S.TPB Tepelná pohoda budovy (EDU vk.1)

S.TPB Tepelná pohoda budovy

Verze metodiky 2022, typologie EDU.

Záměr hodnocení

Zajištění tepelné stability místností v letním a zimním období a požadavků souvisejících hygienických norem. Splnění multikriteriální analýzy pro školní budovy.

Kontext

Tepelná pohoda znamená dosažení takových tepelných poměrů, kdy člověku není ani chladno, ani příliš teplo – člověk se cítí příjemně. Dle ASHRAE (American Society of Heating, Refridgerating and Air) se tepelná pohoda definuje jako stav mysli, jenž vyjadřuje spokojenost s teplotním klimatem a který vychází ze subjektivního hodnocení.

Tepelná pohoda je funkcí mnoha tepelných faktorů prostředí, aktivity, oblečení a fyzické kondice lidí pobývajících v daném vnitřním prostoru. Stavebním řešením a způsobem provozu budovy lze ovlivnit pouze faktory ze skupiny vnitřního prostředí. Sem patří především následující faktory:

  • teplota vzduchu;
  • radiační teplota a teplota okolních stěn či předmětů;
  • vlhkost vzduchu;
  • rychlost proudění vzduchu.

Z tepelného komfortu má teplota vzduchu v interiéru asi největší a nejvíce pociťovaný vliv. Vnímání teplot je velmi individuální záležitost, závisí na mnoha ukazatelích – stáří člověka, pohlaví, okamžitém zdravotním stavu, okamžitém psychickém stavu a na mnoha dalších. Vždy bude existovat část osob v daném prostoru, která bude s tepelně-vlhkostními podmínkami nespokojena.

Tepelná pohoda je jeden z nejvýznamnějších aspektů, který se podílí na spokojenosti uživatelů v budově a má tak přímý dopad na výkonnost a produktivitu práce. Existují například zahraniční studie, které ukazují, jak při lehké práci dochází s rostoucí teplotou k poklesu výkonu člověka. Ke stoprocentnímu výkonu člověka dochází dle studií přibližně při teplotě 22 °C, při teplotě 27 °C klesá schopnost podávat plný výkon o 25 % a při 30 °C se dosahuje již výkonu polovičního.

U některých staveb může docházet v souvislosti se snižováním tepelných ztrát k nežádoucímu zhoršení tepelného komfortu vnitřního prostředí v letním a často i přechodném období. Hlavními důvody jsou vysoký podíl solárních zisků na energetické bilanci, případně i vysoké vnitřní zisky z provozu budovy, v kombinaci s omezenou možností ukládání nadbytečných tepelných zisků.

Hlavním problémem tepelné pohody v zimním období je tepelná stabilita místnosti při přerušení vytápění a povrchové teploty obvodových konstrukcí. Místnost musí být schopná udržet určitou teplotu při navržené otopné přestávce. Dalším kritériem jsou povrchové teploty v zimním období. Nejchladnější konstrukcí v zimě bývají zpravidla otvorové výplně, následně stěny a podlahy. Protože podlahy jsou konstrukce, se kterými je uživatel v přímém styku nejvíce, provádí se posuzování podlah na pokles dotykové teploty.

Hodnota nejvyšší denní teploty se obvykle ověřuje výpočtovými postupy při použití okrajových podmínek, podle platných norem. Dále je možné použít jiné sofistikovanější výpočtové postupy, například výpočtové algoritmy pro hodnocení komplexního dynamického tepelného chování budov.

Jedná se o komplexní mechanismus hodnocení s řadou kritérií. Prostředí jsou roztříděna jako funkce vnitřního prostředí do tří kategorií: A, B a C, které jsou stanoveny v normě ČSN EN 7730 v platném znění. Všechna kritéria by měla být splněna současně pro každou kategorii. Je důležité poznamenat, že toto zatřídění podle zmíněné normy není jediné dostupné pro hodnocení prostředí. Kategorie tepelného prostředí též stanovuje Norma ČSN EN 15251 v platném znění.

 

Struktura hodnocení novostaveb i rekonstrukcí je stejná, místy se liší jen přístup. Ten je konkretizován u příslušných hodnocených parametrů.

Pro případ velké školní budovy, ve které se nachází mnoho tříd, se vyberou tzv. krizové třídy. Pro letní období bude tato třída vybrána podle nejvyšších tepelných zisků neboli podle nejvyšší tepelné zátěže. Přednostně dává smysl se soustředit na ty třídy, které mají okna na jih.

Indikátor

Kreditové ohodnocení splnění požadavků na různé parametry z oblasti tepelné pohody.

