skripta M01

VYSOKÉ U
ENÍ TECHNICKÉ V BRN
FAKULTA STAVEBNÍ
Ing. DANUŠE
UPROVÁ, CSc.
TEPELNÁ TECHNIKA BUDOV
MODUL 01
TEORETICKÉ ZÁKLADY STAVEBNÍ TEPELNÉ TECHNIKY

STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

- 2 (63) -


































© …

Obsah
- 3 (63) -
OBSAH
1 Úvod ...............................................................................................................5
1.1 Cíle ........................................................................................................5
1.2 Požadované znalosti..............................................................................5
1.3 Doba pot
ebná ke studiu .......................................................................5
1.4 Klíová slova.........................................................................................5
2 Dsledky chybného tepeln technického návrhu.......................................7
3 Tepelná pohoda prostedí..........................................................................11
3.1 Rovnice tepelné rovnováhy:................................................................12
4 Základní zpsoby šíení tepla....................................................................13
4.1 Prostup tepla konstrukcí......................................................................13
5 Tepelné a vlhkostní vlastnosti stavebních materiál...............................15
5.1 Objemová hmotnost ............................................................................15
5.2 Vlhkost ................................................................................................15
5.3 Souinitel tepelné vodivosti ................................................................16
1. 5.3.1 Vliv objemové hmotnosti na hodnotu souinitele tepelné
vodivosti 16
2. 5.3.2 Vliv vlhkosti na hodnotu souinitele tepelné vodivosti........17
5.4 Mrná tepelná kapacita .......................................................................20
5.5 Souinitel difúzní vodivosti materiálu ................................................20
5.6 Faktor difúzního odporu materiálu .....................................................20
5.7 Návrhové hodnoty tepelných a vlhkostních vlastností stavebních
materiál a výrobk ...........................................................................21
6 Normativní návrhové hodnoty veliin ......................................................23
6.1 Návrhové hodnoty parametr venkovního prost
edí ..........................23
3. 6.1.1 Venkovní prost
edí - zimní období.......................................23
4. 6.1.2 Návrhová prmrná msíní teplota venkovního vzduchu
v roním prbhu ..................................................................................27
5. 6.1.3 Návrhová relativní vlhkost venkovního vzduchu v
celoroním prbhu...............................................................................27
6. 6.1.4 Návrhová teplota zeminy v zimním období p
ilehlá ke
stavební konstrukci................................................................................28
7. 6.1.5 Vnjší prost
edí - letní období ..............................................28
6.2 Návrhové hodnoty parametr vnit
ního prost
edí...............................28
6.3 Návrhové hodnoty parametr p
i p
estupu tepla.................................35
6.4 Návrhové hodnoty konstrukních prvk.............................................37
8. 6.4.1 Návrhové hodnoty výplní otvor a veliiny související .......37
7 Tepelný odpor vzduchových vrstev ..........................................................45
7.1 Tepelný odpor nevtraných vzduchových vrstev................................45
8 Pílohy .........................................................................................................47
9 Studijní prameny ........................................................................................63
9.1 Seznam použité literatury....................................................................63
9.2 Seznam doplkové studijní literatury .................................................63
9.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny .........................................63
Úvod
- 5 (63) -
1 Úvod
1.1 Cíle
Prohloubení znalostí z fyziky a získání základních znalostí z oblasti sta-
vební tepelné techniky, pot
ebných pro pochopení dalších, navazujících
modul M02, M03 a M04.

