stabilitu vnitřního prostředí [5, 6, 7].

Téma: Rodinné domy

Těžké stropy a nosné konstrukce střech versus úspory energie

Těžké stropy, stěny, podlahy, střechy atp. akumulují velké množství tepla (při minimálním nárůstu jejich teploty). Tím je při poklesu venkovní teploty ohříván interiér. Lehké konstrukce (včetně tepelných izolací) tuto vlastnost nemají.

Skladba podlah je z hlediska šíření tepla docela typizovaná – na podkladní betonové desce je položena tepelná izolace a na ní ulpívá betonový či anhydritový potěr a nášlapná vrstva. Stejně tak je to i u skladeb svislých stěn. Ovšem u střešních konstrukcí se používají nejčastěji lehké konstrukce s výrazně nižší tepelnou kapacitou. Abychom dosáhli homogennosti tepelné kapacity konstrukcí a přispěli tak k nižší energetické náročnosti a k dosažení stabilního vnitřního prostředí, je třeba i tyto konstrukce navrhovat jako těžké. Mezi těžké konstrukce se řadí i systémy HELUZ MIAKO či HELUZ PANELY disponující plošnou hmotností dokonce přes 300 kg/m², což je více jak trojnásobná hodnota oproti definici těžké konstrukce.

Vliv konstrukce stropu na tepelnou stabilitu místnosti

Studie hodnotí tepelnou stabilitu dvou místností, které jsou (u dvoupodlažní budovy) nad sebou. V místnosti ve 2.NP je strop z materiálu HELUZ MIAKO tl. 250 mm (těžká konstrukce) a ve druhém případě se jedná o lehkou konstrukci se stejnou hodnotou součinitele prostupu tepla. Místnost je prosklená s okny s trojitým zasklením a vysokou propustností slunečního záření potřebného pro pasivní solární zisky v otopném období (např. zasklení HELUZ IZOS ENERGY+ se solárním faktorem g = 0,62.) Na obvodové stěny jsou využity cihly HELUZ FAMILY 50 broušená. Vnitřní nosná stěna sestává z cihel HELUZ UNI 25 broušená. Chlazení této místnosti zajišťuje noční větrání s vysokou výměnou vzduchu; přes den se uvažuje s minimální výměnou vzduchu (osoby mimo dům) a odpoledne s přípustnou intenzitou výměny vzduchu 0,3 h^–1 (30 % výměny vzduchu za hodinu). Při menší intenzitě větrání by došlo k vydýchání vzduchu. Klimatické podmínky jsou uvedeny na grafu 1 a 2.

K těmto výpočtům byl použit software SIMULACE 2018, který pracuje v souladu s normou 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. A s dalšími normami. Skladbu konstrukcí střechy uvádějí tabulky 1 a 2.

Výsledky výpočtů jsou patrné na grafu 3. Podle očekávání je nejnižší teploty dosaženo v místnosti v 1.NP. Místnost ve 2.NP s těžkým stropem ze systému HELUZ MIAKO má maximální teplotu vnitřního vzduchu oproti místnosti v 1.NP vyšší pouze o 0,2 ^°C.

Místnost ve 2.NP s lehkou konstrukcí střechy má vypočítanou teplotu vnitřního vzduchu oproti místnosti s těžkou konstrukcí ve 2.NP vyšší o 1,4 ^°C. Rozdíl v maximální dosažené teplotě mezi variantami místností 2.NP činí 1,1 ^°C. Zdá se to jako malý rozdíl, ale lidské tělo dokáže i takto malý rozdíl teplot vnímat. Je zřejmé, že pomocí těžké konstrukce střechy lze docílit u modelované místnosti stejného průběhu teplot mezi místností 1. NP a 2.NP.

Exkurze do cihleny Hevlín II, jednoho z nejmodernějších závodů na výrobu cihel Heluz

Pozvánku k návštěvě cihelny Hevlín II jsme si nemohli nechat ujít nejen kvůli vyspělým technologickým linkám, kterými je vybavena. Lákala nás i samotná lokalita, hevlínské…

Příklady budov pro využití těžkých konstrukcí

Kvůli co nejnižší energetické náročnosti budovy je třeba volit kompaktní tvar budovy, její správnou orientaci ke světovým stranám a pracovat s velikostí oken a jejich stíněním. U budov s kompaktním tvarem se nabízí použití těžkých konstrukcí pro vodorovné konstrukce v 1. i 2. NP (tj. i v podobě těžké šikmé střechy). Příklad, kdy lze aplikovat těžké stropy u cihlových staveb se šikmými střechami, ukazují obrázky 1 a 2. I v případě sedlových střech se uloží panely v místě kleštin krovu, čímž se zvětší tepelná kapacita konstrukcí v místnostech ve 2.NP.

Závěr

Každá možnost, která snižuje energetickou náročnost budovy a zlepšuje komfort bydlení, stojí za zvážení. U cihelných staveb se nabízí využívat systém HELUZ MIAKO a HELUZ PANELY pro nosné konstrukce stropů a střech. Význam těchto konstrukcí spočívá ve využití pasivních solárních zisků v otopném období a ve zlepšování tepelné stability v létě. Zároveň se vyznačuje i dalšími přednostmi z pohledu mechanické stability, zvýšení odolnosti a zajištění dlouhodobé neměnnosti svých vlastností a trvanlivosti. V kontextu těchto vlastností stojí minimálně za zvážení využití těchto konstrukcí pro budovy, jež stavíme na dlouhou 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