Změny ve výpočtu tepelných ztrát v souvislosti s vydáním normy ČSN EN 12831-1

Příspěvek se zabývá výpočtem tepelných ztrát, respektive tepelného výkonu pro vytápění. Jsou zde popsány nejvýznamnější změny v normě ČSN EN 12831-1:2018 Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3-3. Autor rozebírá zejména změny v metodách výpočtu tepelného výkonu a vysvětluje podmínky jejich použití.

Recenzent: Michal Kabrhel

ÚVOD

Norma ČSN EN 12831-1 byla do soustavy ČSN zavedena již 1. 3. 2018, a to pouze tzv. vyhlášením, kdy byl jednoduše převzat původní text v anglickém jazyce. Vznikla tak potřeba českého překladu, který byl následně vydán 1. 10. 2018. Tímto je datován i počátek účinnosti aktuálně platné normy a zároveň byla zrušena verze anglická. Pro přehlednost bude v tomto článku termínem „nová“ norma označováno aktuálně platné znění ČSN EN 12831-1 a termínem „původní“ norma bude označováno české znění ČSN EN 12831:2005 zrušené k 1. 3. 2018.

Tento článek nelze začít jinak, než změnou nejviditelnější, tj. samotným názvem a číselným označením nové normy. ČSN EN 12831-1 je nyní normou harmonizovanou se souborem norem o energetické náročnosti budov (dále jen ENB). Celým názvem tedy Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3-3. Harmonizace se podepsala na členění normy samotné i na členění celého nového souboru. Zatímco původní norma ČSN EN 12831:2005 se zabývala výhradně výpočtem tepelného výkonu pro vytápění, tak aktuálně platný soubor norem zahrnuje mj. navíc ČSN EN 12831-3 (rovněž v českém překladu). Tato část popisuje stanovení tepelného výkonu pro soustavy přípravy teplé vody a charakteristik potřeb teplé vody (nahrazuje původní normu ČSN EN 15316-3-1:2010).

Další části nového souboru ČSN EN 12831 jsou pak číslovány 2 a 4 a jsou to technické zprávy doprovázející části jedna resp. tři. Ve vztahu k tomuto textu je důležité zmínit ještě část dva (celým označením ČSN P CEN/TR 12831-2), nazvanou „vysvětlení a zdůvodnění ČSN EN 12831-1“, kam se přesunuly veškeré praktické příklady použití jednotlivých metod popisovaných v části 1. Původně byly tyto příklady součástí vlastní normy ČSN EN 12831. Bohužel, tak jako drtivá většina doprovodných technických zpráv, ani tyto technické zprávy ne­jsou přeloženy do českého jazyka.

Členění tohoto textu je pro přehlednost inspirováno vlastní strukturou „nové“ normy.

TERMINOLOGIE A ZNAČENÍ

V rámci použitých termínů a definic byly samozřejmě zavedeny pojmy vycházející ze „zastřešující“ ENB normy ČSN EN ISO 52000-1: 2018. Byly rozšířeny definice především z oblasti větrání (například „koncové vzduchotechnické zařízení“ aj.). Nejzásadnější změnou je však úprava definice „součinitele tepelné ztráty“, kdy je tato nově nahrazena (a dává se tak do souladu s jinými zavedenými evropskými normami např. ČSN EN ISO 13789, ČSN EN ISO 52000-1, aj.) termínem „měrný tepelný tok“. K této úpravě bylo přikročeno proto, že název „součinitel“ evokoval bezrozměrnou veličinu. V tomto případě se však jedná o veličinu s rozměrem [W/K]. Značení dalších jednotek, veličin a indexů pak doznalo pouze velmi drobných změn, kdy některé z nich budou ještě později zmíněny.

METODY VÝPOČTU NÁVRHOVÉHO TEPELNÉHO VÝKONU

V novém vydání normy je formálně nejprve uveden výpočet návrhového tepelného výkonu pro budovy, funkční části budov a jednotlivé místnosti a až následně výpočet jednotlivých složek tepelných ztrát.

Výpočet je, v podstatě obdobně jako v původní normě, členěn na základní metodu, která je univerzálním a všestranným přístupem pro stanovení návrhového tepelného výkonu, a dvě metody zjednodušené.

Základní metoda je nově pouze jediná, nicméně pokrývá výpočet všech dostupných případů. Lze ji využít jak pro místnosti, funkční části budov, tak i budovy jako ­celek. Navíc jsou v této metodě, s využitím zprůměrovaných teplot vnitřního vzduchu, přímo zahrnuty i zvláštní případy, kterými mohou být například místnosti s vyšším stropem (nově jsou zde takové místnosti definované výškou větší než h ³ 4 m, přičemž původní hodnota byla ještě o 1 m vyšší). Všechny standardní i zvláštní případy jsou tak nyní nedílnou součástí právě této univerzální metody výpočtu.