Literatura

  • ČSN 730540‐2 (2011) + Z1 (2012): Tepelná ochrana budov – Část 2: Požadavky
  • ČSN 730540‐4 (2005): Tepelná ochrana budov – Část 4: Výpočtové metody
  • ČSN 730540‐3 (2005): Tepelná ochrana budov – Část 3: Návrhové hodnoty veličin
  • ČSN EN ISO 13790: Energetická náročnost budov – Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení
  • ČSN EN ISO 13791: Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Základní kritéria pro validační postupy
  • ČSN EN ISO 13792: Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Zjednodušené metody
  • Vyhláška č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb
  • Vyhláška č. 343/2009 Sb., kterou se mění vyhláška č. 410/2005 Sb. o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých Vyhláška č. 20/2012 Sb. o technických požadavcích na stavby
  • ČSN EN ISO 7730/2006 Ergonomie tepelného prostředí – Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu
  • ČSN EN 15251/2007 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, teplotního prostředí, osvětlení a akustiky
  • DIN EN 13779 Lüftung von Nichtwohngebäuden – Allgemeine Grundlagen und Anforderungen an Lüftungs- und Klimaanlagen
  • Nucené větrání s možností rekuperace odpadního tepla v objektech pro vzdělávání – Juraj Hazucha, Jan Bárta
  • Projekt HOPE (Health Optimisation Protocol for Energy-Efficient Buildings): http:// hope.epfl .ch/guidelines/HOPEGuidelines7.pdf
  • ČSN EN ISO 7730 Mírné tepelné prostředí – Stanovení ukazatelů PMV a PPD a popis podmínek tepelné pohody.
  • Centnerová, L.: Tradiční a adaptivní model tepelné pohody, disertační práce, České vysoké učení technické v Praze, Stavební fakulta, Praha, 2001
  • Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, ve znění nařízení vlády č. 68/2010

Pokyny pro vyhodnocení

Hodnocení Poznámky a pokyny ke zpracování
Certifikace návrhu budovy Hodnocení se provede podle postupu uvedeného v hodnoticích modulech bez úprav. 
Certifikace budovy Ve fázi certifikace se prověří, zda byly dodrženy návrhové parametry a jiné související okrajové podmínky. Zároveň se měřením ověří, zda dodržením vstupních podmínek jsou nadále aktuální a platné výstupy z provedených simulačních výstupů ve fázi projektu.
Shell and Core Hodnocení se provede podle postupu uvedeného v hodnoticích modulech bez úprav. 
Rekonstrukce V případě rekonstruovaných budov se kritéria PMV a PPD v modulu TPB.TS určí na základě dotazníků tepelné pohody, např. lze využít dotazníků tepelné pohody podle projektu HOPE (Health Optimisation Protocol for Energy-Efficient Buildings).

Hodnoticí moduly

Do hodnocení vstupují výsledky z modulů:

Následuje detailní popis hodnocení v jednotlivých modulech.

Faktory prostředí

Hodnocení faktorů prostředí neboli také mikroklimatických podmínek (výsledná teplota vzduchu, rychlosti proudění vzduchu a relativní vlhkosti) se určí buď měřením, nebo návrhovým stavem. Hodnocení se rozděluje na zimní období a letní období.

Tab. TPB.FP.1: Mikroklimatické podmínky dle vyhlášky č. 6/2003 Sb. v platném znění

Typ pobytové místnosti

Faktory

Výsledná teplota tg

[°C]

Rychlost proudění vzduchu

[m/s]

Relativní vlhkost

[%]

Období roku

 

letní

zimní

letní

zimní

letní

zimní

Zasedací místnosti staveb pro shromažďování většího počtu osob, haly kulturních a sportovních zařízení, učebny

24 ± 1,5

22 ± 2,0

0,16–0,25

0,13-0,2

Nejvýše 65

Nejméně 30

 

Hodnocení krizových tříd (jedné vybrané třídy pro letní období a jedné vybrané třídy pro zimní období) podle objektivních parametrů se děje na základě přidělení kreditů dle Tab. TPB.FP.1. Aby byl požadavek na mikroklimatické podmínky splněn, musí být vybraný faktor splněn v letním a zároveň zimním období. Pro vyhodnocení faktoru prostředí se uvažuje s horší z dosažených kategorií v letním a zimním období.

