Tepelnětechnické posouzení panelových bytových domů s aktivní tepelnou ochranou

Vyčerpatelnost primárních zdrojů energie nás stále více nutí zabývat se možnostmi v oblasti inovací i při komplexní obnově bytových domů [1]. Možnost, jak snížit energetickou náročnost budov, poskytuje aplikace aktivní tepelné ochrany (bariéry) do obvodového pláště budov.

 Při obnově bytového domu, kde se vyměňují stará nevyhovující okna za nová a zároveň je nutné obvodový plášť zateplit příslušnou tloušťkou tepelné izolace, se jeví aplikace aktivní tepelné ochrany jako vhodné a zajímavé řešení. Článek podává řešení, jak realizovat kontaktní zateplovací systém s aktivní tepelnou ochranou (ATO) pro panelové bytové domy, a zároveň ukazuje příklad, jak splnit přísnější kritéria na součinitele prostupu tepla [U] stavebních konstrukcí panelových bytových domů.

Kontaktní zateplovací systém s ATO

Kontaktní zateplovací systém s ATO je odlišný od klasických zateplovacích systémů tím, že obsahuje i trubkové rozvody. Napájení panelů na přívodní a vratné potrubí je uskutečňováno tak, aby jeden vytápěcí/chladicí okruh tvořený z panelů nebyl větší než 15 m2. Přívodní a vratné potrubí je vedeno v kanálech se standardními rozměry 1000 x 500 x tl. panelů (min. 100 mm), 1000 x 650 x tl. panelů (min. 100 mm), 1000 x 800 x tl. panelů (min. 100 mm), 1000 x 950 x tl. panelů (min. 100 mm). Principiální řešení zapojení panelů s ATO je zřejmé z obr. 3. Způsoby realizace panelů s ATO jsou zřejmé z obr. 1 a 2. [2]

Obr. 1a, b:  Prototyp polystyrenového panelu s vyfrézovanými drážkami a vloženou vytápěcí trubkou s rozměry 2000 x 1000 x 100 mm (teplonosná látka VODA) [2].

ATO se aplikuje na všechny netransparentní obalové konstrukce – podlahu, stěny a střechu. Dosud se ATO realizovala mechanickým ukotvením trubkových rozvodů na stěnu, vícenásobným omítnutím trubek a následně lepením tepelné izolace s dokončením fasády. Tepelněizolační panely s integrovanou aktivní tepelnou ochranou ve formě trubek nebo kanálků představují inteligentní kontaktní zateplovací systém, který se zhotovuje standardním způsobem, z týchž materiálů a tímtéž technologickým postupem jako klasický kontaktní zateplovací systém.

Z  technologického hlediska výroba tepelněizolačních panelů s ATO může být uskutečněna hlavně dvěma způsoby [2], a to vyfrézováním drážek (obr. 1a, b), nebo kladením do systémové desky (obr. 2).
Technologický postup výroby panelů (teplonosná látka VODA) – frézování – se skládá ze tří etap. První etapa představuje naznačení vytápěcího/chladicího registru a otvorů pro mechanické kotvení panelů s ATO. Druhá etapa je složena z frézování drážek vytápěcího/chladicího registru a následného vyvrtání otvorů pro mechanické kotvení panelů s ATO a výsledkem třetí etapy je uložení trubek vytápěcího/chladicího registru [2].

Obr. 2: Princip panelu s ATO (teplonosná látka VODA) – kladení do systémové desky, příklady vytápěcích registrů v systémové desce [2].

Technologický postup výroby panelů (teplonosná látka VODA) – systémová deska se skládá ze dvou etap. První etapa začíná naznačením vytápěcího/chladicího registru, následně pokračuje vyvrtáním otvorů pro mechanické kotvení panelů s ATO a druhá etapa představuje uložení trubek do vytápěcího/chladicího registru [2].

Obrázek č. 3 poukazuje na způsob zapojování jednotlivých vytápěcích registrů v panelech do vytápěcíchokruhů. Na obrázku je přesně znázorněno, jakým způsobem je možné vést přívodní a vratné potrubí. Přívodní a vratné potrubí je vedeno v kanálech. Na obrázku napravo jsou též exaktně zakótované vzdálenosti mezi přívodními a vratnými potrubími v kanálech [2].