Na vypracování uebního textu spolupracovali doktorandi:
Ing. Monika Zacha
ová
Ing. Radim Kolá

Autorem termovizních snímk je Doc. Ing. Miloš Kalousek, Ph.D.
1.2 Požadované znalosti
Znalosti z p
edmt 1.roníku:
BB 01 Fyzika
BI 01 Stavební látky
1.3 Doba potebná ke studiu
Doba pot
ebná ke studiu je individuální a souvisí s p
edcházejícími znalostmi
problematiky. P
i prbžném soust
edném studiu v rozsahu 2 až 4 hod. je
p
edpoklad úspšného zvládnutí probírané tematiky. Konzultace pomohou
proniknout do podstaty problému.
1.4 Klíová slova
Tepelná rovnováha, tepelná pohoda, ší
ení tepla, prostup tepla, p
estup tepla,
vedení tepla, souinitel tepelné vodivosti, objemová vlhkost, mrná tepelná
kapacita


Dsledky chybného tepeln technického návrhu
- 7 (63) -
2 Dsledky chybného tepeln technického ná-
vrhu
U objekt, projektovaných a realizovaných v souasné dob, bývá asto pod-
cenn význam tepeln technického návrhu, zejména konstrukního i tepeln
technického
ešení kritických detail. Následn vzniklé vady a poruchy
v podob povrchové kondenzace vodní páry a rstu plísní na stavebních kon-
strukcích jsou velmi obtížn odstranitelné.
Chybný návrh, p
ípadn chybnou realizaci, lze odhalit pomocí termovizního
snímkování jak ze strany interiéru, tak ze strany exteriéru.

Obr. 2.1: Ukázka povrchové kondenzace vodní páry na strop
pod nevytáp
ným pro-
storem. Nosné prvky zde tvoí ocelové I profily, mezi mini je minerální pls. Tepelný
most tvoí nezateplený I profil.


Obr. 2.2: Plíse v rohu místnosti u podlahy na terénu v dsledku zanedbání posouzení
trojrozm
rného teplotního pole

- 8 (63) -

10,0°C
24,0°C
10
15
20
SP01

Obr.2.3: Termovizní snímek ze strany interiéru, znázorující rozložení povrchových
teplot - nízká povrchová teplota v míst
nedostaten
zatepleného v
nce.


Obr.2.4: Termovizní snímek ze strany exteriétu, znázorující rozložení povrchových
teplot – vysoká povrchová teplota v míst
drážek a u výplní otvor





Dsledky chybného tepeln technického návrhu
- 9 (63) -

Obr.2.5: Nízká povrchová teplota v kout
místnosti (trojrozm
rné teplotní pole)

Obr.2.6: Fotografie a termovizní snímek v interiéru podkroví. Nadpraží francouzského
okna..








Obr.2.7: Fotografie a termovizní snímek v interiéru podkroví. Pohled na podlahu nad
lodžií.
Tepelná pohoda prost
edí
- 11 (63) -
3 Tepelná pohoda prostedí
Je to stav prost
edí, kdy lovk nepociuje teplo ani zimu.Tepelnou pohodu
ovlivuje souhrn následujících initel:
Objektivní parametry:
• teplota vzduchu v interiéru;
• teplota vnit
ních povrch stavebních konstrukcí;
• relativní vlhkost vnit
ního vzduchu;
• rychlost proudní vzduchu;
• ostatní vlivy prost
edí ( nap
. istota vzduchu, tlak vzduchu apod.).
Subjektivní parametry:
Obleení lovka, jeho innost, váha a výška, schopnost aklimatizace, rasové
zvláštnosti atd.

Obr.3.1: Mezní kivka tepelné pohody pro zimu

Obr.3.2: Mezní kivka tepelné pohody pro léto

- 12 (63) -
V lidském organismu se tvo
í teplo ( tvorba tepla-bazální metabolismus) a toto
teplo se z organismu odvádí.
Tepelná rovnováha je stav, p
i kterém okolí odebírá lidskému tlu tolik
tepla, kolik lovk práv produkuje.
Toto je nevyhnutelným pedpokladem tepelné pohody.

