Výpočet tepelných ztrát určuje, jaký výkon musí mít vytápění v každé místnosti v nejchladnějším období. Výpočet tepelných zisků určuje, kolik tepla musí odvést chlazení v létě. Oba výpočty jsou podkladem pro návrh otopných těles, podlahového vytápění, tepelného čerpadla i klimatizace. Bez nich se zdroj navrhuje odhadem, což obvykle vede k předimenzování a vyšším nákladům.
- Tepelné ztráty a tepelné zisky: co se počítá a proč
- Výpočet tepelných ztrát podle ČSN EN 12831-1
- Výpočet tepelných zisků pro návrh chlazení
- Tepelné ztráty a zisky v přehledu
- Jaké podklady výpočet potřebuje
- Proč předimenzovaný zdroj tepla škodí
- Jak výsledky slouží k návrhu otopných těles, podlahovky, TČ a klimatizace
- Časté otázky
Tepelné ztráty a tepelné zisky: co se počítá a proč
Budova v zimě teplo ztrácí a v létě ho přijímá. Tepelné ztráty jsou teplo, které uniká konstrukcemi a větráním při venkovní výpočtové teplotě. Z nich vychází potřebný výkon vytápění. Tepelné zisky jsou teplo, které do prostoru přichází od slunce, lidí, osvětlení, spotřebičů a venkovního vzduchu. Z nich vychází potřebný výkon chlazení.
Oba výpočty se dělají po jednotlivých místnostech, ne jen pro budovu jako celek. Projektant potřebuje vědět, kolik tepla dodat do koupelny a kolik do obývacího pokoje, a stejně tak, která kancelář na jihozápadní fasádě potřebuje nejvíc chladu. Součet za budovu pak slouží k návrhu zdroje.
Je dobré je odlišit od výpočtu energetické náročnosti budovy (PENB). Ten pracuje s celoroční spotřebou energie a průměrnými podmínkami. Výpočet ztrát a zisků naopak hledá extrémní stav, na který musí být zařízení dimenzováno.
Výpočet se zpřesňuje s projektem. Ve studii stačí bilance pro volbu zdroje a prostorové nároky strojovny. Pro dokumentaci k povolení záměru se zpracovává výpočet podle normy a v dokumentaci pro provádění stavby se aktualizuje podle konečných skladeb, oken a dispozic, aby odpovídal tomu, co se skutečně postaví.
Výpočet tepelných ztrát podle ČSN EN 12831-1
Výpočet se v ČR provádí podle normy ČSN EN 12831-1 Energetická náročnost budov: Metoda výpočtu tepelného výkonu. Norma mluví o projektovaném tepelném výkonu, v praxi se ale vžil pojem tepelné ztráty. Výsledek se skládá ze tří hlavních částí:
- Ztráta prostupem přes stěny, okna, střechu, podlahu a tepelné mosty, do exteriéru, do zeminy i do nevytápěných nebo méně vytápěných prostor.
- Ztráta větráním, tedy ohřev venkovního vzduchu přiváděného přirozeně, infiltrací nebo vzduchotechnikou. U větrání s rekuperací se započítává teplota vzduchu za výměníkem.
- Zátopový výkon, pokud se počítá s útlumem vytápění a následným rychlým zátopem.
Vstupem je venkovní výpočtová teplota podle lokality a nadmořské výšky a vnitřní výpočtové teploty podle účelu místností. Koupelna se počítá na vyšší teplotu než ložnice nebo chodba. U bytových domů a administrativních budov se zohledňuje také přenos tepla mezi sousedními prostory s rozdílnou teplotou, například mezi bytem a nevytápěným schodištěm nebo garáží.
Výpočet tepelných zisků pro návrh chlazení
Tepelné zisky se v české praxi tradičně počítají podle ČSN 73 0548 Výpočet tepelné zátěže klimatizovaných prostorů. U složitějších budov, například s velkými prosklenými plochami nebo proměnlivým provozem, se používá dynamická simulace, která sleduje průběh teplot a zátěže hodinu po hodině.
Na rozdíl od ztrát nejsou zisky ustálený stav. Sluneční záření se během dne posouvá po fasádách, lidé a spotřebiče se v prostoru střídají a konstrukce teplo akumulují a uvolňují se zpožděním. Maximum zátěže proto v každé místnosti nastává v jinou hodinu. Do výpočtu vstupují:
- Sluneční zisky okny podle orientace, velikosti, typu zasklení a stínění.
- Prostup tepla obvodovými konstrukcemi a střechou.
- Vnitřní zdroje: osoby, osvětlení, počítače a další spotřebiče, technologie.
- Větrání: teplota a vlhkost přiváděného venkovního vzduchu.
- Předejte projektantovi aktuální výkresy a skladby konstrukcí.
- Doplňte parametry oken, zasklení a stínění.
- Určete účel místností a požadované teploty.
- Ujasněte koncepci větrání ještě před výpočtem.
- Nechte si výpočet zpracovat po místnostech, ne jen za budovu.
- Zdroj tepla navrhujte podle výpočtu, ne s rezervou „pro jistotu“.
