Tepelné toky v bytovém domě

Článek shrnuje a hodnotí stavy tepelných toků v konstrukcích obytného domu a nepřímo poukazuje na potřebu dodržovat dosavadní pravidla vytápění, ale také doporučuje omezení neodborných zásahů do otopné soustavy tím, že by mělo být dodržováno jen určité rozpětí teplot v místnostech, apod. Rovněž by bylo žádoucí zkvalitnění mezibytových příček, atd. Více podrobností k článku může čtenář najít ve výsledcích výpočtového programu na odkazu v závěru článku.

Autor připravil pro čtenáře kvalitní nástroj k porovnání teplotních parametrů v sousedních bytech, tím poskytl přístup k informacím, které umožňují, aby si zájemce sám mohl ohodnotit, do jaké míry je ovlivněn, či sám ovlivňuje své okolí při vytápění.

Příspěvek považuji za další dobrý počin, který by měl přispět ke zdokonalení nejen současné chaotické legislativy, ale i k odstranění současných technických a technologických problémů ve vytápění v ČR, které způsobují, že i přes nasazení velkého množství regulační techniky, není vždy dosahováno představ zákonodárce o minimalizaci spotřeby tepla, tj. maximalizaci úspor.

Recenzent: Vladimír Galád

Tepelné toky v budově

V současné době provoz otopných soustav v bytových domech stále více ovlivňuje individuální chování uživatelů bytů. V této souvislosti je zmiňováno tzv. „kradení tepla mezi byty“, které je způsobováno jednak porušováním teplotní a tepelné rovnováhy mezi byty a také intenzivní snahou využívat neměřenou dodávku tepla ze společných potrubí. K posouzení, o jak významné faktory se jedná, byla zpracována tato studie. Její součástí je Výpočtový ­nástroj TEM_4, zpracovaný v Excelu, který umožňuje s přijatelnou technickou přesností tepelné toky v budově stanovit.

Tepelné ztráty budovy jsou součtem tepelných ztrát prostupem a tepelných ztrát větráním. Velikost tepelné ztráty je přímo úměrná teplotnímu rozdílu mezi interiérem a exteriérem. Výpočet tepelné ztráty určuje norma ČSN EN 12831 [1]. Tepelně-technické parametry konstrukcí udává ČSN 73 0540-2 [2]. Spotřebu energie na vytápění pak vypočítáme podle výše tepelné ztráty, teplotního rozdílu a doby provozu.

Tepelné ztráty a zisky mezi místnostmi v budově jsou dány především tepelnými ztrátami prostupem, kdy velikost ztráty závisí na součiniteli prostupu tepla U [W/m²·K] vodorovné nebo svislé konstrukce, teplotním rozdílu na obou stranách konstrukce a velikosti plochy konstrukce. V převládajících případech je návrhová teplota mezi obytnými místnostmi shodná a nedochází tak k tepelným ztrátám.

V době, kdy jednotliví uživatelé bytu nemohli příliš ovlivnit výši poplatku za vytápění, nepředstavovaly tepelné toky v domě významnější problém. S rostoucími cenami energií a hromadným instalováním nástrojů k indivi­duální regulaci vytápění v místnostech a měření odběru tepla, případně indikátorů odběru tepla, se jednotliví uživatelé snaží spotřebu energie snižovat účinnou regulací teploty v místnostech. To však má své limity. V případě úplného vypnutí vytápění dojde k poklesu teploty do stavu, kdy tepelné ztráty místnosti budou v rovnováze s tepelnými zisky z okolních místností, v řadě případů okolních bytů. Tím uživatel bytu uspoří náklady na vytápění, ale zároveň zvýší tyto náklady svým sousedům. Nejpalčivější problém představují byty dlouhodobě neobývané.

Byty ve větších bytových domech, lze rozdělit na byty vnitřní, které mají exteriérovou pouze jednu stěnu, byty podstřešní, kdy je ochlazovanou konstrukcí střecha a byty krajní, rohové s ochlazovanými dvěma nebo třemi stěnami. Čím je větší ochlazovaná plocha, tím jsou vyšší tepelné ztráty. Orientace domu a bytů má svůj vliv zejména z pohledu solárních zisků. Jižní orientace bytu znamená nižší potřebu tepla na vytápění v zimním období, ale zároveň často i nepříznivé přehřívání místností v letním období. Z toho vyplývá, že každý byt má trochu jiné tepelné ztráty, a také potřebu tepla, a některé byty jsou z pohledu energetického výhodnější než byty jiné.