Zjednodušené metody jsou uváděny explicitně dvě, kdy jednou lze stanovit návrhový tepelný výkon pro samostatný vytápěný prostor a druhou pro budovu jako celek. Tyto zjednodušené metody vychází z metody základní a jsou omezeny na určité případy použití okrajovými podmínkami. Dále budou popsány všechny uvedené metody podrobněji.

ZÁKLADNÍ METODA

Jak už bylo popsáno výše, základní metoda obsáhne veškeré výpočtové případy, kdy je stanovený tepelný výkon definován jako dodávka tepla nutná pro zabezpečení požadované vnitřní výpočtové teploty za venkovních výpočtových podmínek. Univerzálnost má však i své nevýhody, protože se postup podle této metody může místy jevit jako poměrně nepřehledný či složitý, především pak v části tepelných ztrát větráním.

Typicky se tento postup použije v případě budov zcela nových nebo zásadně zrekonstruovaných. V původní normě byla základní metoda aplikována výhradně na jeden vytápěný prostor a jejich „součtem“ se následně stanovovala tepelná ztráta, resp. návrhový tepelný výkon celého objektu.

Výpočet tepelného výkonu

Norma je v tomto bodě členěna v závislosti na řešeném prostoru (výpočet návrhového tepelného výkonu za ustáleného stavu pro jednotlivé místnosti, funkční části budov nebo budovy). Pro jednoduchost je zde vždy uváděn výpočet pro samostatný vytápěný prostor, s uvedením odlišností pro jiné možnosti výpočtu.

Návrhový tepelný výkon pro vytápěný prostor F_HL,i je stanoven jako součet tepelných ztrát prostupem F_T,ia větráním F_V,ia, pokud je uvažován, dodatečného zátopového tepelného výkonu F_hu,i. Do výpočtu lze zahrnout případně i trvalé tepelné zisky F_gain,i. Toto se od původní normy liší jen formálním zápisem.

V případě funkčních částí budov nebo budovy jako celku je rovnice (1) sestavena ze sumy všech tepelných ztrát prostupem jednotlivých obsažených vytápěných prostor, sumy zátopových tepelných výkonů a případně i sumy trvalých tepelných zisků. Tepelná ztráta větráním naopak již není v nové normě součtem ze všech prostor (původně se jednalo o součet tepelných ztrát všech vytápěných pro­stor s výjimkou tepla sdíleného prouděním vzduchu uvnitř funkční části budovy nebo budovy jako celku, přičemž se do jisté míry uvažovalo s nesoučasností návrhových hodnot průtoků vzduchu jak pro přirozené, tak pro nucené větrání). Nově jsou všechny tyto možnosti přímo začleněny do příslušné podkapitoly věnované tepelné ztrátě větráním. Člen rovnice pro tepelnou ztrátu větráním je pak formálně označen místo indexu „i“ indexem „BE“ pro funkční část budovy (Building Entity) resp. indexem „build“ pro celou budovu.

– Návrhová tepelná ztráta prostupem F_T,i

Obecně se tepelná ztráta prostupem počítá na základě měrných tepelných toků prostupem a rozdílů teplot způsobujících tepelné ztráty. Tyto měrné tepelné toky jsou teplotně korigované tak, že jsou vždy striktně vztaženy k rozdílu vnitřní a venkovní výpočtové teploty ((q_int,i – q_e) bez ohledu na to, jaký je aktuální teplotní rozdíl u jednotlivých stavebních částí. Takto totiž mohou být vlastnosti jednotlivých stavebních částí daného vytápěného prostoru vzájemně porovnány mezi sebou a navíc mohou být měrné tepelné toky sčítány bez ohledu na to, jaký je aktuální teplotní rozdíl.

Vnitřní výpočtová teplota q_int,i je v nové normě uváděna shodně s normou původní, avšak u venkovní výpočtové teploty q_e je nově možné provádět její korekce z důvodu odchylky lokálních klimatických podmínek v poloze stavby od meteorologických údajů nebo korekce zohledňující vliv časové konstanty budovy na její tepelné ztráty (tj. zohlednění tepelné setrvačnosti v závislosti na tepelné kapacitě využitých stavebních materiálů) aj. Pro praktické výpočty se však doporučuje, tak jako v případě původní normy, využít přímo klimatických údajů jednotlivých lokalit ČR uváděných v národní příloze. V případě potřeby korekce lze rovněž z národní přílohy využít tabulku upravující venkovní výpočtovou teplotu v závislosti na nadmořské výšce dané lokality.