3.1 Rovnice tepelné rovnováhy:

Q = Qk + Qr + Qv [W] (3.1)
Q ……celkový tepelný výkon lov
ka
Qk …...tepelný výkon odvád
ný proudním – konvekcí
Qr…… tepelný výkon odvád
ný sáláním - radiací
Qv…… tepelný výkon odvád
ný vypa
ováním

Ve výpo
tu zanedbáváme:
• tepelný výkon odvádný vedením - transmisí (je omezen jen na ty ásti
povrchu tla, které se dotýkají pevných tles)
• tepelný výkon odvádný vydechováním
• teplo, akumulované v lidském tle


Kontrolní otázky
1. Jaké parametry ovlivují tepelnou pohodu prost
edí?
2. Uvete rovnici tepelné rovnováhy

Základní zpsoby ší
ení tepla
- 13 (63) -
4 Základní zpsoby šíení tepla
Teplo se mže ší
it v jakémkoli prost
edí, když jsou na rzných místech tohoto
prost
edí rzné teploty.
Proces sdílení tepla probíhá t
emi zpsoby:
• vedením (kondukcí)
• proudním (konvekcí)
• sáláním (radiací)

Sdílení tepla vedením – dochází k nmu tehdy, jestliže v tlese vzniká rozdíl
teplot, nebo jestliže se dotýkají dv tlesa rzné teploty.
Teplejší, rychleji kmitající molekuly p
edávají svou kinetickou energii soused-
ním, pomaleji kmitajícím molekulám.
Základní hodnotou p
i vedení tepla je souinitel tepelné vodivosti  [W/(m.K)].

Sdílení tepla proudním - zpsob sdílení tepla, p
i nmž p
echází teplo
z plyn, par a tekutin na pevnou látku nebo naopak. Podstata tohoto druhu sdí-
lení tepla spoívá v tom, že k povrchu tlesa p
ichází stále nové ástice plyn,
par nebo tekutin, tj. stále noví nositelé tepla.

Sdílení tepla sáláním - sdílení tepla, p
i kterém je tepelná energie vyza
ována
ze hmoty.
4.1 Prostup tepla konstrukcí

Obr.4.1: Prostup tepla a šíení tepelného toku rovinnou st
nou


- 14 (63) -
Prchod tepla stnou se skládá ze tí
ástí:
1- pestup tepla na vnitní stran q1 = hi ( ai – si)
2- vedení tepla stnou q2 =  / d ( si – se);
3- pestup tepla na vnjší stran q3 = he ( se – e)

Hustota tepelného toku q [W/m2] … podíl tepelného toku a p
íslušné
plochy, kterou tepelný tok prostupuje.


Kontrolní otázky
1. Jaké jsou základní zpsoby ší
ení tepla a co je jejich principem?
2. Popište prostup tepla stnou





Tepelné a vlhkostní vlastnosti stavebních materiál
- 15 (63) -
5 Tepelné a vlhkostní vlastnosti stavebních
materiál
5.1 Objemová hmotnost
Objemová hmotnost znamená st
ední hustotu nespojit v prostoru rozložené
látky, nap
. pórovité, zpnné nebo voln sypané. Objemová hmotnost staveb-
ních materiál závisí na pórovitosti a u sypkých látek i na jejich stlaitelnosti.
Pro suchý nebo vlhký materiál ji lze vyjád
it vztahy:
rd = Vmd , (5.1)
rv = Vmv , (5.2)
kde rd je objemová hmotnost suchého materiálu [kg/m3]
rv objemová hmotnost vlhkého materiálu [kg/m3]
md hmotnost suchého materiálu [kg]
mv hmotnost vlhkého materiálu [kg]
V objem dané látky vetn pór a mezer [m3]

5.2 Vlhkost
Stavební materiály se v praxi tém
nikdy nevyskytují v suchém stavu. Vlhkost
je dležitým faktorem, který ovlivuje tepeln technické vlastnosti stavebních
materiál. Vlhkost látky charakterizujeme hmotnostní a objemovou vlhkostí.

Hmotnostní vlhkost se uruje ze vztahu:
100.
s
sv
m m
mmu -= (5.3)
kde um hmotnostní vlhkost (%)
mv hmotnost vlhkého materiálu (kg)
ms hmotnost suchého materiál (kg).



