Akumulácia tepla v murive a strešnej konštrukcii

Akumulácia tepla je schopnosť materiálu udržať teplo a preniesť tepelnú energiu z obdobia relatívneho prebytku do obdobia relatívneho nedostatku. V obytnej stavbe s dobrou akumuláciou sa pri vykurovaní časť tepla najskôr uloží do stien, podláh, stropov a strechy a až potom sa postupne uvoľňuje do interiéru. Teplo akumulované v stavebnej konštrukcii vytvára aj priaznivejšiu klímu vo vnútornom priestore, a to v každom ročnom období: v lete zabraňuje prehriatiu, v zime rýchlemu vychladnutiu. Obdobne pôsobí počas dňa a noci. Princíp akumulácie sa takto využíva aj pri klimatizovaní interiéru (akumulácia chladu).

Akumulácia a tepelná kapacita

Schopnosť stavebnej konštrukcie akumulovať teplo závisí od jej celkovej tepelnej kapacity. Akumulačná schopnosť rastie úmerne so špecifickou hmotnosťou materiálu, čiže teplo lepšie akumulujú stavby s ťažšou (masívnejšou) nosnou a strešnou konštrukciou.

S tepelnou akumuláciou súvisí ďalšia dôležitá vlastnosť muriva – tepelný odpor R (m²K/W), čo je schopnosť zabrániť prestupu tepla. Hodnota R závisí priamoúmerne od hrúbky materiálu a nepriamoúmerne od jeho tepelnej vodivosti. Tepelná vodivosť je tým menšia, čím má materiál nižšiu špecifickú hmotnosť (je viac pórovitý, teda „ľahší“). Tepelný odpor je, naopak, vyšší – inak povedané, ľahší materiál lepšie tepelne izoluje. Optimálna hodnota tepelného odporu muriva z bežných stavebných materiálov (vrátane omietok) je pri obvodových stenách obytných stavieb R = 2,5 – 3,0 m²K/W, pri tepelnoizolačnom murive je R = 4 a viac. Na druhej strane, čím má murivo väčší tepelný odpor, tým horšiu má akumulačnú schopnosť. To platí predovšetkým o skladaných konštrukciách na báze dreva – dobre izolujú, ale málo akumulujú teplo. Táto ich vlastnosť sa úspešne využíva pri energeticky úsporných domoch.

S akumuláciou a tepelným odporom súvisí aj tzv. tepelný most. Ide o miesto v konštrukcii, kde dochádza k zvýšenému prieniku tepla, väčšinou vinou chybného projektu alebo prevedenia. Obvykle sú to kúty, nadpražia okien a škáry, kovové prvky v murive a podobne.

Čo je akumulačná konštrukcia Pri plánovaní energetického systému stavby sa kvôli potrebnej akumulácii tepla počíta buď s bežnými stavebnými konštrukciami, alebo sa naplánujú zvláštne, tzv. energetické konštrukcie s väčšou hmotnosťou. Tie potom znižujú nielen kolísanie vnútornej teploty, ale aj spotrebu energie. Zvyčajne sú to vnútorné steny z plných tehál či betónu, alebo stropy, ktoré na rozdiel od podláh nie sú zakryté kobercom a nábytkom. Zvýšiť akumulačné schopnosti interiéru je nutné najmä pri niektorých drevostavbách. Akumulačná konštrukcia môže prijímať teplo len pasívne, ale niekedy je výhodné napojiť ju priamo na zdroj tepla, napríklad na zimnú záhradu, slnečný kolektor alebo krb s teplovodnou krbovou vložkou.

Výber muriva podľa vlastností

Stavebné materiály a systémy pre hrubú stavbu vyberáme aj podľa ich tepelnoizolačných a akumulačných vlastností.