Obr. 3: Zapojení panelů do vytápěcích okruhů, přívodní a vratné potrubí vedené v kanálech (teplonosná látka VODA) a standardní šířky panelů tvořících kanálky pro přívodní a vratné potrubí vytápění a chlazení (délka 1000 mm),(teplonosná látka VODA) [2].

Stavební soustavy P 1.15 a T 08 B

Bytové domy P 1.15 byly realizovány podle typového podkladu unifikovaná malorozponová stavební soustava P 1.14/15 BA, který zpracoval ŠPTU Bratislava v roce 1980. Panelová soustava T 08 B Košice se realizovala podle typových podkladů, které zpracoval Krajský ústav Košice v roce 1965, byl revidován v roce 1976 a racionalizován v roce 1978 [3, 4].  

Stavební soustava P 1.15

Stavební soustava P 1.15 je pórobetonová varianta soustavy P 1.14 se zavěšeným pláštěm tloušťky 300 mm. Má uzavřený prostorový nosný systém složený z příčných a podélných nosných stěn. Konstrukční výška podlaží je 2800 mm. Soustava se uplatňovala ve výstavbě od roku 1980 do roku 1994. Bylo v ní postaveno osmdesát jedna tisíc bytů. Obvodový pórobetonový plášť je ze spínaných pórobetonových panelů. Má tloušťku 300 mm. Panely výšky 2780 mm jsou uloženy na nosnou konzolu situovanou v ose nosných stěn tak, aby na ně bylo možné uložit dva sousední obvodové panely. Štítová stěna je složena z nosné stěny tloušťky 150 mm [3,4].

Stavební soustava T 08 B

Nosný systém stavební soustavy T 08 B tvoří příčně nosné stěny. Konstrukční sou­stava je středněrozponová s modulovou osnovou nosných stěn. Konstrukční výška je 2800 mm a světlá výška je 2550 mm. Bytové domy v této stavební soustavě byly realizovány v letech 1963 až 1983. Během druhé fáze výstavby se uplatnila pórobetonová varianta s obvodovým pláštěm 240 mm silných velkorozměrových nenosných pórobetonových panelů. Štítové stěny jsou dvouvrstvé, vytvořené vnitřními železobetonovými nosnými stěnami tloušťky 190 mm a vnějšími obkladovými pórobetonovými panely tloušťky 240 mm, ukládanými svisle. Celková tloušťka štítové stěny je 440 mm [3,4].

Simulace tepelnětechnického stavu fragmentů stěn stavebních soustav T 08 B a P 1.15 se zateplovacím systémem a s ATO

Předmětem experimentu bylo porovnání tepelnětechnického stavu fragmentů stavebních konstrukcí panelových bytových domů P 1.15 a T 08 B před zateplením, po zateplení a s aplikací ATO při teplotě teplonosné látky (voda) 16 °C a 21 °C (obr. 4). Uvažovalo se o potrubí DN 20. Experiment byl vykonán v programu AREA, kde byly vymodelovány jednotlivé fragmenty stěn panelových bytových soustav P 1.15 a T 08 B. Jednotlivým materiálům byly přiřazeny součinitele tepelné vodivosti λ [W/m.K], byly zadány okrajové podmínky výpočtových teplot vzduchu pro exteriér –11 °C a pro interiér +20 °C a parametry relativní vlhkosti 83 % pro exteriér a 50 % pro interiér.

Obr. 4: Průběhy teplot ve stavebních konstrukcích, zleva obvodová a štítová stěna stavební soustavy P 1.15 a vpravo obvodová a štítová stěna stavební soustavy T 08 B. Zdroj: autor.
Legenda: 1 – pórobetonový panel, 2 – železobetonový panel, 3 – polystyrenový panel, 4 – vápenocementová omítka, 5 – vápenná omítka, 6 – silikátová omítka, 7 – potrubí DN 20 s teplonosnou látkou (voda), (ATO).