- 16 (63) -
Objemová vlhkost uv se uruje ze vztahu:
100.
s
v
v V
Vu = (5.4)
kde uv je objemová vlhkost (%)
Vv objem vlhkosti v materiálu (m3)
Vs objem suchého materiálu (m3).
Ve stavební praxi se na urení objemové hmotnosti používá vztah:
m
v
v uu .1000
r= (5.5)
5.3 Souinitel tepelné vodivosti
Tepelná vodivost je nejvýznamnjším ukazatelem vlastností stavebních látek
z hlediska stavební tepelné techniky. Vyjad
uje schopnost homogenního mate-
riálu p
enášet teplo vedením a charakterizuje ji souinitel tepelné vodivosti l.
Hodnota souinitele tepelné vodivosti p
edstavuje tepelný tok ve watech,
který proudí 1m2 stny o tloušce 1m p
i teplotním rozdílu protilehlých
ploch 1 K.
Souinitel tepelné vodivosti závisí na rzných vlivech, z nichž nejdležitjší
jsou:
• objemová hmotnost;
• vlhkost;
• smr tepelného toku v anizotropních látkách;
• chemické složení;
• teplota.
5.3.1 Vliv objemové hmotnosti na hodnotu souinitele tepelné
vodivosti
Všechny stavební materiály jsou složené ze základního materiálu a vzduchu,
který je obsažen v pórech. Souinitel tepelné vodivosti vzduchu má menší hod-
notu než vlastní materiál. Významnou úlohu má ale také tvar a velikost pór.
V malých pórech se teplo ší
í pouze vedením, ve vtších nabývá na významu
proudní a sálání.
ím vtší je pórovitost materiálu, tím menší je jeho objemo-
vá hmotnost a tím je také menší souinitel tepelné vodivosti.

Tepelné a vlhkostní vlastnosti stavebních materiál
- 17 (63) -
Tab.5.1: Souinitel tepelné vodivosti vzduchu v závislosti na prm
ru pór
Prmr pór
d [mm] 0,1 0,5 1,0 2,0 5,0
l [W/m.K] 0,024 0,026 0,028 0,031 0,044

5.3.2 Vliv vlhkosti na hodnotu souinitele tepelné vodivosti
Souinitel tepelné vodivosti je výrazn ovlivován vlhkostí materiálu. P
i te-
peln technických výpotech je nutné si uvdomovat skutenost, že se zvyšují-
cí se vlhkostí materiálu se souasn zvyšuje i tepelná vodivost materiálu.
ím
je vyšší souinitel tepelné vodivosti, tím nižší je tepeln izolaní schopnost
materiálu. V p
ípad, že v konstrukci dochází ke kondenzaci vodní páry nebo
je konstrukce ve styku s vnit
ním prost
edím s ásteným tlakem nasycené
vodní páry pvi > 1 491 Pa, je nutno s touto skuteností ve výpotu uvažovat a
hodnotu souinitele tepelné vodivosti urit výpotem dle postupu
v
SN 73 0540-3:2005.

PÍKLAD 5.1
Stanovte hodnotu souinitele tepelné vodivosti vrstvy .3, tj. betonové mazaniny ve
skladb
ploché stechy viz píný ez Obr. 4.1 pro tyto okrajové podmínky:
A1. pvi £ 1491 (Pa)
A2. pvi > 1491 (Pa)
A3. Pro známou praktickou vlhkost. Byl odebrán vzorek ze sondy v bet. maza-
nin
hmotnosti mv = 121 (g) .
Po vysušení m
l vzorek hmotnost ms = 114 (g).
B. Stanovte množství vody obsažené v betonové mazanin
pro dané okrajové podmínky
A1, A2, A3.

