Akumulační stavební materiály a jejich role v tepelné stabilitě budov

Akumulace tepla a chladu je schopnost materiálů nebo systémů uchovávat teplo nebo chlad a následně je uvolňovat v čase, kdy je to potřeba. V praxi to znamená, že dům, zařízení nebo materiál dokáže naakumulovat teplo během dne a uvolňovat ho v noci, nebo naopak nasát chlad během noci a udržet ho přes den. Bez akumulace tepla by se teplota v interiéru rychle měnila v závislosti na vnějších podmínkách. V zimě by bylo potřeba topit neustále, v létě zase chladit.

Základem je fyzikální vlastnost materiálu zvaná tepelná kapacita - tedy schopnost pojmout a uchovat energii. Materiály s vysokou tepelnou kapacitou, jako je beton, kámen nebo voda, jsou schopné akumulovat velké množství tepla. Tyto materiály se přes den zahřívají, a když teplota okolí klesne, postupně teplo vyzařují zpět do prostoru. Správně navržená akumulace může výrazně snížit spotřebu energie. Pomáhá lépe využít obnovitelné zdroje, jako je solární energie, a zároveň umožňuje načasovat odběr energie na dobu, kdy je levnější nebo dostupnější.

Význam akumulace v moderním stavebnictví

V moderním stavebnictví se s akumulací počítá už při návrhu domu. Například masivní zdivo nebo stropy z betonu slouží nejen jako konstrukční prvek, ale zároveň jako teplotní stabilizátor. V pasivních domech nebo nízkoenergetických stavbách je akumulace nezbytnou součástí systému řízení klimatu. Akumulace zdiva vyjadřuje jeho schopnost akumulovat teplo. U stěn s nízkou akumulací tepla dochází při přerušení vytápění k velmi rychlému poklesu teploty povrchu stěn na vnitřní straně obytných prostor.

Budovy mohou být stavěny z rozmanitých materiálů. Dle jejich hmotnosti dělíme výsledné objekty na lehké (malá akumulace tepla) a stavby těžké (s výbornou teplotní setrvačností). Mezi lehké konstrukce řadíme ty s plošnou hmotností nižší než 100 kg/m2. V současnosti jde hlavně o systémy dřevostaveb, ale též panelové a jiné deskové systémy na bázi plastů, lehkých kovů, obvykle sestavované tzv. suchou výstavbou. K těžkým konstrukcím patří železobetonové, z cihel (až na ty dutinové), kamene, vápenopískových bloků, či dutinové tvarovky vylévané betonem. Výhodou masivních materiálů je, že dovedou výrazně vylepšit vzduchotěsnost objektu a zejména stabilitu vnitřní teploty. Výborně akumulují tzv. citelné teplo v zimě nebo v létě naopak chlad (oboje pasivně - bez použití technologických zařízení). A to i v případě jednovrstvé konstrukce.

Materiály jako je pálená cihla a masivní dřevo, ze kterých jsou postaveny zdi a stropy, jsou dobrými tepelnými akumulátory. Absorbují sálavé teplo z kamen a to následně pozvolna vyzařují zpět do prostoru. K hodnocení míry tepelné akumulace konkrétního materiálu je využívána veličina UTA - ukazatel tepelné akumulace (v hodinách). V tomto časopise se častěji používá relaxační doba τ0, která popisuje akumulační schopnost i vícevrstvé konstrukce, např. cihelné obvodové stěny s vnější lehkou tepelnou izolací. Je odvozen z hodnot součinitele tepelné vodivosti λ, měrného tepla a hustoty všech vrstev stěny. Čím větší je hodnota UTA resp. tep. relaxační doby τ0, tím více tepla je materiál schopen pojmout. Tepelnou jímavostí disponují materiály o velké objemové hmotnosti (hustotě).

Čtěte také: izolované akumulační nádrže pro ohřev vody

Akumulace tepla v obvodových stavebních konstrukcích pomáhá vyrovnávat přestávky mezi topnými intervaly, například v noci, ale také při výrazných poklesech venkovních teplot, po intenzivním vyvětrání, když otopná soustava nestihne na tyto reagovat dostatečně rychle. Těžké materiály je potřeba použít nejen na zdi domu, ale i na střechu. Až tehdy je využit celý akumulační potenciál budovy. Tepelná akumulace je vlastnost stavební konstrukce nebo stavby pojmout velké množství tepla při relativně malém přírůstku její teploty. S akumulací tepla úzce souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty.