Pri stavbe stien a stropov máme zhruba tieto možnosti:

Jednovrstvové ťažké murivo. U nás zatiaľ najviac využívaný spôsob pri stavbe bytových a rodinných domov. Obvodová konštrukcia je vymurovaná z termoizolačných tvaroviek a obojstranne omietnutá. Používajú sa napríklad tehlové bloky typu THERM alebo termoizolačné bloky z pórobetónu a vyľahčeného betónu (napríklad Liapor). Výhodou je pomerne veľký tepelný odpor muriva a pritom dobrá akumulačná schopnosť. Jednovrstvovou technológiou možno stavať aj energeticky úsporné domy.

58886

Viacvrstvové ťažké murivo. Obvodová konštrukcia je vymurovaná z ťažkých murovacích prvkov alebo betónu a z vnútornej strany je doplnená tepelnoizolačnou vrstvou z penového plastu alebo minerálnej vlny, na ktorej je najskôr omietka. Murovacím materiálom sú obvykle vápennopieskové alebo betónové tvarovky či monolitický betón v tzv. stratenom debnení. Používajú sa aj tepelnoizolačné tehly a pórobetónové tvárnice. Obvodová stena aj pri menšej hrúbke dobre tepelne izoluje a súčasne má vysokú akumuláciu.

Ľahké montované steny. Obvodové steny sú tvorené väčšinou skeletom z drevených trámov, medzi ktorými je silná vrstva tepelnej izolácie. Z vonkajšej strany býva minerálna omietka, z vnútornej strany je stena osadená sadrokartónom, vláknosadrovými, vláknocementovými alebo drevoštiepkovými doskami. Steny majú dobré tepelnoizolačné vlastnosti, ale malú tepelnú akumuláciu, čo si vyžaduje pružný spôsob vykurovania.

Drevostavby z masívu. Ide o zrubové stavby, ktoré majú z hľadiska tepla špecifické vlastnosti: majú veľký tepelný odpor, ale na rozdiel od montovaných stien omnoho lepšiu akumulačnú schopnosť. Teplo totiž preniká dovnútra konštrukcie len pomaly a rovnako pozvoľna z nej odchádza. Interiér sa rýchlo vyhreje a po určitej dobe sa teplota stabilizuje podobne ako pri betónovej alebo tehlovej stavbe. Drevo naviac pohlcuje a uvoľňuje množstvo vodnej pary, čím prispieva k optimalizácii vlhkosti interiéru.

Akumulácia a pokles teploty Najhoršiu schopnosť akumulovať teplo majú ľahké konštrukcie, takže ich vplyv na tepelnú stabilitu interiéru je najnižší. V jednom z výskumných meraní akumulačných vlastností murovacích materiálov bola ako referenčná miestnosť zvolená rohová obývačka v typickom podlaží obytnej budovy, s podlahovou plochou 24 m2. Obvodové murivo malo tepelný odpor R = 2,0 m2.K/W. Strop a podlaha boli zo železobetónu. Pokles vnútornej teploty po 24 hodinách po prerušení vykurovania bol 2,8 ºC pri železobetónovej konštrukcii, 3,8 ºC pri tehlovej konštrukcii a 4,5 ºC pri konštrukcii zo sadrokartónu.

 

Tepelná akumulácia strechy

Akumulačná schopnosť strešnej konštrukcie závisí od podobných parametrov ako pri obvodových stenách, podlahách a stropoch. Tepelná akumulácia ťažkých striech (pálená alebo betónová krytina plus debnenie) je obvykle dostačujúca. Ľahké strechy (kovová, minerálna, plastová a drevená krytina) akumulujú teplo v menšej miere, čo sa kompenzuje tepelnou izoláciou pod strešnou krytinou. Tá je dôležitá predovšetkým pri rekonštrukcii podkrovia. Izolácia sa vkladá buď zvnútra, obvykle medzi krokvy (vnútorné zateplenie), alebo sa z vonkajšej strany ukladá na krokvy či debnenie priamo pod strešnú krytinu (vonkajšie zateplenie). Na zateplenie sa používajú aj strešné „sendvičové“ systémy, ktoré v jednom konštrukčnom celku spájajú niekoľko technologických vrstiev.

