Rozumná výstavba nových domů pamatuje na budoucnost ve výhledu více generací. V budoucnu nás nebude trápit nedostatek energie, vytápění, jeho řešení a náklady. Už dnes je prvořadá ochra-na před letním přehříváním interiéru. Účinné řešení je ve volbě hmotově těžké stavby, její vhodné orientaci vůči slunci, v aplikaci stínicích prostředků, případně také v chlazení pomocí techniky.
Horké letní počasí, jasno a ostré slunce 16 hodin denně po dva až tři týdny. I takto může vypadat lé-to. Představme si dům typu bungalov 10 × 10 m s pultovou střechou ve výšce 4 m nad terénem, jehož stěny míří k hlavním světovým stranám. Tab. 1 ukazuje, že tento dům absorbuje za jediný slunný den v době letního slunovratu až 1493 kWh/den sluneční energie (tab. 1). To je víc, než co protopí dům na lepší energetické úrovní za celou sezónu. Povrch střechy i obvodových stěn horké slunce rozpálí až k 70 °C. Do interiéru o teplotě 25 °C pak vniká, např. střechou o součiniteli U = 0,16 W/(m2K) okamžitý tepelný tok o intenzitě:
(1)
Co se týče celodenní bilance tepelných zisků, výpočet podle [1], zohledňující celodenní dráhu Slunce na obloze a vyčíslený v tab. 1 ukazuje, že jen střechou o ploše 100 m2 za celý slunný den letního slunovratu může do interiéru vstoupit až 8,1 kWh tepla. Připočteme-li k tomu i stěny (zde uvažujeme U = 0,25 W/(m2K)), dostaneme se na tepelný zisk 16,6 kWh.
Tab. 1: Měrná celodenní (MSE) a celková celodenní (CSE) sluneční energie dopadající v den letního slunovratu na střechu a stěny bun-galovu o půdorysu 10 × 10 m s pultovou střechou ve výšce 4 m. V posledním sloupci je odpovídající tepelný zisk v interiéru rozpočítaný na jednotlivé obálkové konstrukce a vztažený k vnitřní teplotě 25 °C (bez započítání oken).
Čísla v tab. 1 plynou z energetické bilance bez započítání vlivu tepelné akumulace, což je současný výpočtový přístup. Při venkovní teplotě 25 °C dopadá sluneční záření pod proměnnými úhly na nadzemní obálkové konstrukce a ohřívá je. Sluncem ohřáté povrchy se pak zbavují tepla a) sáláním tepla zpět do venkovního prostředí, b) přestupem tepla do venkovního vzduchu při vedení a proudění a c) prostupem tepla dovnitř domu podle vzorce (1).
Děj c) vede k ohřívání interiéru. To ve skutečnosti nenastává ihned, čemuž se věnuje tento článek. Ohřívání fakticky zaznamenáme, až když se obvodová stěna ohřeje i na interiérové straně, jinak řeče-no, dorazí k ní teplotní vlna. To však u těžkých obvodových nebo střešních konstrukcí může trvat i dny. Než se však prohřejí v celé své tloušťce, jeví se jako izolant. Na této schopnosti (vysoké tepelné akumulace) jsou založeny příjemné vnitřní teploty během horkých letních dní. Tuto hodnotu ale ener-getické výpočty nezachycují.
 |
 |
|
| Obr. 2: Průběh celodenní intenzity oslunění ve W/m2 pro střechu a stěny bungalovu z textu v prvním letním dni. | Obr. 3: Časový průběh prostupu tepla ve W/m2 pro střechu a stěny bungalovu z textu v prvním letním dni. |
Tepelná akumulace a materiály
Při výstavbě domů, zejména rodinných, je důležité vědět, že chceme-li plně využít výhod tepelné akumulace a mít celoročně příjemné vnitřní teploty bez nápadných výkyvů, musíme volit nejen tepel-ně akumulační zdivo, ale také střechu. Střechou přízemních domů je realizováno až 60 % tepelných ztrát či nežádoucích zisků pocházejících hlavně od slunečního sálání (viz tab. 1). Soustředit se jen na akumulační zdivo a volit lehkou střechu je tedy přinejmenším polovičaté.
Tab. 2 uvádí pět stavebních materiálů a jejich vlastnosti, které rozhodují o tepelně akumulačním chování obvodových a střešních konstrukcí, v nichž jsou použity. Těmito vlastnostmi jsou specifické teplo, hustota a součinitel tepelné vodivosti. Tyto materiály lze rozdělit do tří základních skupin:
- tepelné izolace (EPS, MW)
- konstrukční materiály (vápenopísková tvárnice Silka S20-2000)
- kombinované materiály (dřevo, Lambda YQ)
Pod pojmem kombinované materiály myslíme zdicí materiály, které v sobě zahrnují jak funkci nos-nou či statickou, tak tepelněizolační. Jsou to moderní materiály, které běžnou jednovrstvou technologií výstavby umožňují zároveň i splnění požadavků na tepelnou izolaci. Kromě toho, že tím lze vynechat krok dodatečného zateplení a tím šetřit čas a peníze, získáváme tuhou a pevnou fasádu domu, což nemálo investorů považuje také za hodnotu.
| měrné teplo v J/kg/K | hustota v kg/m3 | lambda ve W/(mK) | tloušťka) v mm | |
| Lambda YQ | 1000 | 300 | 0,077 | 500 |
| Silka S20-2000 | 1000 | 2000 | 0,75 | 4 870 |
| Dřevo | 2510 | 400 | 0,22 | 1 429 |
| EPS | 1215 | 13 | 0,039 | 253 |
| MW | 800 | 85 | 0,038 | 247 |
| a) Tloušťky jsou nastaveny tak, aby odpovídaly tepelnému odporu tvárnice Lambda YQ tloušťka 500 mm | ||||
Tab. 2: Měrné teplo, hustota, součinitel tepelné vodivosti a tloušťka obálkových stěn z vybraných materiálů.