Tab. TPB.FP.2: Vyhodnocení podle faktorů prostředí

Hodnocení podle faktorů prostředí

Kredity KTPB.FP

Pro zkoumaný prostor nebyly faktory prostředí řešeny nebo nejsou splněny

0

Zkoumaný prostor splňuje 1 ze 3 faktorů

2

Zkoumaný prostor splňuje 2 ze 3 faktorů

4

Zkoumaný prostor splňuje 3 ze 3 faktorů

6

Příklad:

Typ pobytové místnosti Faktory Vyhodnocení

Výsledná teplota tg

[°C]

Rychlost proudění vzduchu

[m/s]

Relativní vlhkost

[%]

Období roku
letní zimní letní zimní letní zimní
učebna 4.A na severní straně (zimní období) 23
OK
19
NE
0,24
OK
0,15
OK
70
OK
35
NE
OK pouze rychlost prodění vzduchu -> 1 ze 3 faktorů
učebna 1.C na jižní straně (letní období) 26
NE
21
OK
0,24
OK
0,15
OK
60
OK
35
OK
OK rychlost prodění vzduchu a RH -> 2 ze 3 faktorů

Školská budova z příkladu získá v modulu TPB.FP 2 kredity.

Lokální diskomfort

Určující hodnoty pro posouzení lokálního tepelného diskomfortu jsou uvedeny v normě ČSN EN ISO 7730 v platném znění. Lokální diskomfort se týká vertikálního rozdílu teplot mezi hlavou a kotníky, asymetrie radiační teploty a povrchové teploty podlahy. Dále také mezi lokální diskomfort patří situace potenciálně nepříjemných míst k sezení – v blízkosti okna, v blízkosti dveří a pod vyústkou (ty se v tomto hodnocení ale nezohledňují). Hodnocení lokálního diskomfortu se stanovuje opět pro dvě vybrané třídy. Posouzení probíhá podle vertikálního rozdílu teplot, asymetrie radiační teploty a povrchové teploty podlahy dle Tab. TPB.LD.1, Tab. TPB.LD.2 a Tab. TPB.LD.3.

Tab. TPB.LD.1: Vertikální rozdíl teploty vzduchu mezi hlavou a kotníky

Kategorie Vertikální rozdíl teploty vzduchu [°C] mezi hlavou (1,1 m) a kotníky (0,1 m)
A < 2
B < 3
C < 4

 

Tab. TPB.LD.2: Asymetrie radiační teploty

Kategorie Asymetrie radiační teploty [°C]
Teplý strop Chladná stěna Chladný strop Teplá stěna
A < 5 < 10 < 14 < 23
B < 5 < 10 < 14 < 23
C < 7 < 13 < 18 < 35

 

Tab. TPB.LD.3: Povrchové teploty podlahy

Kategorie Rozsah povrchové teploty podlahy [°C]
A 19–29
B 19–29
C 17–31

 

Na základě zhodnocení daných parametrů se přidělí kredity KTPB.LD dle Tab. TPB.LD.4.

Hodnocení krizových tříd (jedné vybrané třídy pro letní období a jedné vybrané třídy pro zimní období) podle lokálního diskomfortu se děje na základě přidělení kreditů dle Tab. TPB.LD.4. Pro vyhodnocení lokálního diskomfortu se uvažuje s horší z dosažených kategorií v letním a zimním období.

Tab. TPB.LD.4: Hodnoceni lokálního diskomfortu

Lokální diskomfort Kredity KTPB.LD
Lokální diskomfort nebyl řešen 0
Diskomfort byl řešen a 2/3 kritérií jsou v kategorii C 2
Diskomfort byl řešen a 2/3 kritérií jsou v kategorii B 4
Diskomfort byl řešen a 2/3 kritérií jsou v kategorii A 6

Tepelné pohoda objektivně

Operativní teplotu lze za podmínky rychlosti proudění vzduchu va < 0,2 [m/s] přímo nahradit výslednou teplotou kulového teploměru tg. Výjimku tvoří pouze teplé období – tam může být rychlost proudění vzduchu vyšší než 0,25 m/s. Doporučené hodnoty operativní teploty pro školní třídy a učebny jsou udávány při relativní vlhkosti vzduchu 50 %.

Tab.  TPB.TO.1: Kategorie a operativní teplota pro letní a zimní období

Typ prostoru Kategorie Operativni teplota to [°C]
Maximální hodnota pro teplé období, cca 0,5 clo Minimální hodnota pro chladné období, cca 1,0 clo
Školské zařízení – třídy, učebny ≈ činnost vsedě 1,2 met A 25,5 21
B 26 20
C 27 19

 

Hodnocení krizových tříd (jedné vybrané třídy pro letní období a jedné vybrané třídy pro zimní období) podle objektivních parametrů se děje na základě přidělení kreditů dle Tab. TPB.TO.2. Pro vyhodnocení operativní teploty se uvažuje s horší z dosažených kategorií v letním a zimním období.