V tabulce 1 je možné vidět jednotlivé hodnoty součinitelů prostupu tepla U [W/m².K] fragmentů obvodových a štítových stěn panelových bytových soustav P 1.15 a T 08 B pro původní a zateplený stav a taktéž hodnoty interiérové povrchové teploty stěn θSi  v [°C] pro původní, zateplený stav a s ATO při teplotě teplonosné látky (voda) 16 °C a 21 °C.

Na obr. 5 jsou znázorněny výstupy z programu AREA, a to konkrétně zleva izotermy původního stavu fragmentu štítové stěny stavební soustavy P 1.15 a vpravo izotermy a teplotní pole zatepleného stavu. Na obr. 6 máme možnost vidět zleva izotermy a teplotní pole fragmentu štítové stěny stavební soustavy P 1.15 s ATO s teplotou teplonosné látky (voda) 21 °C a vpravo s teplotou 16 °C. Pro nedostatek prostoru byly v článku uvedeny jen výstupy ze simulací pro fragment štítové stěny panelové soustavy P 1.15.

Obr. 6: Zleva izotermy a teplotní pole fragmentu štítové stěny s ATO při teplotě teplonosné látky (voda) 21 °C a vpravo izotermy a teplotní pole fragmentu štítové stěny s ATO při teplotě teplonosného média 16 °C. Zdroj: [5]

Závěr

Z obr. 4 a 5 a z tabulky 1 je zjevné, že aplikací kontaktního zateplovacího systému dokážeme zvýšit tepelný odpor stavební konstrukce a snížit tak energetickou náročnost panelových bytových domů, avšak aplikací ATO dokážeme aktivně řídit prostup tepla stavební konstrukcí, viz obr. 6 a tab. č. 1. Aktivní řízení prostupu tepla stavební konstrukcí je vidět na obr. 6, kde při teplotě 16 °C teplonosné látky v trubkovém registru ATO je θsi 19,49 °C a při teplotě 21 °C je θsi 20,19 °C. Rozdíl interiérových povrchových teplot stěn při aplikaci ATO (16 °C) je kolem 1 °C a s ATO při (21 °C) je rozdíl kolem 1,8 °C u všech typů fragmentů stěn panelových bytových domů T 08 B a P 1.15. V dalším průběhu výzkumu bude zajímavé zjistit, do jaké míry bude možné snižovat příslušnou tloušťku tepelné izolace, a zjistit také, jaké množství tepelného výkonu unikne směrem do exteriéru a jaké množství tepelného výkonu směrem do interiéru. Předmětem výzkumu v programu CALA bude zjistit, po jaký časový úsek bude možné interiérové parametry udržet na požadované úrovni po vypnutí systému ATO, a zjistit tak, jaká je akumulační schopnost panelu těchto typů obytných budov. Vytvoří se dynamická simulace, která odhalí, do jaké míry a v jakém časovém úseku je schopen daný fragment stěny tuto tepelnou energii akumulovat a vysálat do prostoru. Výsledky ze simulací budou porovnány s výsledky experimentálních měření na fragmentu stěny panelového bytového domu v klimakomoře.

Ing. Martin Šimko
Autor je posluchačem doktorandského studia Teorie a techniky prostředí budov Slovenské technické univerzity v Bratislavě.

Obrázky: autor

Literatura
[1]    Evropská rada. Směrnice Evropského parlamentu a rady 2010/31/EU z 19. května 2010 o energetické hospodárnosti budov.
[2]    Kalous D. – Osvědčení: Tepelnoizolačný panel pre systémy s aktívnym riadením prechodu tepla, 63 s. – SK 5725 Y1.
[3]  MVRR SR. Zásahy do nosných konštrukcií panelových bytových domov, Bratislava, 2008, 120 s., ISBN – 978 – 80 – 89073 – 14 – 6.
[4]     Sternová Z. a kolektív. Atlas tepelných mostov. Jaga group, s. r. o. Bratislava, 2006, 289 s., ISBN – 80 – 8076 – 034 – 9.
[5]    Svoboda software, Stavebná fyzika – program AREA 2011, DONUM, s. r. o.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.