Výpočet návrhové tepelné ztráty prostupem se od původní normy liší v tom smyslu, že jsou pomocí indexů explicitně odděleny jednotlivé dostupné měrné tepelné toky H_T,….

Jedná se o měrné tepelné toky prostupem z vytápěného prostoru H_T,…:

• přímo do venkovního prostředí – index „ie“;
• do sousedního vytápěného nebo nevytápěného prostoru nebo přes nevytápěný prostor do venkovního prostředí – indexy „ia“ resp. „iae“;
• do sousední funkční části téže budovy – index „iaBE“;
• do zeminy – index „ig“.

– Měrný tepelný tok prostupem přímo do venkovního prostředí H_T,ie

V nové normě je tato část výpočtu velmi zjednodušena, když základní metoda již neobsahuje výpočet pomocí lineárního činitele prostupu tepla tepelné vazby Y_l.  Za základní je tak nyní v podstatě považována metoda výpočtu, která byla v původní normě metodou zjednodušenou. Viz rovnice (3) níže. Nicméně, je-li ve výpočtu měrných tepelných toků prostupem vyžadováno detailní zohlednění tepelných vazeb, je dovoleno použít metodu, která je podrobně popsána v informativní příloze C nové normy. Tento přístup je naopak ještě detailnější než v původní normě, neboť navíc zohledňuje i bodové tepelné vazby.

Jak už bylo zmíněno, tato rovnice je analogická ke zjednodušené metodě původní normy. Z tohoto důvodu budou ponechány stranou komentáře k ploše konstrukce A_k a součiniteli prostupu tepla U_k. Opravný činitel f_U,k, zohledňující vliv vlastností stavebních částí a povětrnostní vlivy, zcela odpovídá původním korekčním činitelům e_k a e_l. Teplotní opravný činitel f_ie,k je analogický k původnímu teplotnímu redukčnímu činiteli b_u. Spe­cificky v případě tepelných ztrát prostupem přímo do venkovního prostředí teplotní činitel původně postrádalsmyslu, neboť byl z principu vždy roven 1. V novém vydání normy však f_ie,k slouží také pro zohlednění výškového teplotního gradientu vzduchu v místnostech, které jsou považovány za vysoké, tj. s výškou stropu rovnou nebo vyšší než 4 m. Rovnice pro f_ie,k jsou pro čtenáře ponechány pouze v textu normy samotné.

Významnou změnou je zcela nové a přehlednější uvedení hodnot přirážek na vliv tepelných vazeb DU_TB, kterých se využije v případě, že nejsou tepelné vazby zohledněny jiným způsobem (např. již zmíněný detailní postup podle přílohy C). V původní normě bylo v příloze D uváděno hned několik tabulek pro svislé či vodorovné stavební části, přičemž nově se využívá jediné tabulky (viz tab. 1). Toto řešení se velmi přiblížilo už dříve doporučovanému postupu s využitím hodnot DU_TB uváděných v příloze B normy ČSN 73 0540–4:2005.

– Měrný tepelný tok prostupem do nebo přes sousední prostory H_T,ia / H_T,iae / H_T,iaBE

Sousedním prostorem může být jiná (na odlišnou teplotu) vytápěná místnost ve stejné funkční části budovy, jiná funkční část budovy (např. sousední byt), obecně nevytápěný pro­stor (půda, sklep, aj.) či jiná přilehlá budova. Všem těmto měrným tepelným ztrátám je nově v normě věnována pouze jedna kapitola, kdy se využívá jediné rovnice (4) společně se stanovením odpovídajícího teplotního opravného činitele f_ia(…),k. Zde byl tedy postup rovněž zjednodušen, když dále není třeba využívat lineárního činitele prostupu tepla tepelné vazby Y_l.  Výpočet je analogický k původnímu stanovení tepelné ztráty do „sousedních pro­stor vytápěných na výrazně jinou teplotu“.