Tepelné ztráty a zisky v přehledu
| Hledisko | Tepelné ztráty | Tepelné zisky |
|---|---|---|
| Účel | Dimenzování vytápění | Dimenzování chlazení |
| Obvyklá metodika | ČSN EN 12831-1 | ČSN 73 0548, dynamická simulace |
| Výpočtový stav | Zimní, ustálený | Letní, proměnný v čase |
| Hlavní složky | Prostup, větrání, zátop | Slunce, vnitřní zdroje, prostup, větrání |
| Vliv orientace | Spíše menší | Zásadní |
| Vliv provozu budovy | Menší | Velký (obsazenost, technologie) |
| Navazující návrh | Otopná tělesa, podlahové vytápění, zdroj tepla | Klimatizace, fancoily, chladicí stropy, zdroj chladu |
Jaké podklady výpočet potřebuje
Přesnost výpočtu stojí a padá na podkladech. Projektant TZB potřebuje:
- Půdorysy, řezy a pohledy s rozměry místností, světlými výškami a velikostí oken a dveří.
- Skladby konstrukcí stěn, střech, podlah a stropů včetně tlouštěk a materiálů izolací.
- Parametry výplní otvorů: součinitel prostupu tepla oken, solární faktor zasklení a typ stínění.
- Účel místností a požadované vnitřní teploty, u chlazení i obsazenost a vnitřní zdroje tepla.
- Koncepci větrání: přirozené, nucené, s rekuperací, a požadované množství vzduchu.
- Lokalitu stavby kvůli venkovním výpočtovým podmínkám.
U rekonstrukcí bývá nejslabším místem neznalost skutečných skladeb. Pomůže stavebně technický průzkum nebo sondy, protože odhad tloušťky izolace či typu zdiva se do výsledku promítne ve všech místnostech.
Pokud se zpracovává i PENB nebo posouzení tepelné ochrany budovy, je výhodné použít stejné skladby konstrukcí. Výpočty pak na sebe navazují a nevznikají rozpory mezi dokumentací vytápění a energetickým hodnocením.
Proč předimenzovaný zdroj tepla škodí
Přímý dopad na návrh má i přesnost výpočtu. Pokud projektant pracuje s nadsazenými vstupy na všech místech, rezervy se sčítají a výsledný výkon zdroje může být výrazně vyšší, než budova kdy bude potřebovat.
Rezerva „pro jistotu“ zní rozumně, ale u moderních zdrojů tepla spíše škodí. Platí to zejména pro tepelné čerpadlo. Pokud je jeho výkon výrazně vyšší, než budova potřebuje, většinu topné sezóny běží s malým zatížením. Kompresor pak často zapíná a vypíná, tedy cykluje. To zhoršuje účinnost, zkracuje životnost kompresoru a zvyšuje opotřebení.
Předimenzování má i další důsledky:
- vyšší investice do zdroje, akumulace a elektrické přípojky,
- větší venkovní jednotka s vyššími nároky na umístění a akustiku,
- u kotlů častější starty a horší regulace při nízkém odběru,
- u chlazení horší odvlhčení a nekomfortní proudění studeného vzduchu.
Správně spočítané ztráty umožní navrhnout zdroj odpovídajícího výkonu, rozumně zvolit bod bivalence u tepelného čerpadla a velikost akumulační nádrže. Ztráty jsou přitom jen jedna část návrhu: do výkonu zdroje vstupuje také příprava teplé vody.
Jak výsledky slouží k návrhu otopných těles, podlahovky, TČ a klimatizace
Návrh otopných těles
Ztráta každé místnosti je požadovaný výkon tělesa. Projektant zvolí teplotní spád soustavy a podle něj vybere velikost a typ tělesa. U tepelného čerpadla se navrhuje nízký teplotní spád, takže tělesa vycházejí větší než u kotle. Bez výpočtu ztrát se otopná tělesa navrhují jen odhadem.
Podlahové vytápění
U podlahového vytápění se z tepelné ztráty určuje rozteč trubek, teplota přívodní vody a rozdělení na okruhy. Výpočet ukáže i místnosti, kde podlaha sama nestačí a je potřeba doplnit těleso, typicky koupelny nebo místnosti s velkým prosklením.
Tepelné čerpadlo
Součet ztrát, výkon pro přípravu teplé vody a případné blokační doby distributora určují výkon tepelného čerpadla a potřebu záložního zdroje.
Chlazení a klimatizace
Tepelné zisky po místnostech určují výkon vnitřních jednotek, fancoilů nebo chladicích stropů, součet se soudobostí pak velikost zdroje chladu. Zároveň ukážou, kde se vyplatí investovat do stínění místo do vyššího chladicího výkonu.
Časté otázky
Potřebuji výpočet tepelných ztrát i u rodinného domu?
Ano. Je podkladem pro návrh otopných těles, podlahového vytápění i tepelného čerpadla. U rodinného domu je výpočet rychlý, ale bez něj se zdroj obvykle navrhuje odhadem a s rezervou, která se prodraží.
Stačí k výpočtu tepelných ztrát PENB?
Ne. PENB hodnotí roční spotřebu energie budovy, ne potřebný výkon v jednotlivých místnostech. Oba výpočty ale mohou vycházet ze stejných skladeb konstrukcí, což je výhodné.
Kdy je potřeba výpočet tepelných zisků?
Vždy, když se navrhuje chlazení nebo klimatizace. U administrativních budov, hotelů a místností s velkým prosklením je to klíčový podklad, protože zisky výrazně závisí na orientaci, stínění a provozu.
Proč nestačí odhad výkonu podle plochy?
Odhad podle plochy nepostihne rozdíly mezi místnostmi, kvalitu konstrukcí ani způsob větrání. Výsledkem bývá předimenzovaný zdroj nebo naopak místnosti, kde vytápění či chlazení nestačí.