Příklad bytového domu

Podívejme se na případ třípodlažního domu, s dispozicí panelového domu.

Na podlaží jsou 3 byty, 1 byt dispozice 3+1, 1 byt dispozice 2+1 a jeden byt dispozice 2+kk. Co se stane při změně teplot v místnostech oproti návrhovému stavu je dokumentováno výpočtem v následujících příkladech. Objekt není zateplen s výjimkou střechy, okna jsou předpokládána původní.

Příklad 1 

– nevytápěná místnost 2,05 bytu 3+1

Uzavření otopného tělesa v místnosti 2,05 znamená snížení tepelných ztrát bytu o 514 W. Tato změna, ale zároveň způsobí zvýšení tepelných ztrát místností sousedních bytů. V tomto případě je nejvýraznější změnou zvýšení ztráty sousedního bytu o 132 W, které představují zvýšení ztráty o 14,7 %. Výrazné zvýšení tepelné ztráty místností, často i o více než 10 % vede k tomu, že otopné těleso v místnosti není schopné v době návrhových venkovních teplot zajistit ani při maximálním výkonu dosažení žádané teploty. To vede k nepohodě prostředí v dané místnosti.

Příklad 2 

– nevytápěný byt 2+kk (místnosti 2,12–2,15)

V případě přerušení vytápění v bytě 2+kk dojde k výraznému nárůstu tepelné ztráty sousední místnosti o 34,3 %. To znamená, že výkon otopného tělesa v sousední místnosti bude nedostatečný. Nejvyšší nárůst ztrát zaznamená byt 2+1, a to o 319 W. Změnu zaznamenají i uživatelé bytů nad a pod nevytápěným bytem. Teplota v nevytápěném bytě se ustálí při nezapočítání vlivu průchozích rozvodů na teplotě 11–13 °C.

Příklad 3 

– nevytápěný byt 3+1 (místnosti 2,01–2,06)

Vypnuté vytápění u největšího bytu 3+1 se nejvýrazněji projeví u bytů umístěných nad a pod tímto bytem. Teplota v místnostech je počítána pro stav, kdy jsou dveře jednotlivých místností uzavřeny. V případě, že by místnosti byly otevřeny, jejich teplota se ustálí na teplotě téměř shodné, odpovídající váhovému zastoupení tepelných ztrát v jednotlivých místnostech. Teplota bude v rozmezí 6–10 °C.

Příklad 4 

– zateplení štítové stěny

(změna součinitele prostupu tepla U z hodnoty 0,89 na 0,3 W·m^–2·K^–1)

Vliv zateplení štítové stěny zaznamenají všichni uživatelé bytů, které se zateplenou stěnou sousedí. Zateplení nemá přímý vliv na tepelné ztráty vnitřních bytů.

Spotřeba energie a cena energie pro vnitřní tepelné ztráty nebo zisky je patrná z následující tabulky. Hodnoty odpovídají tepelné ztrátě 200 W. Pro delší časová období je ale vhodné brát v úvahu změnu teplot v nevytápěných místnostech.

Tepelné zisky z otopné soustavy

Nejběžnější systém vytápění v bytových domech je systém centrální, z pohledu geometrie jde o systém vertikální se spodním rozvodem. Spodní rozvod je zpravidla veden v technickém podlaží, kde často tepelné ztráty rozvodů zajišťují temperování společných prostor. Tyto rozvody musí být opatřeny tepelnou izolací. Stoupací potrubí pak prochází skrz jednotlivá podlaží a byty. Ve starších instalacích potrubí není tepelně izolované a je zdrojem tepelných zisků do prostor, kterými prochází. Výše zisků záleží na teplotě otopné vody v potrubí a teplotě místnosti. Při klesající teplotě vzduchu v místnosti roste přibližně lineárně topný výkon potrubí. Pro informaci je možné uvést, že pro ocelové potrubí DN 20, při délce potrubí 2,6 m, teplotě otopné vody 55 °C a vnitřní teplotě v místnosti 21 °C, je tepelná ztráta potrubí 73 W (tepelný tok z potrubí do místnosti), při teplotě v místnosti 12 °C pak 92 W. Pro přívod a zpátečku je tedy výkon v závislosti na teplotách přibližně dvojnásobný.