Výpočet teplotního opravného činitele poskytuje shodné možnosti jako v případě činitele f_ie,k uvedeného výše. Norma i nyní nabízí možnost přímé volby hodnoty součinitele, ale tak jako tomu bylo v minulosti, se doporučuje tento součinitel stanovit s využitím teploty vzduchu uvnitř sousedního prostoru. V případě obecně sousedního nevytápěného prostoru, ať je jakýkoliv, norma v příloze D nabízí tabulku teplot q_u. Pro rozšíření použitelnosti tohoto postupu byla zcela nově do národní přílohy doplněna tabulka inspirovaná původní českou ČSN 06 0210:1994, která uvádí další teploty nejběžnějších nevytápěných prostor. Tabulka s vnitřními výpočtovými teplotami nejrůznějších vytápěných prostor zůstala samozřejmě zachována.

Součinitel prostupu tepla U_k se obecně doporučuje stanovovat výpočtem podle normy ČSN EN ISO 6946:2018, případně ČSN EN ISO 10077-1:2019, čímž lze využít vzájemně provázaného systému tepelně technického navrhování a ověřování stavebních konstrukcí s řadou norem ČSN 73 0540. V případě potřeby však norma stále nabízí i zjednodušené stanovení hodnot U_k v závislosti na roce výstavby dané budovy, případně i hodnoty pro starší budovy s dodatečně ­tepelně izolovanými konstrukcemi (prostá volba z tabulek v příloze B). V této souvislosti je třeba zmínit i v národní příloze nově zave­denou tabulku s kompletní sadou smluvních odporů při přestupu tepla na vnitřní i venkovní straně stavební části. Nově jsou uváděny rovněž hodnoty odporů při přestupu tepla na venkovní straně v závislosti na různých rychlostech proudění větru.

– Měrný tepelný tok prostupem do zeminy H_T,ig

V rámci kapitoly výpočtů tepelných ztrát prostupem zřejmě nejvýznamnějších změn doznal měrný tepelný tok prostupem do zeminy. Je to jistě způsobeno i novelizací normy ČSN EN ISO 13370 z roku 2019, tedy základní normy upravující výpočtové metody pro přenos tepla zeminou. Na první pohled se rovnice (5), uvedená v nové normě, od té původní téměř neliší (pouze ve formálním zápisu a použitých indexech).

f_qann je opravný činitel zohledňující vliv změn venkovní teploty v průběhu roku (stejně jako v původní normě i zde je vždy roven hodnotě 1,45); f_GW,k je opravný činitel zohledňující vliv spodní vody (opět, shodně jako původní činitel G_W, je roven buď 1, nebo 1,15 podle úrovně spodní vody pod základovou des­kou); f_ig,k je standardně stanovený teplotní opravný činitel, kdy je za teplotu zeminy považována průměrná teplota za otopné období q_e,m, přičemž tuto teplotu lze nalézt v klimatických datech jednotlivých lokalit uvedených v národní příloze; A_k je pak samozřejmě plocha stavební části ve styku se zeminou.

Nejpodstatnější odlišností je stanovování ekvivalentního součinitele prostupu tepla stavebních částí U_equiv,k, které jsou v kontaktu se zeminou. Norma umožňuje tuto veličinu stanovit buď detailním způsobem zcela podle postupu uvedeného v ČSN EN ISO 13370:2019, což je ta zcela jistě náročnější možnost, nebo podle zjednodušeného (byť z téže normy odvozeného) postupu popsaného nově přímo v informativní příloze E. Tento přístup je uveden níže.

V původní normě byly obrázky resp. tabulky, z nichž bylo možné v závislosti na hloubce podlahové desky pod úrovní zeminy a na součiniteli prostupu tepla této desky stanovit „U ekvivalentní“. Nově se však ve zjednodušeném postupu využívá rovnice odvozené z ČSN EN ISO 13370:2019 omezením okrajových podmínek (například součinitel prostupu tepla podlahové desky musí být nejvýše 4 W·m^–2·K^–1 a pro stěny sklepa platí nejvýše 3 W·m^–2·K^–1; geometrický parametr podlahy B' musí být v rozmezí od 2 do 50 m; sklep může být hluboký nejvýše 5 m aj.). Rovnice samotná je, vzhledem ke své obsáhlosti, ponechána pouze v textu samotné normy. Obsahuje však členy jako je právě hloubka horní hrany desky pod úrovní zeminy, geometrický parametr podlahové desky, ale například i přirážku na vliv tepelných vazeb DU_TB a součinitel prostupu tepla podlahy (který je nutno stanovit jako pro stavební konstrukci v kontaktu se vzduchem, tj. podle ČSN EN ISO 6946:2018). Dále jsou integrovány nejrůznější konstanty, které se ale snadno zvolí z příslušné přehledné tabulky podle toho, jestli je aktuálně řešena podlahová nebo stěnová konstrukce přiléhající k zemině. Stanovení vlastního parametru B' s využitím nechráněného obvodu a plochy podlahové desky zůstává nezměněno.