Obr.4.1: Píný ez konstrukce jednoplášové
ploché stechy


Skladba konstrukce
- i - d[m] rdm [kg/m2]
1 žel.betonová konstrukce 0,15 2300
2 tep.izolace -polystyrén 0,15 30
3 betonová mazanina 0,06 2100
4 hydroizolaní vrstva 0,01 1700
- e -


- 18 (63) -
POSTUP VÝPOTU:
A1. Návrhová (výpotová) hodnota souinitele tepelné vodivosti - lu,i - se stanoví pro
pvi £ 1491 Pa pímým odetením ze sloupce 8 tabulky A1 SN 73 0540-3.Je to rychlý
zpsob stanovení návrhové hodnoty souinitele tepelné vodivosti, ale v tomto pípad

není zohledn
n zpsob zabudování materiálu do konstrukce, ani druh konstrukce.
lu = 1,23 [W.m-1.K-1]
A2. Návrhová (výpotová) hodnota souinitele tepelné vodivosti lu se stanoví
v pípad
, kdy je konstrukce ve styku s vnitním prostedím s ásteným tlakem vodní
páry pvi > 1491 Pa pro vn
jší konstrukce ze vztahu:
lu = lk [1+z1. Zu.(z2+z3)] [W.m-1.K-1]

lk charakteristická hodnota souinitele tepelné vodivosti - tab.A1
z1 souinitel vnitního prostedí - tab.A7
z2 souinitel materiálu - tab.A8
z3 souinitel zabudování materiálu -tab.A9
Zu vlhkostní souinitel materiálu - tab.A1

A3. Návrhová (výpotová) hodnota souinitele tepelné vodivosti lu se stanoví pi zná-
mé okamžité hmotnostní vlhkosti materiálu uexp ve stavební konstrukci nebo odhadnu-
té hodnot
návrhové vlhkosti ze vztahu
lu = lk (1+Zu. z1 . z2,3) [W.m-1.K-1]

lk , Zu , z1 - viz ást A1
z2,3 = uexp – u23/80
uexp okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti stavebního materiálu odebraná
ze stavební konstrukce(%)
u23/80 charakteristická hmotnostní vlhkost viz. tab. A1

B. Stanovení množství vody v betonové mazanin
[kg.m-2]
m = V . rdn [kg]

m hmotnost [kg]
V objem vzorku [m3]
rdn objemová hmotnost v suchém stavu [kg.m3]

množství vody
mvody = m . um [kg]


Tepelné a vlhkostní vlastnosti stavebních materiál
- 19 (63) -

VÝPOET:

A1. Pímý odeet
lu = 1,23 [W.m-1.K-1]

A2. Ze vztahu
lu = lk [1+z1 . Zu. (z2 + z3)] [W.m-1.K-1]
lk = 1,05 [W.m-1.K-1]
z1 = 1,5 (vn
jší konstrukce, pvi > 1491 £ 1988 Pa)
z2 = 0,1
z3 = 3,0
Zu = 0,08
lu = 1,05 [1+1,5 . 0,08 (0,1 + 3,0)] = 1,440 [W.m-1.K-1]

A3. Ze vztahu
lu = lk (1+Zu. . z1 . z2,3) [W.m-1.K-1]
%14,6%100.114114121%100. =-=-=
s
sv
m m
mmu
u23/80 = 1,5 %
z2,3 = uexp – u23/80 = 6,14 - 1,5 = 4,64
Pro z1 = 1,0 tj. pro pvi £ 1491 (Pa)
lu = 1,05 (1 + 0,08 . 1,0 . 4,64) = 1,439 [W.m-1.K-1]

Pro z1 = 1,5 tj. pro pvi > 1491 (Pa) £ 1988 (Pa)
lu = 1,05 (1 + 0,08 . 1,5 . 4,64) = 1,634 [W.m-1.K-1]

B. Množství vody v 1m2 betonové mazaniny tlusté 6 cm.
m =V. rdn = 1 x 1 x 0,06 x 2100 = 126 (kg)

A1, A2) Množství vody pi u23/80 = 1,5 %
[ ]kgummvody 89,11005,1.126. 80/23 ===
A3) Množství vody pi uexp = 6,14 %
[ ]kgummvody 73,710014,6.126. exp ===


- 20 (63) -
ZÁVR:

Tab.5.2: Pehled hodnot lu betonové mazaniny
Stavy Okrajové podmínky lu [W.m-1.K-1]
A1 Pímý odeet z SN pvi £ 1491 (Pa) 1,230
A2 Požadovaný výpoet dle SN pvi > 1491 (Pa) 1,440
pvi £ 1491 (Pa) 1,439 A3 Výpoet dle SN pi známé
praktické vlhkosti pvi > 1491 (Pa) 1,634

Z p
íkladu je patrno, že hodnota lu se vlivem vyšší vlhkosti v interiéru zhoršu-
je. Zjištním známé praktické vlhkosti lze stanovit skutenou hodnotu lu ma-
teriálu.
Obdobn bychom mohli postupovat s každou vrstvou dané jednoplášové st
e-
chy. Tak bychom dostali p
esnjší obraz skuteného psobení vlhkosti na da-
nou konstrukci.
V ásti B. je doloženo jaké skutené množství vody mže být v konstrukci.
Okamžitá hmotnostní vlhkost stavebního materiálu, zabudovaného ve stavební
konstrukci, se stanoví postupem podle
SN EN ISO 12570 „Tepeln vlhkostní
chování stavebních materiál a výrobk – stanovení vlhkosti sušením p
i zvý-
šené teplot“.
5.4 Mrná tepelná kapacita
Mrná tepelná kapacita, d
íve nazývaná mrné teplo, vyjad
uje množství
tepla, které je pot
eba k oh
átí 1kg materiálu p
i stálém tlaku a definova-
né vlhkosti o 1K.
Jedná se o dležitou veliinu p
i výpotu tepelných vlastností stavebních látek.
5.5 Souinitel difúzní vodivosti materiálu
Souinitel difúzní vodivosti materiálu (souinitel difúze vodní páry) vyjad
uje
schopnost materiálu propouštt vodní páru difúzí.
5.6 Faktor difúzního odporu materiálu
Faktor difúzního odporu materiálu  vyjad
uje relativní schopnost materiálu
propouštt vodní páru difúzí.
Faktor difúzního odporu materiálu je pomrem difúzního odporu mate-
riálu a difúzního odporu vrstvy vzduchu o téže tloušce.
Tepelné a vlhkostní vlastnosti stavebních materiál
- 21 (63) -
5.7 Návrhové hodnoty tepelných a vlhkostních vlast-
ností stavebních materiál a výrobk

SN 73 0540 – 3 Tepelná ochrana budov –
ást 3: Návrhové hodnoty veliin
z roku 2005 uvádí normové, charakteristické a návrhové hodnoty tepelných a
vlhkostních vlastností materiál.
Návrhové (výpotové) hodnoty vlastností materiál a výrobk, uvádné
v tabulkách v p
ílohách této normy, jsou stanoveny pro nejmén p
íznivé zabu-
dování materiálu nebo výrobku do stavební konstrukce tak, aby byl zajištn
bezpený návrh stavebních konstrukcí pro konkrétní užití.

Normová hodnota fyzikálních veliin je íselný údaj, statisticky stanovený
z nam
ených hodnot, nebo hodnot stanovených výpotem. Pokud to umožní
etnost stanovení, pop
. dostupn ov
ené údaje, musí normová hodnota zahr-
novat variabilitu hodnot dané vlastnosti, zpsobenou procesem výroby.
Charakteristická hodnota fyzikální veliiny je íselná hodnota, stanovená
normalizovaným postupem, statisticky vyhodnocená z nam
ených údaj. Je
odvozena pro stanovenou charakteristickou hodnotu vlhkosti u23/80 tak, aby
zahrnovala variabilitu hodnot veliiny, zpsobenou v procesu výroby.
Návrhové (výpo
tové) hodnoty jsou íselné hodnoty, stanovené na základ
normové nebo charakteristické hodnoty této veliiny pomocí koeficientm p
i-
rážek, hodnot urujících vlastností tak, aby zohledovaly podmínky zabudová-
ní materiálu ve stavební konstrukci a jeho užití v podmínkách provozu budovy
a aby zahrnovaly variabilitu hodnot veliiny, zpsobenou v procesu výroby.
Tato hodnota nesmí být bžn v prbhu užívání p
ekroena s p
e