Výše zisků z rozvodů je patrná z následujících tabulek. Teplota 12 °C je teplota, která je často dosahována v nevytápěných místnostech v bytovém domě. Teplota je zajištěna tepelnými zisky z okolních místností. Výše zisků je závislá na přestupu tepla z povrchu potrubí vlivem konvekce a také sálání. Výši součinitele ovlivňuje teplota okolních stěn, směr umístění potrubí (vodorovné, svislé) a rychlost proudění vzduchu.

Rozvody v bytovém domě je možné opatřit tepelnou izolací pro výrazné omezení tepelných ztrát. Je však téměř nemožné zajistit, aby nedošlo k sejmutí izolace uživatelem bytu v případě, kdy rozvody nejsou zakryty pevnou stavební konstrukcí. Zabudované rozvody nebo rozvody umístěné v zákrytech opatřené tepelnou izolací jsou z tohoto hlediska výhodnější.

Tepelná ztráta větráním

Tepelná ztráta větráním uvnitř budovy se vyskytuje v případě, kdy dochází k větrání bytů na chodbu a schodiště budovy. Výskyt a vliv této tepelné ztráty souvisí s těsností dveří ústících do schodiště, s těsností oken v bytech, výškou objektu a jeho umístěním, především vystavení budovy převládajícímu směru proudění větru. Z důvodu výměny oken a dveří dochází ale ke zvyšování těsnosti a větrání bytů není nadměrné a nezpůsobuje zásadní tepelné ztráty. Naopak jako častější se jeví situa­ce, kdy nedostatečné větrání bytů vede ke zvyšování vlhkosti a ke kondenzaci vlhkosti na chladných konstrukcích. V některých případech může docházet i k opačnému efektu, kdy otopná soustava ve společných částech domu je zdrojem tepelných zisků zejména pro výše umístěné byty.

Závěry

Byty v bytových domech nelze zcela přestat vytápět. Je nutné udržovat minimální teplotu vzduchu v místnostech a pro její udržování je třeba zajistit provoz otopné soustavy. Optimální stav je využití regulace výkonu otopných těles v rozmezí teplot 18–22 °C s ohledem na vlastnosti místnosti a podkročení nejnižší teploty by nemělo být technicky možné.

Vytápění bytů je navrhováno na ustálený stav, který předpokládá trvalý provoz. Tomu odpovídají i izolační vlastnosti příček mezi místnostmi a mezi byty a velikosti otopných těles. Snížení teploty v místnosti vede ke snížení tepelných ztrát dané místnosti, ale jde i k tíži sousedních místností. Jediným účinným opatřením pro zabránění tepelným ztrátám přes vnitřní stěny je tepelná izolace. U nově navrhovaných bytových domů by řešení mohlo přinést zvýšení tepelně-izolačních vlastností mezibytových konstrukcí.

Tepelné ztráty nebo zisky místností prostupem a z rozvodů tepla, pro různé případy, je možné spočítat pomocí výpočetní tabulky vytvořené v programu MS Excel. Tabulka je volně ke stažení [3].

Literatura

1. ČSN EN 12831:2005 Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu. ÚNMZ 2005.
2. ČSN 73 0540-2:2011 Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky. ÚNMZ 2011.
3. Výpočtový nástroj TEM_4. Dostupný online (http://tzb2.fsv.cvut.cz/vyucujici/16/sdileni -souboru/tem.zip).
4. Vyhláška č. 193/2007 Sb. kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu. Platná od 1. 9. 2007.

---

Heat flows in the apartment building

The article describes heat flows in the apartment building. Described are heat losses and gains of the rooms in different conditions. Flat heat losses and air temperatures are calculated. Effect of unheated flats and rooms is calculated.

Keywords: heating, heat flows, apartment building