U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li izolace umístěna na venkovní straně, dochází k významné stabilizaci vnitřní teploty. Kromě akumulace tepla je nutno brát ohled též na tepelně-izolační schopnost obálky domu. Z toho důvodu jsou přidávány nejčastěji vnější kontaktní zateplovací systémy. Mohou překrýt systémové vady konstrukce včetně tepelných mostů, především ale udržují vnitřní těžké nosné zdivo na vyšší teplotě. To zvýší tepelně-akumulační potenciál obvodového zdiva a výsledkem je stabilní teplota v interiéru. Samotné zdivo podstatně více zužitkuje svůj akumulační potenciál. Naopak vnitřnímu zateplení se stavitelé spíše vyhýbají, poněvadž eliminuje tepelnou akumulaci obvodových zdí domu. Interiér chladne podstatně rychleji než v případě aplikace vnějšího zateplení. Existují však výjimky, například rekreační objekty, kde obvykle vyvstává potřeba objekt rychle vyhřát, zatímco doba vychladnutí nehraje roli.

Akumulační materiály brání v létě přehřívání stavby, v zimě vnitřní povrchy naopak sálají teplo a klima uvnitř je podstatně méně náchylné k větrání či provozním výpadkům topidel. Vyváženost tepelně-akumulačních vlastností konstrukce s jejími tepelně-izolačními parametry však každopádně přispívá k udržení zdravého vnitřního klimatu budovy.

Kritická místnost, pro kterou tyto parametry určujeme je ta, která má nejvyšší celkový součinitel prostupu tepla ze všech místností a při tom nepříznivou orientaci. Pro akumulaci tepla není vhodné použití vnitřní tepelné izolace. Zvýšit akumulační schopnosti interiéru je nutné zejména u dřevostaveb. Tepelnou kapacitu stavební konstrukce využijeme při výpočtu stupně využití tepelných zisků nebo při výpočtu přerušovaného vytápění. Vliv stavební konstrukce na tepelnou stabilitu místností lze posoudit na základě výpočtu bilance referenční místnosti. Referenční místnost je v tomto případě místností rohovou umístěnou v typickém patře budovy s podlahovou plochou 24 m2. Obvodové konstrukce mají tepelný odpor obvodových stěn 2,0 m2.K.W-1. Strop a podlaha je provedena z železobetonu.

Podle předpokladu má nejhorší akumulační vlastnosti lehká konstrukce a její vliv na tepelnou stabilitu interiéru je nejnižší. Pokles vnitřní teploty je po 24 hodinách u železobetonové konstrukce 2,8 °C, u konstrukce cihelné 3,8 °C a u konstrukce ze sádrokartónu 4,5 °C.

Čtěte také: Více o akumulační nádrži ATTACK AK

Příklady akumulačních materiálů a konstrukcí

Většinou se jedná o vnitřní hmotnou stěnu, vytvořenou z plných cihel nebo z betonu. Zvláště vhodný je strop, který na rozdíl od podlahy není zakryt kobercem nebo nábytkem. Jedním z nejběžnějších příkladů je podlahové vytápění v kombinaci s betonovou mazaninou, která funguje jako zásobník tepla. Dále existují speciální akumulační kamna, která se nahřejí během levného nočního proudu a teplo pak uvolňují během dne.

Tepelná akumulace obvodové konstrukce je běžným pojmem. Projektanti i zhotovitelé s ní argumentují, aby usměrnili rozhodnutí investora při volbě základního systému. Pro nejlepší akumulaci je vhodné vybírat takový materiál, který disponuje vysokou hodnotou tepelné jímavosti při nízké hodnotě teplotní vodivosti. Tak se konstrukce pomaleji ohřeje a pomalu chladne. Jinou veličinou, která ovlivňuje akumulaci a má vliv na vnitřní teplotní stabilitu, je tepelná kapacita. Vápenopískové bloky nabízí výbornou tepelnou akumulaci. Jsou vhodné i pro pasivní a nízkoenergetické objekty.

Obvodové konstrukce s výbornými akumulačními vlastnostmi:

  • Vápenopískové bloky (VPC cihly)
  • Plné cihly
  • Betonové konstrukce (stropy, zdivo)
  • Kámen

Tato tabulka porovnává pokles vnitřní teploty po 24 hodinách u různých stavebních konstrukcí, což ilustruje jejich akumulační schopnosti:

Typ konstrukce Pokles vnitřní teploty po 24 hodinách
Železobetonová konstrukce 2,8 °C
Cihelná konstrukce 3,8 °C
Sádrokartonová konstrukce 4,5 °C

Nízkoenergetický dům představuje stavbu, která dosáhne spotřebu energie na vytápění maximálně 50 kWh/m2 za rok. Na dosažení této hodnoty je zapotřebí zvolení otopné soustavy s nižším výkonem, rekuperace, využívání obnovitelných zdrojů tepla, dobře zateplená konstrukce. Pasivní dům je stavbou s vysokou úsporou tepelné energie. Jedná se o pečlivě vyprojektovanou, postavenou a odborně zkontrolovanou stavbou, doplněnou úspornými technologiemi, zdroji vytápění a větrání.