I přes poměrně velké množství obsažených parametrů (ovšem snadno stanovitelných), je tato rovnice vcelku elegantní a funkční způsob zjednodušení obecného detailního postupu. Není sice univerzální, ale její rozsah platnosti je pro praktické využití dostatečně široký.

Přesnost výpočtu celého měrného tepelného toku do zeminy H_T,ig (ve vztahu k výchozí referenční normě ČSN EN ISO 13370:2019, dále jen „reference“) samozřejmě kolísá, a to v závislosti na konkrétním dispozičním řešení daného prostoru, tzn. na geometrickém parametru podlahy B' a skladbě podlahové desky. Obecně lze konstatovat, že výsledné hodnoty vypočtené s U_equiv,k (stanoveným zjednodušeným postupem) jsou vzhledem referenci (uvažováno se zjednodušeným započtením tepelných vazeb) pro běžné případy podlahových konstrukcí přibližně o 5 až 20 % nižší. Otázkou však zůstává, zda je postup uvedený v ČSN EN ISO 13370: 2019 fyzikálně ten nejsprávnější. Nicméně žádný vhodnější nástroj v tuto chvíli není k dispozici a lze konstatovat, že zjednodušená metoda uvedená v nové ČSN EN 12831-1 nijak tepelné ztráty nenavyšuje. Při zamyšlení se nad podílem tepelných ztrát do zeminy na celkové tepelné ztrátě objektu, jsou pak výše uvedené hodnoty zcela akceptovatelné.

– Návrhová tepelná ztráta větráním F_V,i

Výpočet tepelné ztráty větráním v rámci základní metody je opět, stejně jako v případě prostupu, koncipován jako univerzální, zahrnující možnosti nejběžnějších konceptů větrání, jakými jsou přirozené a nucené větrání, případně rovnotlaké či nerovnotlaké větrání. Tyto systémy samozřejmě mohou dále disponovat například zařízením pro zpětné získávání tepla apod. Zcela nově se pak objevuje možnost výpočtu tzv. dodatečných objemových průtoků vzduchu (například spalovací vzduch aj.).

Nejjednodušší variantou výpočtu (a také velmi často využívanou) je případ běžného, relativně vzduchotěsného objektu pro rezidenční účely, bez nuceného větrání a bez koncových VZT zařízení (například vyústky atp.). V normě je vzduchotěsnost definována pouze jako „nízká intenzita větrání při rozdílu tlaků 50 Pa“. V případě potřeby definovat průvzdušnost obálky budovy lze využít doporučených hodnot z přílohy B této normy, avšak je nutné volit podle třídy vzduchotěsnosti, což je údaj stanovený na základě tzv. „blower door testu“ (více informací poskytne ČSN EN ISO 9972:2017 o stanovování průvzdušnosti budov). Ve zmíněném případě rezidenčního objektu je výpočet, opět až na značení veličin a použité indexy, prakticky shodný s původní normou. Rozdíl je však v tom, že již není nutné stanovovat průtok vzduchu infiltrací. Je uvažován pouze minimální, tzv. hygienický, průtok stanovený na základě objemu místnosti a minimální intenzity větrání. Ta se doporučuje stanovit na základě ČSN EN 15665-Z1:2011, případně lze využít standardní doporučení z přílohy B, kdy n_min = 0,5 h^–1. Tento případ výpočtu popisuje rovnice (7) níže.

Není účelem tohoto textu opisovat a popisovat veškerá ustanovení nové normy a právě v případě univerzálního postupu pro stanovení tepelné ztráty větráním by to ani nebylo možné. Všechny výše uvedené možnosti větracích systémů se totiž ve výsledku promítají do jediné rovnice a stanovení jejích členů (především pak všech možností průtoků vzduchu) se tak může pro specifické případy stát velmi složitým úkolem. V této podkapitole nejsou uvedeny žádné výpočetní vztahy, neboť je snahou popsat aktuální upravené znění normy a složitost a množství rovnic by tento text učinilo nepřehledným.

Nová norma tedy předčí původní vydání co do podrobnosti výpočtu, kdy již zdaleka nestačí jen stanovit množství vzduchu pro nucené větrání budovy jako celku a následně jej poměrem podle podílu objemu vytápěných prostor rozdělit nebo snadno vypočítat průtok vzduchu infiltrací. Nově se totiž, kromě vytápěných prostor samostatně, stanovuje tepelná ztráta větráním také jednotlivých zón, kdy teprve sečtením takových zón vzniká tepelná ztráta celého objektu. Vícenásobné indexy, které jsou dnes již v evropských normách zvyklostí, přehlednosti bohužel v tomto případě příliš nepřispívají.

