Faktor tvaru budovy
Faktor tvaru budovy je pomer plochy povrchu teplo-výmenného obalu budovy k obostavanému objemu budovy.
Faktor tvaru sa určí ako:
Faktor tvaru budovy = Σ Ai / Vb [1/m]
Čím je tento pomer menší, tým sú lepšie podmienky pre elimináciu tepelných strát, pretože teplo, koncentrované v určitom objeme, má menšiu plochu na únik. Je zaujímavé, že geometrické tvary rovnakého druhu ale rôznych rozmerov nemajú rovnaký pomer plochy k objemu, a týka sa to všetkých tvarov, napríklad kocka. V tabuľke nižšie uvedieme rôzne rozmery kociek a vypočítame faktor tvaru.
| Hrana X | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 6 | 10 | 12 | 15,874 | 50 | 100 |
| Hrana Y | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 6 | 10 | 12 | 15,874 | 50 | 100 |
| Hrana Z | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 6 | 10 | 12 | 15,874 | 50 | 100 |
| Objem, V [m3] | 0,125 | 1 | 27 | 125 | 216 | 1000 | 1728 | 4000 | 125000 | 1000000 |
| Plocha, A [m2] | 1,5 | 6 | 54 | 150 | 216 | 600 | 864 | 1512 | 15000 | 60000 |
| Faktor tvaru, A/V, [1/m] | 12,00 | 6,00 | 2,00 | 1,20 | 1,00 | 0,60 | 0,50 | 0,38 | 0,12 | 0,06 |
Ako vidíme, faktor tvaru pri zmene rozmerov kocky sa mení, pričom je vidieť trend, že s nárastom rozmerov sa zlepšuje faktor tvaru. Pre ďalší príklad zoberieme iný tvar, polovičnú kocku, Takýto tvar sa už podobá rodinnému domu. Urobíme podobnú tabuľku.
| Hrana X | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 6 | 10 | 12 | 20 | 50 | 100 |
| Hrana Y | 0,5 | 1 | 3 | 5 | 6 | 10 | 12 | 20 | 50 | 100 |
| Hrana Z | 0,25 | 1 | 2 | 3 | 3 | 5 | 6 | 10 | 25 | 50 |
| Objem, V [m3] | 0,0625 | 1 | 14 | 63 | 108 | 500 | 864 | 4000 | 62500 | 500000 |
| Plocha, A [m2] | 1,5 | 6 | 54 | 150 | 216 | 600 | 864 | 2400 | 15000 | 60000 |
| Faktor tvaru, A/V, [1/m] | 24,00 | 12,00 | 4,00 | 2,40 | 2,00 | 1,20 | 1,00 | 0,60 | 0,24 | 0,12 |
Ako je vidieť z týchto dvoch tabuliek, pri rovnakom objeme 4 000m3 je faktor tvaru u kocky lepší – 0,38 v porovnaní s 0,60 u polovičnej kocky. Keďže s narastajúcimi rozmermi sa faktor tvaru zlepšuje, je pochopiteľné, že veľké bytové domy majú, kvôli lepšiemu faktoru tvaru budovy, menšie tepelné straty. Ďalej zistime aký je rozdiel vo faktore tvaru dvoch budov s rovnakou plochou pôdorysu 59m2 a s rovnakým zastavaným objemom 159m3. Výška stien je 3m.
Faktor tvaru (1) = 220/159 = 1,38m-1
Faktor tvaru (2) = 210,3/159 = 1,32m-1
Hoci odborníci odporúčajú, aby sme sa vyhýbali nepravidelným tvarom, ako vidíme rozdiel vo faktore tvaru budov nie je až taký dramatický. Pozrime sa na ďalší príklad. Jednopodlažná budova s väčším pôdorysom a dvojpodlažná budova s podobnou úžitkovou plochou. Toto porovnanie sme v podstate už urobili, keď sme porovnávali plnú a polovičnú kocku. Je to teda jednoznačné, že dvojpodlažná budova má z hľadiska straty tepla prechodom výhodnejší faktor tvaru budovy. Porovnáme si ešte dva podobné dvojpodlažné domy, prvý bude mať sedlovú strechu a obytné podkrovie, druhý pultovú strechu. Pôdorys oboch domov bude štvorcový. Obe budovy budú mať rovnakú úžitkovú plochu.