Parametre konštrukcií sa menia

V minulosti boli stavby izolované horšie, konštrukcie mali menší tepelný odpor a väčšie tepelné straty. Vykurovalo sa prerušovane a prevažne tuhým palivom, bez možnosti presnejšej regulácie zdroja. Dobrá tepelná akumulácia muriva bola preto veľmi dôležitá. Pri dobre izolovaných domoch, najmä ak využívajú moderné vykurovacie sústavy so zdrojmi s automatickou reguláciou, sa význam akumulácie znižuje, dokonca sa niekedy stáva skôr obmedzujúcou vlastnosťou. Napríklad nízkoenergetický dom na báze drevených panelov, ktoré majú výborné tepelnoizolačné vlastnosti, môže byť v čase neprítomnosti obyvateľov len temperovaný a v určitom čase veľmi rýchlo vykúrený na požadovanú teplotu (prípadne klimatizovaný). Potom však nie je potrebné vykurovať murivo s veľkou akumuláciou. Moderná vykurovacia eurosústava musí podľa európskej normy vykúriť byť za 15 až 30 minút, čo s príliš veľkou akumuláciou nie je možné. Napriek tomu má v našich podmienkach a najmä pri našich stavebných zvykoch dobrá akumulácia tepla stále svoj význam a je jedným z ukazovateľov kvality murovacieho materiálu.

Využitie slnečného žiarenia Slnečná energia dopadá na zemský povrch predovšetkým vo forme ultrafialového žiarenia a mení sa na teplo, ktoré je vyžarované ako žiarenie infračervené. Zatiaľ čo ultrafialové žiarenie prestupuje priehľadnými konštrukciami, infračervené nie, v dôsledku čoho dochádza ku skleníkovému efektu. Táto vlastnosť žiarenia umožňuje využívať slnečnú tepelnú energiu na priame krytie tepelných strát objektu. Na princípe akumulácie slnečnej energie sú založené aj zasklené verandy a zimné záhrady. Slnečné lúče prenikajú sklom, ohrievajú steny, podlahu a predmety a následne aj vzduch. Podstatná časť tepelného žiarenia však už nedokáže preniknúť smerom von, takže sa odrazí späť do interiéru a teplota vzduchu sa ešte zvýši. Zimná záhrada prispieva aj k tepelnej bilancii miestností, s ktorými susedí.

Energeticky úsporné domy

Tepelná akumulácia a tepelný odpor podstatne ovplyvňujú tepelnú stratu stavby, čo je hodnota, ktorú musíme dodatočne nahradiť dodávkami tepelnej energie z vykurovacej sústavy, pomocou slnečnej energie alebo inými vnútornými zdrojmi (napríklad elektrospotrebičmi a teplom ľudského tela).

Tepelná strata bežného rodinného domu je asi 100 kWh/m² podlahovej plochy ročne. Dom s ročnou stratou menšou ako 75 kWh/m² označujeme ako dom energeticky úsporný a s tepelnou stratou menšou ako 50 kWh/m² ako dom nízkoenergetický. Ak je ročná strata do 15 kWh/m², ide o energeticky pasívny dom, ktorý prakticky nepotrebuje nijaký aktívny zdroj tepla. Takéto nízke straty však možno dosiahnuť len za určitých podmienok, ako sú kvalitná vonkajšia izolácia obvodových konštrukcií a primeraná akumulácia tepelnej energie v interiéri. Preto sú na južnej strane domu situované veľké zasklené plochy a zimná záhrada, ktoré prepúšťajú slnečnú energiu, zatiaľ čo severná strana slúži skôr ako „akumulačná“ konštrukcia.

Nízkoenergetické a energeticky pasívne domy sa stavajú predovšetkým z ľahkých materiálov na báze dreva, kovu a skla, ale môžeme ich postaviť aj z klasických murovacích materiálov. Hrubá stavba „ťažkého“ domu je zvyčajne tvorená kombináciou sendvičovej konštrukcie muriva, izolačných materiálov a tepelnoizolačných omietok.