Výpočet tepelného odporu a súčiniteľa prestupu tepla

Tepelný odpor R je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje tepelnoizolačné vlastnosti konštrukcie. Je priamo závislá na hrúbke konštrukcie a λ (súčiniteľ tepelnej vodivosti). Pri dosahovaní čo najvyššej hodnoty tepelného odporu R je cieľom, aby hrúbka konštrukcie bola čo najväčšia a hodnota súčiniteľa tepelnej vodivosti λ bola pri jednotlivých materiáloch konštrukcie čo najnižšia. Tepelný odpor R vyjadruje odpor 1m² konštrukcie proti prestupu tepelnej energie pri rozdiele teplôt 1 K.

Pri viacvrstvových konštrukciách sa jednotlivé tepelné odpory sčítavajú. Tepelný odpor stavebnej konštrukcie sa vypočítava ako priemerná hodnota z jednotlivých tepelných odporov častí stavebnej konštrukcie vrátane tepelných mostov.

Súčiniteľ tepelnej vodivosti λ vyjadruje vlastnosť materiálu viesť teplo. Je to hodnota energie vo W, ktorá prejde materiálom hrúbky 1 m pri rozdiele teplôt 1 K medzi povrchmi materiálu.

Norma stanovuje požiadavky na zabezpečenie kvalitného životného prostredia v interiéri, životnosť konštrukcií, ale predovšetkým na energetickú náročnosť pre samotnú prevádzku budovy. K tomu slúži niekoľko výpočtov a normových hodnôt, ktoré udávajú dovolené minima či maxima vlastností.

Požadované hodnoty súčiniteľa prechodu tepla stavebných konštrukcií nájdete v štátnej norme STN 73 0540-2: 2012 Tepelná ochrana – Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov (revízia STN 73 0540), prof. Ing. Zuzana Sternová, PhD.

Súčiniteľ prestupu tepla – U

Táto hodnota nám určuje celkovú výmenu tepla medzi priestormi oddelenými od seba určitou stavebnou konštrukciou. Čím je hodnota menšia, tým lepšie sú tepelnoizolačné vlastnosti konštrukcie. Označuje sa veľkým písmenom „U“ a jednotku má watt na meter štvorcový krát kelvin [W/m²K].

Jeho výpočet sa potom vykoná z celkového tepelného odporu a vyzerá nasledovne:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

Kde:

• R_i – odpor pri prestupe tepla na vnútornej strane
• R_e – odpor pri prestupe tepla na vonkajšej strane
• R – tepelný odpor konštrukcie

Vzájomný vzťah súčiniteľa prechodu tepla U a tepelného odporu R:

U = 1 / (R_i + R + R_e)

R = 1 / U – (R_i + R_e)

Tip na článok: Omietkový zatepľovací systém ClimateCoating ISOTEX

Tepelný odpor – R

Tepelný odpor udáva mieru odporu proti prenikaniu tepla. Čím vyšší je tepelný odpor materiálu či konštrukcie, tým pomalšie teplo prechádza a preto je cieľom aby bol tepelný odpor obálky budovy (podlaha na teréne, obvodové steny i strecha) čo najvyššie.

Súhrnná jednotka meter štvorcový krát kelvin na watt [m²K/W].

– Tepelný odpor konštrukcie

Vyjadruje tepelnoizolačné vlastnosti konštrukcie a označuje sa veľkým písmenom „R“.

Výpočet sa urobí pomocou hrúbky (v metroch) jednotlivých materiálov a ich súčiniteľov tepelnej vodivosti:

R = d / λ

Kde:

• d – hrúbka materiálu (m)
• λ – Súčiniteľ tepelnej vodivosti materiálu (W.m-1.K-1)

Pri viacvrstvových konštrukciách použijeme tento vzorec pre každý materiál, ktorý sa v nich vyskytuje, a výsledné odpory na záver sčítame pre dosiahnutie výsledku.

– Celkový tepelný odpor

Vyjadruje konečný tepelný odpor konštrukcie pri prestupe tepla so započítaním odporu v interiéri a exteriéri.

• R_i – odpor pri prestupe tepla na vnútornej strane – interiéru,  R_i = 1 / a_i
• R_e – odpor pri prestupe tepla na vonkajšej strane – exteriéru,  R_e = 1 / a_e

Hodnoty oboch znakov „a“ sú dané nornou STN v závislosti od druhu ročného obdobia a polohe stavebnej konštrukcie.

Celkový odpor sa potom vypočíta súčtom všetkých odporov.

R_T = R_i + R + R_e

Výpočet tepelného odporu podľa prestupu tepla

Podľa smeru prechodu tepla konštrukcií rozlišujeme vedenia jednorozmerné, týka sa prestupu tepla v ploche, napr. Obvodovou stenou. Ďalej vedenie dvojrozmerné, k nemu dochádza v mieste styku dvoch deliacich konštrukcií. A konečne vedenie trojrozmerné, ku ktorému dochádza v rohoch, teda styku troch deliacich konštrukcií.

Pre konštrukciu, v ktorej je možné uvažovať jednorozmerné šírenie tepla, sa tepelný odpor stanoví zo vzťahu

R = Σ R_j + Σ R_cv,j

Kde:

• R_j – tepelný odpor j-tej hmotné vrstvy konštrukcie
• R_cv,j – tepelný odpor j-tej uzavretej vzduchovej vrstvy

Pre konštrukciu, v ktorej nie je možné uvažovať jednorozmerné šírenie tepla, sa odpor približne stanoví zo vzťahu

R = (2 · R_I + R_II) / 3

Kde:

• R_I – tepelný odpor konštrukcie z vrstiev kolmých na tepelný tok
• R_II – tepelný odpor konštrukcie z výsekov rovnobežných s tepelným tokom

Tepelný odpor konštrukcie z vrstiev kolmých na tepelný tok R_I sa stanoví zo vzťahu

R_I = Σ d_j / λ_j

Kde:

• d_j – hrúbka j-tej vrstvy
• λ_j – súčiniteľ tepelnej vodivosti j-tej vrstvy

Tepelný odpor konštrukcie z výsekov rovnobežných s tepelným tokom R_II sa stanoví zo vzťahu

R_II = Σ A_j / Σ (A_j / R_j)

Kde:

• A_j – plocha výseku konštrukcie stanoveného tak, aby v ňom boli vrstvy len za sebou
• R_j – tepelný odpor konštrukcie výseku o ploche Aj pre jednorozmerné šírenie tepla

V ďalšom článku si uvedieme príklad z praxe a aplikujeme si výpočet súčiniteľa prestupu tepla na rodinný dom postavený z pálenej tehly, ktorý bude zateplený zatepľovacím systémom ISOTEX. Uvediem aj príklad toho istého tehlového domu, ktorý bude mať vonkajšie steny ošetrené termokeramickým náterom ClimateCoating ThermoProtect.

Peter Hofer

See author's posts