Úžitková plocha 200m2
Zastavaný objem 550m3
Celková obvodová plocha 420m2
Faktor tvaru budovy 0,76m-1
Úžitková plocha 200m2
Zastavaný objem 501,88m3
Celková obvodová plocha 398,2m2
Faktor tvaru budovy 0,79m-1
Aj v tomto prípade existuje rozdiel vo faktore tvaru, ale opäť nie je dramaticky veľký. Je teda na zvážení každého, aké architektonické riešenie si zvoliť pre novostavbu. Norma STN 73 0540-2 v tab. 8 uvádza normalizované hodnoty mernej potreby tepla pre budovy podľa faktoru tvaru.
| Faktor tvaru budovy A/V [1/m] |
Merná potreba tepla EN | |||
| Obnovované budovy | Nové budovy | |||
| E1N [kWh/m3 rok] |
E2N [kWh/m2 rok] |
E1N [kWh/m3 rok] |
E2N [kWh/m2 rok] |
|
| ≤0,3 | 70,0 | 17,9 | 50,0 | |
| 0,4 | 78,6 | 20,4 | 57,1 | |
| 0,5 | 87,1 | 23,0 | 64,3 | |
| 0,6 | 95,7 | 25,5 | 71,4 | |
| 0,7 | 104,3 | 28,1 | 78,6 | |
| 0,8 | 112,9 | 30,6 | 85,7 | |
| 0,9 | 121,9 | 33,2 | 92,9 | |
| ≥1,0 | 130,0 | 35,7 | 100,0 | |
Výpočet tepelných strát
Tepelné straty sa členia na:
- tepelné straty prechodom tepla
- tepelné straty vetraním
Pretože sa zaoberáme aplikáciou najmä tepelnej izolácie z polyuretánových pien, nižšie predstavíme len podstatu tepelných strát prechodom tepla.
Kroky výpočtového postupu pre vykurovaný priestor sú nasledujúce:
- Určenie hodnôt vonkajšej výpočtovej teploty a priemernej ročnej vonkajšej teploty
- Určenie stavu priestorov (vykurovaný alebo nevykurovaný) a určenie hodnôt vnútornej výpočtovej teploty každého vykurovaného priestoru
- Určenie rozmerových a tepelných charakteristík všetkých stavebných konštrukcií pre všetky vykurované alebo nevykurované priestory
- Výpočet miernej tepelnej straty prechodom a jej vynásobenie výpočtovým rozdielom teplôt; výsledok je projektovaná tepelná strata prechodom tepla
Mierna tepelná strata prechodom tepla z vykurovaného priestoru (i) do exteriéru (e), HT,ie, existuje v dôsledku všetkých stavebných konštrukcií a lineárnych tepelných mostov, ktoré oddeľujú vykurovaný priestor od vonkajšieho prostredia, ako sú steny, podlaha, strop, dvere, okná. HT,ie sa vypočíta podľa vzorca
HT,ie = Ʃk Ak · Uk · ek + ƩI ΨI · lI · eI [W/K]
kde:
Ak – plocha stavebnej konštrukcie (k) v metroch štvorcových (m2)
ek, el – korekčný faktor pre expozíciu, ktorý zohľadňuje klimatické vplyvy,
ako je rozličná úroveň tepelnej ochrany budovy, absorpcia vlhkosti v stavebných konštrukciách, rýchlosť vetra a
teplota, pretože tieto vplyvy sa nebrali do úvahy pri určení hodnôt súčiniteľov prechodu tepla (hodnôt U)
Preddefinovaná hodnota pre korekčné faktory ek a el je 1,0
Uk – súčiniteľ prechodu tepla stavebnej konštrukcie (k) vo wattoch na meter a kelvin
(W/m2·K), ktorý sa vypočíta podľa:
- EN ISO 6946 (pre nepriesvitné konštrukcie)
- EN ISO 10077-1 (pre dvere a okná)
- alebo z údajov európskych technických osvedčení
lI – dĺžka lineárneho tepelného mosta (l) medzi interiérom a exteriérom v metroch
(m)
ΨI – lineárny stratový súčiniteľ lineárneho tepelného mosta (l) vo wattoch na meter a
kelvin (W/m·K); Ψl sa určí jedným z nasledujúcich spôsobov:
- pre hrubý odhad je možné použiť tabuľkové hodnoty uvedené v EN ISO 14683
- alebo výpočtom podľa EN ISO 10211-2
Tento výpočet neberie do úvahy nelineárne tepelné mosty. Ďalej norma uvádza metodológie výpočtu tepelných strát. Projektovaná tepelná strata prechodom tepla vykurovaného priestoru (i), ΦT,i, sa vypočíta podľa vzorca
ΦT,i = (HT,ie + HT,iue + HT,ig + HT,ij) · (θint,i – θe) [W]
kde:
HT,ie – merná tepelná strata prechodom z vykurovaného priestoru (i) do exteriéru (e) cez
obalové konštrukcie vo wattoch na kelvin (W/K)
HT,iue – merná tepelná strata prechodom z vykurovaného priestoru (i) do exteriéru (e)
cez nevykurovaný priestor (u) vo wattoch na kelvin (W/K)
HT,ig – merná tepelná strata prechodom cez zeminu z vykurovaného priestoru (i) do zeminy
(g) vo wattoch za ustáleného stavu (W/K)
HT,ij – merná tepelná strata prechodom z vykurovaného priestoru (i) do susediaceho
vykurovaného priestoru (j), ktorý je vykurovaný na výrazne inú teplotu; udáva sa vo wattoch na kelvin (W/K);
susediaci vykurovaný priestor môže byť v rovnakej časti budovy alebo vykurovaný priestor v susediacej časti
budovy
θint,i – vnútorná výpočtová teplota vykurovaného priestoru (i) v stupňoch Celzia
(°C)
θe – vonkajšia výpočtová teplota v stupňoch Celzia (°C)
Národné prílohy normy STN EN 12831
Tabuľka NA.1 – Vonkajšia výpočtová teplota a priemerná ročná vonkajšia teplota (skrátená)
| Geografická zóna | θm,e vonkajšia výpočtová teplota v stupňoch Celzia (°C) |
θm,e priemerná ročná vonkajšia teplota v stupňoch Celzia (°C) |
| Banská Bystrica | -15 | 8,0 |
| Bratislava | -11 | 9,9 |
| Košice | -13 | 8,4 |
| Malacky | -11 | |
| Nitra | -11 | 9,6 |
| Pezinok | -11 | |
| Poprad | -16 | 5,9 |
| Prešov | -15 | 8,3 |
| Senec | -11 | |
| Senica | -12 | 9,2 |
| Skalica | -11 | |
| Trenčín | -12 | 8,8 |
| Trnava | -11 | 9,5 |
| Žilina | -15 | 7,2 |
Tabuľka NA.2 – Vnútorná výpočtová teplota (skrátená)
| Typ budovy / priestoru | θint,i vnútorná výpočtová teplota vykurovaného priestoru (i) v stupňoch Celzia (°C) |
| Obytné budovy | |
| Obývacie miestnosti, t.j. obývacie izby, spálne, jedálne, jedálne s kuchynským kutom, pracovne, detské izby | 20 |
| Kuchyne | 20 |
| Kúpeľne | 24 |
| Záchody | 20 |
| Vykurované vedľajšie miestnosti (predsieň, chodba atď.) | 15 |
| Vykurované schodiská | 10 |