Z uvedených materiálů vytvoříme jednovrstvou stěnu o takové tloušťce, aby její součinitel prostupu tepla odpovídal hodnotě U = 0,17 W/(m2K), což je hodnota deklarovaná pro zdivo z tvárnic Lambda YQ tloušťky 500 mm, která vyhovuje pro výstavbu pasivních domů. Stěna z minerální vaty (MW) má pak tloušťku 247 mm, zatímco stěna z materiálu Silka S20-2000 je silná 4 870 mm.
S těmito stěnami pak provedeme výpočetní test, při kterém na jednom jejím povrchu (říkejme mu vnější) harmonicky měníme teploty a na druhém (vnitřním) pak sledujeme teplotní odezvu. Test spočívá v numerickém řešení rovnice vedení tepla v jednorozměrném podání s těmito okrajovými podmínkami:
a) Při průměrné celodenní teplotě +10 °C se harmonicky mění venkovní povrchové teploty mezi +5 °C a 15 °C po dobu 96 hodin, tj. 4 dny.
b) Na vnitřní straně stěny je nulový tepelný tok, tzn. adiabatické podmínky. Jinými slovy, za stěnou není žádné topidlo ani chladič, které by ovlivňovaly teplotu vnitřního povrchu stěny.
Výsledky testu ukazují obr. 4a a 4b tab. 3.
 |
 |
|
| Obr. 4a: Odezva vnitřní povrchové teploty (barevné křivky) na venkovní harmonickou změnu teploty (šedá šrafovaná křivka) | Obr. 4b: Odezva vnitřní povrchové teploty (barevné křivky) na venkovní harmonickou změnu teploty (šedá šrafovaná křivka). Detail pro materiál Lambda YQ, dřevo a Silka S20-2000 a pro teplotní rozsah (10 ± 0,5) °C. |
| materiál/veličina | EPS | MW | Lambda YQ | Dřevo Silka | |
| Fázový posun teplotní vlny | hod. | 3:10 | 7:30 | 23:30 | >96 |
| Útlum teplotní vlny | bezr. | 1,25 | 3,57 | 182 | ∞ |
Tab. 3: Fázový posun a útlum teplotní vlny definované okrajovými podmínkami a) a b) pro projití vzorky podle Tab. 2.
Rozbor výsledků
Jeden z nejpozoruhodnějších výsledků tohoto testu je, že zkoumaný materiál Lambda YQ se blíží dřevu a těžkým materiálům typu beton, Silka apod. svými tepelněakumulačními vlastnostmi. Jeho teplotní vlna osciluje jen v rozmezí tmax – tmin = 0,06 °C a prakticky splývá (graf na obr. 4a a 4b) s teplotní „vlnou“ dřeva i Silky, která ani po 96 hodinách nedorazí na protilehlý povrch s adiabatickou okrajovou podmínkou.
Z pohledu tepelněizolačních vlastností se materiál Lambda YQ blíží naopak tepelným izolacím; nesdílí ale jejich malý fázový posun a útlum teplotní vlny. Jinak řečeno Lambda YQ účinkuje jako tepelná izolace s akumulační funkcí.
Je dobré si uvědomit, že běžné tepelné izolace sice nepropouštějí teplo, ale neudrží teplotu. To reálně ovlivňuje pocit tepelné pohody, např. tehdy, kdy je tepelná izolace aplikována na vnitřní temperované straně. Po vypnutí vytápění či chlazení (=adiabatické podmínky) vymizí v izolaci teplotní spád a její interiérový povrch se rychle ochladí na teplotu zdiva za ní. Což je pocitově znát.
 |
 |
 |
 |
Závěr
Materiál Lambda YQ, který v sobě zahrnuje funkci konstrukčního, tzn. nosného materiálu a tepelné izolace, tlumí teplotní vlnu na úrovni, která se blíží vysoce akumulujícím materiálům, jako je Silka nebo dřevo. Na rozdíl od nich také výborně tepelně izoluje a při tloušťce 500 mm vyhovuje požadavkům pro pasivní dům. Lehké izolační materiály (pěnový polystyrén, minerální vlna apod.) kromě toho, že nemají nosnou funkci, snadno propouštějí teplotní vlnu, tzn. v porovnání s materiálem Lambda YQ mají nízký útlum a fázový posun teplotní vlny. Chceme-li využít výhod tepelněakumulačního zdění s materiálem Lambda YQ, musíme volit i těžkou střechou, ideálně blízký systém Ytong Komfort.
Literatura a zdroje:
[1] Hejhálek Jiří: Účinný podíl sklonité plochy a celodenní sluneční dopadající energie. Výpočtový program na zde.
Kontakt
- XELLA CZ, s.r.o.
- Telefon: 547 101 111
- Adresa: Vodní 550, Hrušovany u Brna, 66462
- Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
- http://www.xella.cz