Poznámka k TNI 73 0331

Autor popisuje analytický způsob hodnocení průběhu vnitřní teploty vzduchu v souladu s požadavkem TNI 73 0331. Na příkladu místnosti v administrativní budově ukazuje splnění podmínek ukazatele tepelné akumulace místnosti v závislosti na různé tepelně-technické vlastnosti okna.

Recenzent: Roman Vavřička

V příspěvku se zjišťuje, za jakých podmínek je splněný požadavek TNI 73 0331 [1] týkající se vnitřní teploty q_i, která nemá být v administrativních budovách, a budovách pro vzdělání nižší než 16 °C, při denní době ustáleného vytápění 11 h zajišťující přitom vnitřní teplotu q_i = 20 °C. Z uvedených údajů je zřejmé, že jde o přerušovaný provoz vytápění, kdy doba zátopu je 2 hodiny a provoz otopné soustavy na jmenovité provozní podmínky je 11 hodin. Doba chladnutí, resp. doba kdy není otopná soustava v provozu, je 11 hodin. Za tuto dobu nemá tedy vnitřní teplota v místnosti poklesnout pod uvedenou hranici (tj. 16 °C).

Průběh chladnutí místnosti závisí na řadě veličin. Nejvýrazněji se na době chladnutí podílejí tepelně-technické vlastnosti stavebních konstrukcí, dynamické chování otopných ploch, orientace místnosti vůči světovým stranám, atd.

Uvažují-li se pouze tepelně-technické vlastnosti stavebních konstrukcí, je určující veličinou tzv. „ukazatel tepelné akumulace místnosti“ UTAM [h]. Ten lze stanovit jako

 

kde je

• UTAM – ukazatel tepelné akumulace místnosti [h],
• j – počet konstrukcí,
• A – jejich plocha [m^2],
• d – tloušťka [m],
• c – měrná tepelná kapacita [J·kg^–1·K^–1],
• r – objemová hmotnost [kg·m^–3].

Měrná tepelná ztráta místnosti je dána vztahem [2]:

kde je

• H_T – měrná tepelná ztráta prostupem stanovená podle ČSN EN ISO 13789 [3] [W·K^–1],
• H_V – tepelná ztráta větráním [W·K^–1],
• H_M – tepelná ztráta tepelnými mosty [W·K^–1].

K rozhodnutí o tom, za jakých podmínek je splněný požadavek o poklesu vnitřní teploty v dané době chladnutí místnosti (na konci otopné přestávky), byla provedena série výpočtů, jejichž výsledky jsou v tab. 1 – byly přitom uvažovány tyto údaje:

• počáteční vnitřní teplota q_io = 20 °C; vnitřní teplota na konci chladnutí q_ik = 16 °C
• teplota venkovního vzduchu q_{e =} (–10, –15, –20) °C
• doba chladnutí t_C = 11 h
• intenzita výměny vzduchu
  po dobu vytápění n = 0,5 h^.–1
  a v době chladnutí n = 0,1 h^.–1
• součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce a_i = 8 W·m^–2·K^–1 a na vnější straně konstrukce a_e = 23 W·m^–2·K^–1
• použitý způsob výpočtu je popsaný v [4].

Pro jednotlivé teploty vnějšího vzduchu jsou stanoveny tyto závislosti

Tab. 1 • Souhrn výsledků q_i [°C] v závislosti na době chladnutí t_C = 11 h

Ze stanovených rovnic byly zjištěny mezní hodnoty ukazatele tepelné akumulace místnosti UTAM_mez, tj. hodnoty, podle nichž lze rozhodnout, kdy je splněný požadavek TNI 73 0331 vztahující se k přípustné minimální přípustné vnitřní teploty q_i = 16 °C. Jsou to hodnoty v tab. 2, popř. v grafu na obr. 1.

Obr. 1 • Mezní hodnoty UTAM_mez [h] v závislosti na venkovní teplotě q_e [°C]

Tab. 2 • Mezní hodnoty UTAM_mez [h] v závislosti na venkovní teplotě q_e [°C]

Z výsledků vyplývá, že má-li hodnocená místnost hodnotu ukazatele tepelné akumulace UTAM << UTAM_mez, nesplňuje místnost požadavek dle TNI 73 0331.

V takovém případě je třeba navrhnout opatření ke zvětšení hodnoty UTAM. Jak to vyplývá ze vztahu (1) – je to možné v principu buď zvětšením tepelné kapacity konstrukcí, nebo zmenšením měrné tepelné ztráty. U obou hodnot uvedených činitelů se může dosáhnout požadovaného účinku různým způsobem, např. zvětšením tloušťky tepelně izolační vrstvy d, neboť se tím zvětší jednak tepelná kapacita konstrukce, jednak zmenší měrná tepelná ztráta (zmenší se hodnota součinitele prostupu tepla konstrukce) nebo uplatněním oken s menší hodnotou součinitele prostupu tepla aj.