Dále jsou jen bodově uvedeny možnosti, které nová norma v rámci základní metody poskytuje. Do výpočtu tepelné ztráty větráním se promítá:

• objemový průtok venkovního vzduchu skrze obálku budovy q_v,env,i. Ten je stanoven na základě objemových průtoků vzduchu obálkou budovy do zóny, ve které se daný prostor nachází. Jedná se například o průtok spalovacího nebo jakéhokoliv jiného technicky požadovaného vzduchu nebo průtok přiváděný do zóny tzv. dodatečnou infiltrací – viz dále.
• objemový průtok vzduchu dodatečnou infiltrací q_v,inf-add,z. Zde se projevuje měrná průvzdušnost obálky budovy při rozdílu tlaků 50 Pa (opět nutné již zmíněné měření vzduchotěsnosti, případně lze tuto hodnotu převést na intenzitu větrání) a také průtok koncovými vzduchotechnickými elementy při témže rozdílu tlaků. V tomto členu je také parametr, resp. opravný činitel, umožňující zohlednit nerovnotlaké větrání.
• objemový průtok venkovního vzduchu netěsnostmi a koncovými vzduchotechnickými zařízeními q_v,leak+ATD,i. V tomto členu jsou soustředěny mj. návrhové objemové průtoky vzduchu koncovými elementy a to včetně jejich autorit.
• objemový průtok venkovního vzduchu přiváděný velkými otvory v obálce budovy q_v,open,i. Tento průtok lze nově stanovit výpočtovým algoritmem podle přílohy G, který zohledňuje mj. výšku budovy či otvorů, účinky větru, tepelnou indukci vyvolávající proudění, stínicí součinitel či drsnost fasády aj.
• minimální objemový průtok vzduchu q_v,min,i. Stanovený standardně s minimální intenzitou větrání n_min.
• objemový průtok vzduchu přiváděný do místnosti pro technické systémy q_v,techn,i.
• objemový průtok vzduchu přestupující ze sousední místnosti q_{v,transfer,ij}.
• aj.

Pro stanovení tepelné ztráty větráním se výše uvedené průtoky dále vynásobí příslušnými teplotami, resp. rozdíly teplot. Zde se může jednat o venkovní výpočtovou teplotu vzduchu nebo průměrnou teplotu vnitřního vzduchu. Ta je stanovena v závislosti na použitém systému pro vytápění, resp. zohledňuje například operativní teplotu vzduchu, výšku uvažované místnosti nebo vertikální teplotní profil. Na základě účinnosti použitého systému zpětného získávání tepla zde lze rovněž využít teplotu vzduchu za pasivním předehřevem, případně teplotu vzduchu přestupujícího ze sousední místnosti.

Výpočet tepelné ztráty větráním základní metodou samozřejmě dále zohledňuje plochy konstrukcí, plochu obálky (místnosti, zóny nebo budovy) a obnáší stanovení dalších opravných činitelů v závislosti na konkrétním řešení systému větrání. Nutno dodat, že v souvislosti nárůstem počtu různých parametrů výpočtu, se i přiměřeně obsahově rozšířila příloha B nové normy, kde se uvádí postup pro jejich stanovení nebo přímo tabulka určená pro výběr konkrétních výchozích hodnot.

– Dodatečný zátopový tepelný výkon F_hu,i

Výpočet tohoto tepelného výkonu se provede pro prostory s přerušovaným vytápěním, které mohou po určitém teplotním útlumu vyžadovat za účelem dosažení požadované vnitřní výpočtové teploty (za stanovený čas) dodatečný zátopový výkon. Takový výkon je silně závislý na různých parametrech, jakými jsou například úroveň tepelné izolace, intenzita větrání, přípustná doba zátopu aj. Zátopový výkon samozřejmě klade vyšší nároky na zdroj tepla i systém sdílení tepla v daném prostoru, a proto se také důrazně doporučuje, aby byl zátopový výkon nebo přípustná doba požadovaná pro zátop výslovně dohodnuta mezi projektantem a zákazníkem, případně tohoto nástroje nevyužívat.

Nová norma uvádí pro výpočet dodatečného zátopového tepelného výkonu shodný vztah jako ta původní, kdy je stanoven součinem podlahové plochy místnosti a měrného zátopového výkonu místnosti F_hu,i.

