Vliv slunečního záření na větrané střešní konstrukce

02 / 09 / 2016

Odborné články
Aplikace izolací
Zateplení šikmé střechy

Aktualita - Vliv slunečního záření na větrané - Místo provádění měření - objekt č. 2, strana 1d

Konstrukce dvouplášťových větraných střech i fasád ke své správné funkci vyžadují trvalé větrání, ale v případě, že provedeme měření, zjistíme, že ne vždy konstrukce větrají a pokud ano, tak často velmi nestejnoměrně. Faktorů, které toto větrání ovlivňují, je celá řada, to také dalo podnět k výzkumu, který má za cíl zjistit hlavní ovlivňující faktory proudění a zda je s nimi správně počítáno i v metodice současného způsobu výpočtu a následného návrhu větraných konstrukcí, která je uvedena v ČSN 73 0540-4 či v ČSN 73 1901.

Autor článku: Ing. Karel Sedláček, Ph.D.

CHARAKTERISTIKA OBJEKTŮ

Měření probíhaly periodicky po dobu 12 měsíců a to jak u šikmých střech, tak i u fasád a to vždy na několika místech, nicméně v tomto článku je řešeno pouze srovnání dvou objektů se šikmou střechou, které pro názornou ukázku plně dostačují. Porovnejme tedy teorii s praxí.
Volba objektů byla vybrána v závislosti na umístění (na kopci, na rovině či v údolí) a následně docházelo k porovnání. Charakteristika objektů:

Objekt 1 - Šikmá střecha		Objekt 2 - Šikmá střecha
Zeměpisná délka	49°28´	Zeměpisná délka	49°27´
Zeměpisná šířka	13°23´	Zeměpisná šířka	13°22´
Nadmořská výška	445 m.n.m.	Nadmořská výška	436 m.n.m.
Sklon	48°	Sklon	41°

U každého měření je zde přiložena tabulka se základními informacemi o místě měření, jako jsou datum, čas a základní charakteristika větrané mezery v místě kde bylo měření prováděno.

Aktualita - Vliv slunečního záření na větrané - nevytápěná část a bez tepelné izolace)

Aktualita - Vliv slunečního záření na větrané - vytápěný, s tepelnou izolací

VÝSLEDKY Z MĚŘENÍ

Z grafů je patrný průběh teplot v konstrukci (rubová strana krytiny, teplota vzduchu v mezeře a teplota rosného bodu) a v souvislosti s průběhem teplot je vidět i průběh proudění vzduchu. Závislost rychlosti proudění na nárůstu teploty během dne je zde zcela evidentní. Také je zde možno vidět praktické zastavení proudění vzduchu ve větrané mezeře během noci.
Proudění probíhá ve dne i v noci ve stále stejné konstrukci, jedinými proměnnými podmínkami jsou zde změny dne a noci. Z toho lze usoudit, že vliv slunečního záření je zcela zásadní. Vliv větru, deště a dalších možných aspektů zde byl také řešen díky podpoře hydrometeorologického ústavu, ale jejich význam oproti slunečnímu záření byl o dost menší a měl význam jen na částečném zvýšení či snížení rychlosti proudění vzduchu, což je vidět i z určité nepravidelnosti a výchylkách grafů měření.

Objekt č.1, strana 1d (první strana - u okapu)	Objekt č.1, strana 2d (druhá strana - u okapu)	Objekt č.2, strana 1d (první strana - u okapu)

TEORETICKÝ VÝPOČET

Výpočtem můžeme snadno vyčíslit rychlost prodění vzduchu dle normy ČSN 73 0540-4, kde se rychlost proudění vzduchu ve větrané vzduchové vrstvě vcav [m-s-1] stanoví takto:
a) přibližně, hodnotami pro návrh a ověření ve dvou mezních polohách
b) přesněji výpočtem ze vztahů
V normě je velmi podrobný výpočet dle bodu b), který bere v úvahu řadu dalších faktorů, jako jsou například tlaková ztráta třením, délka úseku větrané mezery, výškové rozdíly, vsazené odpory atd., nicméně ani zde není nikterak započten vliv slunečního záření, které je z grafů zcela evidentní. Z tohoto důvodu můžeme pro srovnání požít výpočet základní rychlosti proudění pouze dle bodu a).

Objekt č. 1 - strana 1
A₁=11,959^.10^-3.0,67=0,0080 m² (plocha průřezu vstupního nebo výstupního otvoru - menšího z nich)
A =20^.10^-3.0,67=0,0134 m² (plocha průřezu, pro který se stanovuje rychlost proudění)
v_a=1,50 m^.s^-1 (rychlost venkovního vzduchu dle ČSN 73 0540-3 - budova nechráněná, zatížení zvýšené)

Objekt č. 1 - strana 2
A₁=10,861^.10^-3.0,71=0,0077 m² (plocha průřezu vstupního nebo výstupního otvoru - menšího z nich)
A =20^.10^-3.0,71=0,0142 m² (plocha průřezu, pro který se stanovuje rychlost proudění)
v_a=1,50 m^.s^-1 (rychlost venkovního vzduchu dle ČSN 73 0540-3 - budova nechráněná, zatížení zvýšené)

Objekt č. 2 - strana 1
A₁=9,710^.10^-3.0,84=0,0082 m² (plocha průřezu vstupního nebo výstupního otvoru - menšího z nich)
A =39^.10^-3.0,84=0,0328 m² (plocha průřezu, pro který se stanovuje rychlost proudění)
v_a=1,50 m^.s^-1 (rychlost venkovního vzduchu dle ČSN 73 0540-3 - budova nechráněná, zatížení zvýšené)

SHRNUTÍ

Srovnání naměřených a vypočtených hodnot zjistíme, o kolik se liší.

Měřený úsek	Naměřené hodnoty [m^.s^-1]		Vypočtené hodnoty [m^.s^-1]
Měřený úsek	v_{cav, min}	v_{cav, max}	v_{cav, min}	v_{cav, max}
Objekt 1-1d	0,000	0,728	0,269	0,806
Objekt 1-2d	0,000	1,102	0,244	0,732
Objekt 2-1d	0,000	0,615	0,113	0,338

Z tabulky je zcela patrné, že během noci když dle měření proudění prokazatelně ustává, by nám dle výpočtu měl stále v konstrukci proudit vzduch.
Tabulka ukazuje průměrné hodnoty za období jednoho roku (2007/2008). I když objekty měli různou velikost větrací mezery, vliv oslunění je zde u obou patrný a to v nárůstu průměrné rychlosti proudění o cca 30%. Rozdíl mezi dnem a nocí je zde podstatně výraznější a to až desetinásobně, průměrně činí cca 300%.

ZÁVĚR

Z výsledku vidíme, že dosavadní normové výpočetní postupy zatím nepočítají se zásadním vlivem slunečního záření, respektive doby, kdy sluneční záření na konstrukci nikterak nepůsobí.
Do této kategorie kromě nočních hodin patří i vliv trvalého stínu v zástavbě, lesního porostu či sněhové pokrývky v zimním období na střechách, kde díky téměř úplnému zastavení proudění dochází k velmi rychlému zvýšení relativní vlhkosti vzduchu ve větrané mezeře.