Příklad výpočtu UTAM

Uvádí se příklad vlivu hodnoty součinitele prostupu tepla okna – zadané údaje:

• rozměry místnosti: délka L = 5 m, šířka S = 4 m, výška H = 2,8 m
• plochy konstrukcí: vnější (EK) A_e = 3,5 m²; vnitřní svislé (IK1) A_i1 = 36,4 m², vnitřní vodorovné (IK2) A_i2 = 40 m²
• vnitřní objem místnosti V = 56 m3
• intenzita výměny vzduchu n = 0,1 h^–1 a měrná tepelná kapacita vzduchu c = 1300 J·m^–3·K^–1,
• součinitelé přestupu tepla a_i = 8 W·m^–2·K^–1 a a_e = 23 W·m^–2·K^–1
• počáteční vnitřní teplota q_io = 20 °C
• uvažují se tři hodnoty součinitelů prostupu okna U_o = (2,7; 1,7; 1,1) W·m^–2·K^–1
• vlastnosti konstrukcí: d – tloušťka [m], objemová hmotnost r [kg·m^–3], součinitel tepelné vodivosti l [W·m^–1·K^–1], měrná tepelná kapacita c [J·kg^–1·K^–1], součinitel prostupu tepla U_e [W·m^–2·K^–1] – jsou v následující tabulce:

Způsob výpočtu UTAM

Měrná tepelná ztráta se stanoví podle rovnice (1); pro výpočet byl použitý následující konkrétní tvar (ztráta tepelnými mosty H_M je zahrnuta do výpočtu přibližným způsobem), takže

H = H_T + H_V + H_M = A_e·U_e + A_o·U_o + (n·V·c)/3600 + 0,05·(A_e + A_o)

a tepelná kapacita konstrukcí podle rovnice (2):

S (A·d·c·r)_j = (A·d·c·r)_e + (A·d·c·r)_i1 + (A·d·c·r)_i2

Zjištěné hodnoty UTAM jsou, v závislosti na hodnotě součinitele prostupu tepla okna, v následující tabulce:

Z výsledků vyplývá, že při hodnotě součinitele prostupu tepla okna U_o = 2,7 W·m^–2·K^–1 je místnost nevyhovující z hlediska zajištění požadované vnitřní teploty, při hodnotě U_o = 1,7 W·m^–2·K^–1 je vyhovující při q_e» –10 °C a při U_o = 1,1 W·m^–2·K^–1 je vyhovující až do q_e » –17,5 °C – viz graf na obr. 1.

Použitá literatura

1. TNI 73 0331 Energetická náročnost budov – Typické hodnoty pro výpočet.
2. ČSN EN ISO 13790 Tepelné chování budov – Výpočet potřeby energie na vytápění.
3. ČSN EN ISO 13789 Tepelné chování budov – Měrná tepelná ztráta prostupem tepla – Výpočtová metoda.
4. Metoda výpočtu spotřeby tepla při přerušovaném vytápění. Výzkumná zpráva vypracovaná v Centru stavebního inženýrství, a. s. Praha, v rámci programového projektu č. FR-TI2/631, 2010.

Poznámka recenzenta

Projektant vytápění při návrhu otopné soustavy vychází zásadně z výpočtu tepelné ztráty objektu (místnosti). Příspěvek, ale ukazuje na další faktory ovlivňující tepelnou pohodu vytápěného prostoru při přerušovaném vytápění. Je zřejmé, že v takovém případě splnění základní podmínky, a sice – instalovaný tepelný výkon otopné plochy musí být roven celkové tepelné ztrátě místnosti, nemůže být dostačujícím kritériem. S ohledem na předpokládaný provoz otopné soustavy (např. v pracovní době apod.) je nutné kontrolovat minimální teplotu vzduchu, na kterou daný prostor (místnost) může tzv. „vychladnout“. Dle TNI 73 0331 je např. u kancelářských budov doporučená nejnižší teplota vzduchu 16 °C. Tzn., že návrh a provoz otopné soustavy musí zajistit, aby při venkovní výpočtové teplotě vzduchu nedošlo během přerušení vytápění k poklesu vnitřní teploty vzduchu pod uvedenou hodnotu. Základním hodnoticím krité­riem je pak ukazatel tepelné akumulace místnosti (tzv. UTAM). V podstatě se jedná o analytickou metodu, která stanoví při jaké venkovní teplotě vzduchu nebude splněno kritérium UTAM. V článku uvedený příklad ukazuje jak např. součinitel prostupu tepla okna má výrazný vliv na celkovou hodnotu UTAM pro řešenou místnost. Stejných závěrů by bylo dosaženo i v případě, že by např. venkovní stěna byla tzv. lehká stavební konstrukce.

---

Note to technical information TNI 73 0331

The author describes the analytical method for assesing indoor air temperature by TNI 73 0331. The example of a room in an office building shows that the conditions of the heat accumulation of room depending on a variety of thermal and technical properties of the window.