Stanovení tohoto výkonu je nově věnována celá příloha F, kde jsou pro stanovení zátopu popsány dvě metody a to buď na základě doby neužívání místnosti, nebo na základě poklesu teploty vnitřního vzduchu během útlumu. Tato příloha nabízí přímou volbu měrného zátopového výkonu j_hu,i v závislosti na zvolené metodě.

– Trvalé tepelné zisky F_gain,i

Trvalé tepelné zisky, vyskytující se při venkovních návrhových podmínkách, se zohledňují velmi výjimečně, a to pouze v odůvodněných případech nebo na základě jiných národních předpisů, jinak se podle této normy zanedbávají.

ZJEDNODUŠENÁ METODA

Co se týče metod zjednodušených, tak jsou kapitolami explicitně odděleny pro vytápěný prostor a pro budovu jako celek (pro funkční část budovy již žádná metoda uvedena není). Obě tyto metody samozřejmě vychází z metody základní s tím, že jsou omezeny výhradně na případ budov určených pro bydlení a s přirozeným větráním.

Samostatný vytápěný prostor

Metoda je vhodná specificky pro případ, kdy se dimenzují koncové prvky soustavy pro sdílení tepla v místnosti (například otopná tělesa). Výpočet tepelného výkonu se provede podle rovnice (1) s tím, že se neuplatňují trvalé tepelné zisky.

– Návrhová tepelná ztráta prostupem F_T,i

V případě návrhové tepelné ztráty prostupem se již neuplatňuje korekční činitel zohledňující tepelné ztráty místností vytápěných na vyšší teplotu než místnosti sousední. Důležitou změnou však je, že se v rámci zjednodušeného přístupu zohledňují pouze takové stavební části, které oddělují uvažovaný pro­stor od sousedního prostoru s rozdílem teplot > 4 K. V rámci národní poznámky se v tomto bodě však podle zavedených zvyklostí v ČR doporučuje výpočet provádět i pro stavební části oddělující prostory s rozdílem od 1 K. Tepelná ztráta prostupem se stanoví výhradně jen jako tepelná ztráta prostupem z vytápěného prostoru přímo do venkovního prostředí (kombinace rovnic (2) a (3)) s tím, že se zde neuplatní opravný činitel f_U,k a vždy se dosazuje odpovídající teplotní opravný činitel dané stavební části, stanovený shodně jako v případě metody základní (čili takto lze zohlednit například i tepelné ztráty do sousední nevytápěné místnosti, zeminy apod.). Novinkou tedy je, že se tímto postupem vždy a pro všechny řešené konstrukce zohledňuje přirážka na vliv tepelných vazeb DU_TB. Plochy stavebních částí se stejně jako v původní normě vztahují k vnějším konstrukčním rozměrům.

– Návrhová tepelná ztráta větráním F_V,i

Zjednodušený výpočet tepelné ztráty větráním v podstatě kopíruje již výše uvedený případ základní metody použité pro běžný, relativně vzduchotěsný rezidenční objekt bez nuceného větrání. Rovnice (7) pro tento případ je analogická i k původnímu vydání normy a veškeré parametry výpočtu se volí v souladu s tím, co platí rovněž pro základní metodu výpočtu.

– Dodatečný zátopový tepelný výkon F_hu,i

V případě potřeby se dodatečný zátopový tepelný výkon stanoví postupem podle základní metody, viz rovnice (6).

Budova jako celek

Tato metoda je vhodná zejména pro bilanční výpočty a v případě, kdy se dimenzují pouze prvky pro výrobu tepla pro celou budovu. Výpočet tepelného výkonu se provede součtem tepelné ztráty prostupem a větráním podle rovnice (1), kdy tyto jednotlivé složky jsou nově stanoveny přímo pro budovu jako celek (formálně označeno indexem „build“). V rámci tohoto zjednodušeného přístupu není zohledňován žádný dodatečný tepelný výkon pro zátop ani trvalé tepelné zisky. V původní normě však zátop zohledňován byl a princip stanovení tepelného výkonu pro celou budovu byl dán součtem tepelných ztrát prostupem a větráním všech v budově obsažených vytápěných prostor.

– Návrhová tepelná ztráta prostupem F_T,build

Pro návrhovou tepelnou ztrátu prostupem budovy platí totéž, co v případě zjednodušené metody pro samostatný vytápěný prostor. Příslušná plocha stavební části je však v tomto případě výhradně vnější obálková plocha budovy (za kterou je považována i konstrukce v kontaktu se zeminou či s nevytápěnými prostory) a za vnitřní výpočtovou teplotu se zvolí teplota odpovídající nejreprezentativnějšímu způsobu využití budovy.