Tab. TPB.TO.2: Vyhodnocení podle operativní teploty

Hodnoceni podle operativní teploty Kredity KTPB.TO
Pro zkoumaný prostor nebyla operativní teplota řešena nebo nesplnil požadavky pro kategorii A, B, nebo C 0
Zkoumaný prostor padne do kategorie C 2
Zkoumaný prostor padne do kategorie B 4
Zkoumaný prostor padne do kategorie A 6

Tepelné pohody subjektivně

Předpověď středního tepleného pocitu (PMV) a předpověď procentuálního podílu nespokojených (PPD) se určí podle normy ČSN EN 7730 v platném znění. Samotný vzorec, podle kterého výpočet probíhá, je velmi složitý, případně lze užít běžně dostupné kalkulátory. Vypočte se vždy hodnota pro zimní i letní období (Tab. TPB.TS.1), a to vždy pro střed místnosti ve výši 1,1 metru nad zemí. Stejná okrajová podmínka pro léto a zimu je metabolismus uživatele. Podle tabulky z normy se jedná o hodnotu 1,2 met, tj. sedavá kancelářská práce. Podmínka pro tepelný odpor oděvem: 0,6–1,2 clo, kdy 1 clo = tepelný odpor oděvem pro kancelářský oblek pro muže. Hodnoty tepelných odporů oděvem se určí podle období roku.

Mezi okrajové podmínky pro letní stav patří letní teploty a vlhkosti, hodnota tepelného odporu letním kancelářským oděvem (clo) a předpokládané radiační teploty a teploty povrchu oděvu. Mezi okrajové podmínky pro zimní stav patří zimní teploty a vlhkosti, hodnota tepelného odporu zimním kancelářským oděvem (clo) a předpokládané radiační teploty a teploty povrchu oděvu.

Hodnocení krizových tříd (jedné vybrané třídy pro letní období a jedné vybrané třídy pro zimní období) podle tepelné pohody subjektivně se děje na základě přidělení kreditů dle Tab. TPB.TS.1. Pro vyhodnocení tepelné pohody subjektivně se uvažuje s horší z dosažených kategorií v letním a zimním období.

Tab. TPB.TS.1: Celkový tepelný stav těla pro letní a zimní období (podle ČSN EN 7730)

Kritérium PMV a PPD Kredity KTPB.TS
PMV nebylo vypočteno nebo je mimo interval níže 0
vypočtené PMV je v intervalu −0,7 < PMV < +0,7, kategorie vnitřního prostředí C, PPD < 15 % 2
vypočtené PMV je v intervalu −0,5 < PMV < +0,5, kategorie vnitřního prostředí B, PPD < 10 % 4
vypočtené PMV je v intervalu −0,2 < PMV < +0,2, kategorie vnitřního prostředí A, PPD < 6 % 6

Způsob větrání

Tepelný komfort je výrazně ovlivněn způsobem větrání. Vyhodnocení způsobu větrání vybrané třídy probíhá dle Tab. TPB.VE.1.

Tab. TKL.VE.1: Hodnocení možností větrání

Možnosti větraní Kredity KTPB.VE
Výukové prostory jsou větrány pouze přirozeně 0
Výukové prostory jsou větrány systémem nuceného větrání s rekuperací tepla nebo dohřevem vzduchu 4

Celkové vyhodnocení kritéria

Výsledné kreditové ohodnocení KTKL se stanoví dle vzorce:

$ K_{\textup{TPB}}=0,8\times \left ( \frac{K_{\textup{TPB.FP}}+K_{\textup{TPB.TO}}}{2} \right )
+(0,7\times K_{\textup{TPB.TS}})+ $

$ + (0,9\times K_{\textup{TPB.VE}})+(0,7\times K_{\textup{TPB.LD}})) $

kde:

KTPB je výsledné kreditové ohodnocení tepelné pohody v budově;

KTPB.FP je kreditové ohodnocení faktorů prostředí;

KTPB.OT je kreditové ohodnocení tepelné pohody objektivně;

KTPB.TS je kreditové ohodnocení tepelné pohody subjektivně;

KTPB.VE je kreditové ohodnocení způsobu větrání;

KTPB.LD je kreditové ohodnocení lokálního diskomfortu.

Specifické kriteriální meze

Do kriteriálních mezí vstupuje výsledné kreditové ohodnocení KTPB.

Tab.  TPB.1: Kriteriální meze pro TPB Tepelná pohoda v budově

Výsledné kreditové ohodnocení KTPB Body
0 0
3 2
7 4
10 6
13 8
≥ 16 10

Mezilehlé hodnoty se lineárně interpolují.

Otázky a odpovědi

Tato sekce slouží ke sdílení zkušeností a zodpovídání dotazů k metodice jejími autory.

SBToolCZ: On-line metodika verze 2022. Vytištěno z webu www.sbtool.cz/online, kritérium S.TPB a modul(y) TPB.FP (vm.1),TPB.LD (vm.1),TPB.TO (vm.1),TPB.TS (vm.1),TPB.VE (vm.1), typologie: EDU.
Copyright ČVUT v Praze a Národní platforma SBToolCZ.