Čtěte také: Výhodný prodej prken v Lounech

Využití solární energie a akumulace

Slunce je největším a nejlepším zdrojem tepelné energie. Jeho energie je totiž jednou z mála, kterou dostáváme skutečně zdarma a jejíž potenciál je z hlediska lidského života nevyčerpatelný. Zatímco ultrafialové záření je schopné prostupovat průhlednými konstrukcemi, infračervené nikoliv a v důsledku toho dochází ke skleníkovému efektu. Tato vlastnost záření nám umožňuje přímo využívat solární tepelnou energii pro krytí tepelných ztrát objektu. Výhodné je, že nedochází k dalším ztrátám energie, které provázejí změnu její formy. Změna sluneční energie v energii tepelnou se nazývá fototermální přeměna.

Abychom ale byli schopni dopadající energii využívat, musíme tomuto požadavku přizpůsobit tvar budovy a jeho dispoziční řešení. Charakteristickými vlastnostmi pasivních solárních domů, jak se domy využívající přímé sluneční záření nazývají, jsou velké prosklené plochy orientované na jižní stranu a minimální prosklení na stranu odvrácenou od slunce. Množství dopadající sluneční energie v zimním období je však v naší zeměpisné šířce nízké, a tak relativně malé musí být také tepelné ztráty objektu. Toho docílíme kvalitním zaizolováním a používáním oken s nízkou hodnotou součinitele prostupu tepla U < 1,5 (W.m-2.K-1) a vysokou hodnotou energetické propustnosti g > 0,5 a světelné propustnosti. Energie, která do interiéru dopadá v zimním slunečném dnu, většinou převyšuje okamžité tepelné ztráty a musí být proto akumulovaná nejlépe do akumulační konstrukce zde umístěné. Vzhledem ke krátkým zimním dnům ji pak hned po západu slunce začneme využívat. Díky akumulační konstrukci máme zajištěnu větší tepelnou setrvačnost prostředí, což znamená pomalejší změnu vnitřní teploty.

Energie do akumulačních konstrukcí může být dodávána přímo dopadající sluneční radiací a nebo může docházet k ohřívání vnitřní akumulační stěny od vnitřního ohřátého vzduchu. Při využití přímého záření jsme omezeni na využití prostoru podlahy v blízkosti prosklených ploch. Tento povrch však musí mít dobrou tepelnou vodivost a tak vhodným materiálem povrchu podlahy je dlažba. Nevhodné jsou parkety případně koberec, protože tepelně izolují. Energetický zisk je však zhoršen na druhé straně z toho vyplývajícím dispozičním omezením interiéru. U vnitřních akumulačních konstrukcí dochází k předávání energie, pokud existuje rozdíl teplot mezi povrchem konstrukce a teplotou vzduchu. Díky tomu je rychlost změny teploty vnitřního vzduchu nižší. Akumulační stěnu je výhodné spojit s jiným zdrojem tepla a v době přebytků zde akumulovat energii. Příkladem může být spojení solárního skleníku nebo krbu s touto stěnou.

Nejvýhodnějším pasivním systémem by bylo použití translucentní (transparentní) izolace na vnější straně obvodové konstrukce orientované na jih. Jedná se o průsvitné izolace, schopné propouštět sluneční záření k povrchu konstrukce. Tím by bylo možné solární zisky akumulovat do této konstrukce a následně s příslušným fázovým posunem je využívat v interiéru. Bohužel většímu využití tohoto řešení stále brání vysoká cena a technické požadavky na umístění izolace.

Trombeho stěna

Princip Trombeho stěny je jednoduchý. Sluneční záření je akumulováno v masivní stěně orientované na jih. V předsazeném prostoru proudí vzduch a je od stěny ohříván. Ohřátý vstupuje v horní části dutinou do místnosti, kterou vytápí. Stěna je tmavé barvy pro vyšší pohlcování tepelné energie. Akumulované teplo je vyzařováno do místnosti i po prostupu masivní konstrukcí. Proudění vzduchu v předsazeném prostoru je regulováno pomocí klapek a může být přirozené nebo nucené. Na tomto místě je ale třeba poznamenat, že tato konstrukce vznikla na jihu Francie, kde panují jiné klimatické podmínky. Je zde více slunečního svitu a mírnější klima. V našich podmínkách však v mrazivých zimních dnech při jednouchém zasklení stěny mohou převýšit tepelné ztráty tepelný zisk. Z toho důvodu je třeba používat kvalitní zasklení, což ale celou konstrukci prodražuje. Stěna dále musí být chráněna i proti nočnímu nepříznivému ochlazování. Princip Trombeho stěny se i u nás objevuje stále znovu a znovu v řadě modifikací, které se snaží zmíněné nevýhody odstranit. Kombinace Trombeho stěny s velkými okenními plochami na jižní straně nemusí být vhodná.