– Návrhová tepelná ztráta větráním F_V,build

Rovnice (7) platí i pro případ budovy jako celku pouze s tím rozdílem, že se z přílohy B volí intenzita větrání pro celou budovu podle kvality jejího provedení či stáří a objemem V_build je analogicky celý vnitřní objem vzduchu budovy.

ZÁVĚR

Pro běžné rezidenční objekty bez nuceného větrání se nabízí jako vhodná varianta pro stanovení návrhového tepelného výkonu výpočet po jednotlivých vytápěných prostorech s tím, že pro stanovení prostupu tepla lze doporučit využití základní metody a pro stanovení tepelné ztráty větráním se pak nabízí využít spíše metodu zjednodušenou.

Pro případy, kdy je instalován sy­stém nuceného větrání a pro rozsáhlé, například administrativní, celky či obchodní domy s několika funkčními částmi je nezbytné pro stanovení tepelných ztrát větráním využít univerzální metodu (v rozsahu závislém na použitých systémech). Pro bilanční výpočty na úrovni stavby jako celku (opět v případě, kdy není instalováno nucené větrání) se doporučuje volit metodu zjednodušenou.

Do české mutace nové normy byly vloženy četné národní poznámky, které mají za cíl usnadnit použití této normy, a také byla vytvořena poměrně rozsáhlá národní příloha, která byla inspirována jednak původním zněním této normy, ale také již neplatnou originální českou normou pro výpočet tepelných ztrát ČSN 06 0210.

Kontakt na autora příspěvku (autor je zároveň i zpracovatelem českého překladu normy ČSN EN 12831-1): Jindrich.Bohac@fs.cvut.cz

Literatura

[1] ČSN EN 12831-1. Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu pro vytápění – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3-3. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018, 98 s. Třídicí znak 06 0206.
[2] ČSN EN 12831. Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005, 76 s. Třídicí znak 06 0206.
[3] ČSN EN 12831-3. Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 3: Tepelný výkon pro soustavy přípravy teplé vody a charakteristika potřeb, Modul M8-2, M8-3. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018, 52 s. Třídicí znak 06 0206.
[4] ČSN EN 15316-3-1. Tepelné soustavy v budovách – Výpočtová metoda pro stanovení potřeb energie a účinností soustavy – Část 3–1: Soustavy teplé vody, charakteristiky potřeb (požadavky na odběr vody). Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010, 20 s. Třídicí znak 06 0401.
[5] ČSN P CEN/TR 12831-2. Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 2: Vysvětlení a zdůvodnění EN 12831-1, Modul M3-3. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018, 36 s. Třídicí znak 06 0206.
[6] ČSN EN ISO 52000-1. Energetická náročnost budov – Základní zásady pro soubor norem ENB – Část 1: Obecný rámec a postupy. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018, 140 s. Třídicí znak 73 0334.
[7] ČSN EN ISO 13789. Tepelné chování budov – Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním – Výpočtová metoda. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2019, 32 s. Třídicí znak 73 0565.
[8] ČSN 73 0540. Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005, 60 s. Třídicí znak 73 0540.
[9] ČSN 06 0210. Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 1994, 28 s. Třídicí znak 06 0210.
[10] ČSN EN ISO 10077-1. Tepelné chování oken, dveří a okenic – Výpočet součinitele prostupu tepla – Část 1: Obecně. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2019, 48 s. Třídicí znak 73 0567.
[11] ČSN EN ISO 6946. Stavební prvky a stavební konstrukce – Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla – Výpočtová metoda. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018, 56 s. Třídicí znak 73 0558.
[12] ČSN EN ISO 13370. Tepelné chování budov – Přenos tepla zeminou – Výpočtové metody. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2019, 52 s. ­Třídicí znak 73 0559.
[13] ČSN EN 15665-Z1. Větrání budov – Stanovení výkonových kritérií pro větrací systémy obytných budov. Změna: Z1. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2011, 12 s. Třídicí znak 12 7021.
[14] ČSN EN ISO 9972. Tepelné chování budov – Stanovení průvzdušnosti budov – Tlaková metoda. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2017, 32 s. Třídicí znak 73 0577.

---

Changes in the calculation of heat losses in connection with the issue of the ČSN EN 12831-1 standard

The paper summarizes the procedure for determining heat losses resp. space heating load, but above all comprehensively describes the most significant changes in this procedure in connection with the implementation of the new version of ČSN EN 12831-1 into the Czech system of standards.

Keywords: heat load, heat losses, calculation methods, space heating load