Akumulace tepla v krbech a krbových vložkách

Postarat se o teplo rodinného krbu nemusí být žádná nákladná věda! Vsadíte-li na kouzlo živého ohně, rozpustile plápolajícího přímo ve vašem obývacím pokoji v designově atraktivní krbové vložce s rafinovanou obestavbou, ukrývající v sobě akumulační prvky, získáte na mnoho let skutečně hřejivé a levné teplo. Topení dřevem stále patří k těm nejlevnějším variantám, díky kterým se nebudete muset držet v otázce tepla zpátky. Protože je skutečně jak finančním, tak i uživatelsky příjemným řešením, jak si užívat teplo vyrobené krbovou vložkou.

V ní potenciál dřeva přeměněný na pocitově nejpříjemnější a nejpřirozenější teplo může být díky akumulačním prvkům ještě znásoben a vaše náklady na každou topnou sezónu ještě více klesnou. Díky akumulaci totiž dochází k ohřívání interiéru na principu sálání, díky čemuž jsou ohřívány osoby i předměty v místnosti, a ty získané teplo dále předávají. Nedochází tak k víření prachu, což bývá u jiných typů vytápění velkým problém, způsobujícím zdravotní problémy alergikům a astmatikům. Akumulační prvky se starají o produkci sálavého tepla, které teplo do interiéru předává na principu vlnění s podobnou vlnovou délkou jako sluneční paprsky. Proto je pro lidský organismus sálavé teplo pocitově velmi příjemné a zahřívá naše tělo nejpřirozenějším způsobem na který jsme zvykli z teplých měsíců roku přímo od matky přírody.

Základem kvalitně fungující akumulace je samozřejmě správný výběr krbové vložky. Při jejím výběru je velmi důležité zohlednit nejen designové představy, ale především velikost vytápěného prostoru, fakt, zda bude pouze příležitostným topidlem nebo se postará o teplo v celém obytném prostoru v jedné či více místnostech. Po úspěšném výběru adekvátní krbové vložky následuje také volba vhodných akumulačních prvků a akumulace. Ty se totiž stávají nedílnou součástí obestavby krbové vložky, která také musí být provedena správně a profesionálně. Právě obestavba je totiž vybavena akumulačními prvky a materiály, které dokáží teplo vyprodukované krbovou vložkou pojmout a posléze předávat zpět do interiéru. Díky tomu, že akumulační prvky dokáží obstarat nepřetápění interiéru, a teplo z krbové vložky do sebe pojmou a předají je do interiéru až přijde pravý čas, nedochází nejen k přetápění interiéru, ale navíc velmi výrazně tato schopnost akumulace tepla šetří náklady na topnou sezónu.

Do krbové vložky totiž díky akumulaci můžete přikládat mnohem méně otopu, přesto vám doma nebude zima. Díky akumulaci dokáže vaše krbová vložka jako celek předávat příjemné teplo do místnosti i po vyhasnutí krbu, a to až několik hodin. Vy tak můžete nejen přikládat do topeniště méně často, ale navíc se i v mrazivých dnech probudíte ráno do příjemně temperovaného interiéru bez toho, aniž byste museli v noci vstávat a přikládat. Nesmíme zapomenout zmínit, že krbová vložka, doplněná o akumulační prvky, je i skvělým řešením do nízkoenergetických a pasivních domů, protože díky jejím schopnostem lze zamezit obávanému přetápění interiéru.

Příklady akumulačních sad pro krbové vložky:

  • BeF Home Akumulační sada BeF Feel (V) 7: Vysoce kvalitní žárobeton, schopný rychle akumulovat teplo a předávat ho do prostoru dlouhé hodiny.
  • BeF Home Akumulační sada BeF Therm (V) 10 CP/CL: Stejné vlastnosti jako předchozí sada, určená pro jiný typ krbové vložky.
  • Defro Home Boční akumulace - tvárnice: Materiál THERMOBLOCK zajišťující dlouhodobý provoz a optimalizaci výkonu krbové vložky.

tags: #akumulační #stavební #materiál #informace

Oblíbené příspěvky: