Výpočet optimální tloušťky
tepelné izolace obalových konstrukcí dle investičních a provozních nákladů.

   - TI STĚNY

Rekonstrukce bytového domu

(energetická sanace)

Telečská 28, číslo parcely 3532
Jihlava



Vypracoval :

Vedoucí DP :

Studijní obor :

Modul (zaměření) :

Datum zakončení :

Část DP - číslo přílohy :

LUKÁŠ STANĚK

ING. V.ŽĎÁRA, CSc.

C – POZEMNÍ STAVBY A KONSTRUKCE

STAVEBNÍ FYZIKA

12/2003

S-02
Úvod
Jedním z hlavních kritérií pro úspěšnou budoucí ekologickou a ekonomickou situaci světa je, za určitých pravidel (zásady teorie udržitelného rozvoje a rozumného investování), snižovat celkovou potřebu a spotřebu energií, které jsou vydávány.
Za účelem snížit potřebu energie na vytápění objektu byla provedena studie optimální tloušťky tepelné izolace zateplení stěny v závislosti na investičních a provozních nákladech.
Obecně
Na tepelně technické vlastnosti obalových konstrukcí jsou v první řadě kladeny požadavky příslušné normy [ ČSN 73 0540-2:2002 ],
   Požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla UN
   pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou qim = 20°C
Popis konstrukce Typ
konstrukce
Požadované
hodnoty UN
(W/m2.K)
Doporučené
hodnoty UN
(W/m2.K)
Součinitel
typu
konstrukce e2 (-)
Činitel
teplotní
redukce b1 (-)
Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45° včetně lehká 0,24 0,16 0,80 1,25
Podlaha nad venkovním prostorem
Strop pod nevyt. půdou se střechou bez tep. izolace těžká 0,30 0,20 0,80 1,00
Podlaha a stěna s vytápěním
Stěna venkovní

Střecha strmá se sklonem nad 45°
lehká 0,30 0,20 1,00 1,25
těžká 0,38 0,25 1,00 1,00
Podlaha a stěna přilehlá k zemině (s vyj. dle pozn.2) 0,60 0,40 0,80 0,49
Strop a stěna vnitřní z vyt. k nevytápěnému prostoru
Strop a stěna vnitřní z vyt. k částečně vyt. prostoru 0,75 0,50 0,80 0,40
Stěna mezi sousedními budovami 1,05 0,70 0,80 0,29
Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně
Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 °C včetně 1,30 0,90 1,00 0,29
Strop vnitřní mezi prost. s rozdílem teplot do 5 °C vč. 2,20 1,45 0,80 0,14
Stěna vnitřní mezi prost. s rozdílem teplot do 5 °C vč. 2,70 1,80 1,00 0,14
Okno a jiná výplň otvoru podle 4.6 z vyt. prostoru
(včetně rámu, který má nejvýše 2,0 W/m2.K)
nová 1,80 1,20 5,50 1,15
upravená 2,00 1,35 6,00 1,15
Dveře, vrata a jiná výplň otvoru podle 4.6, z částečně vytápěného nebo nevytápěného prostoru vytápěné budovy (včetně rámu) 3,50 2,30 6,00 0,66

které musí být splněny a které jsou jedním z limitujících faktorů (omezení dolní).
Jako další kritérium může být zmíněna technická a technologická proveditelnost opatření za rozumných nákladů (omezení horní).

Mezi těmito limity se snažíme najít optimum pomocí ekonomických nástrojů zahrnujících v sobě nejen aktuální cenu materiálů a energií, ale i jejich možnou cenu v budoucnu a v neposlední řadě cenu investice, kterou by bylo možné využít jiným způsobem.

Vstupní informace

Materiály a skladby:

Cílem je najít optimální tloušťku tepelné izolace ve skladbě stěny, které je v kontaktu se vzduchem. V projektu stávající stavu se vyskytují tři tloušťky původního zdiva 600,450 a 300mm. Výpočet byl proveden pro tloušťku 450mm s tím, že rozdíl tepelného odporu původního zdiva jednotlivých tloušťek je při výraznějším zateplení zanedbatelný.

Materiál pro zateplení jsem zvolil desky z expandovaného polystyrenu, které se použijí pro kontaktní zateplení. Pro zateplení stěn je to standardní systém prováděný na stávající omítku, kotvený pomocí talířových plastových hmoždinek a opatřený finální omítkou dle výběru (akrylátová, silikátová apod.) Dle informací dodavatele systému se takto provádí zateplení do tloušťky izolace 160mm v jedné vrstvě izolantu a pro větší tloušťky je nutné použít dvě desky na sebe (např. pro 180mm = 100+80mm). To samozřejmě zvyšuje finanční náročnost takového provedení (více lepidla, větší pracnost)

Skladba zateplené stěny

  • Ukázka kontaktního zateplení obvodové stěny

Ceny materiálů

O ceník systému jsem požádal renomovanou společnost TERRANOVA, která má se zateplováním budov značné zkušenosti a dodává certifikované skladby se zárukou.
Ceník byl dodán pouze pro tloušťky do 160mm, proto byla cena pro tloušťky větší stanovena součtem 100+x do dané šíře.
Pro dvouvrstvé provedení bylo navíc počítáno s dvounásobným množstvím lepícího tmelu a cena kotvících hmoždinek byla stanovena odhadem.
O ceně práce jsem byl orientačně informován prováděcí firmou Kasten s.r.o (cena může být zavádějící a liší se pro různé zhotovitele)
Pro dvouvrstvé provedení bylo počítáno s větší pracností a tudíž i větší cenou provádění.
Dopravu uvažuji již v ceně montáže. Dále byla do kalkulace zahrnuta cena lešení, jež se uvádí u firem např. v Kč/m2.měsíc (montáže,pronájmu,demontáže). Uvažuji provádění zateplení dané fasády cca 14dní.
Celkovou DPH na systém včetně montáže jsem připočítal 5%.

Stanovení ceny energie:
viz. příloha S-01
Postup výpočtu:
Vzhledem k požadavku normy jsem vzal minimální navrhovanou tloušťku zateplení 100mm a optimalizuji výběr tloušťky od 100-200mm. Větší tl. by v daném systému byly těžko proveditelné a musela by být zvolena jiná metoda zateplení. Součinitel tepelné vodivosti izolantu byl uvažován l=0,04 (W/m.K).

Nejprve byl proveden výpočet tepelného odporu pro stávající zdivo, vč. součinitelů při přestupu tepla. K takto spočítanému odporu, byl přidán přídavný tepelný odpor izolantu dle vzorce R=d/l (m2.K/W) a součinitel prostupu tepla U (W/m2.K) byl stanoven jako převrácená hodnota.

Množství prošlé energie 1m2 bylo spočítáno zjednodušeným vzorcem:

Prošlá energie

Pomocí rozdílu teplot požadované teploty interiéru a průměrné teploty v exteriéru za otopné období, vypočteného součinitele prostupu a počtu dní v otopném období.

Ve výpočtu předpokládám meziroční nárůst ceny energie o 2% každoročně po celou dobu životnosti. Předpokládaná životnost systému je 30 let .

Provozní náklady na vytápění v jednotlivých letech vyjadřují cenu energie v příslušném roce, která projde posuzovanou plochou při daném opatření na snížení spotřeby.

Jako hodnotící (nákladové) kritérium byla uvažována čistá současná hodnota celé investice (NVP) jako součet NPV investičních a provozních nákladů. Její minimum reprezentuje pro dané podmínky nejvýhodnější variantu s nejnižšími náklady za dobu životnosti.

NVP přepočítává hodnotu investice provedené v budoucnosti na současný stav pomocí tzv. odúročitele:

odúročitel : (1+r)-T

  kde : T je časový úsek, od současnosti k době, ve které je provedena daná investice
  kde : r je tzv. diskont, který může představovat např. výnos jinak investovaných peněz
(uvažuji r=4%, což může reprezentovat např. zhodnocení dlouhodobé investice podílovým fondem apod.)

Pro investiční náklady to znamená daný přepočet například pro náklady na údržbu a obnovu, která může být buď pravidelná nebo nárazová dle stavu předmětu investice. Pro provozní náklady přepočet ceny energie vynaložené každým rokem na provoz předmětu investice.
Výpočet
Viz. samostatná příloha výpočtu
Výsledek a závěr
Byl porovnán pouze jeden systém, proto není jasně dané, že dané řešení je ideální. Pro objektivní výsledek by bylo nutné provést podobnou studii pro různé systémy s přihlédnutím k jejich životnosti, nárokům na údržbu apod. a provést jejich celkové porovnání.
Dále je také zavádějící cena zateplovacího systému od dodavatele, která se může lišit, ale zpravidla se také liší jeho kvalita.

Pro danou cenu materiálu a cenu energie vyšla dle NVP jako nejvýhodnější varianta tloušťka zateplení 160mm, jenom o něco méně než tloušťka 140mm. Z hlediska tepelně technického je jasně výhodnější varianta 160mm protože součinitel prostupu tepla činí u=0,22 (W/m2.K), oproti u=0,25 (W/m2.K) varianty 140mm. Tloušťka 170mm a více je evidentně znevýhodněna skokem v investičních nákladech, ale pravděpodobně by i bez tohoto skoku vyšla hůře než tl.160mm.

Dále byla pro nejvýhodnější variantu spočítána prostá návratnost na základě úspor kumulujících se každým rokem a také návratnost reálná s vlivem odúročitele. Pro tloušťku zateplení 160mm vychází návratnost prostá cca 7 let a reálná cca 8,5 let bráno na čtvereční metr zateplené fasády. Skutečná návratnost celého zateplení bude pravděpodobně vyšší, budeme-li brát v úvahu, že na fasádě jsou složitá místa (ostění, prostupy atd.), které ještě zvednou jeho cenu.

Ještě bylo provedeno porovnání optimální tloušťky tepelné izolace pro jiné ceny energií (které mohou reprezentovat jiné druhy topného media, či způsoby dodávaní tepla). Výsledky jsou patrné z grafů. Obecně je možné říci, že s klesající cenou energie klesá optimální tloušťka TI a větší tloušťky mají delší dobu návratnosti.

2.11. 2003, Lukáš Staněk


POUŽITÁ LITERATURA:
norma : ČSN 73 0540-2:2002
příloha č.7 k vyhlášce č.213/2001 Sb.

POZNÁMKA :
Úloha byla provedena v rámci školní práce v předmětu diplomová práce.






© 2004-2007 www.stanek-lukas.cz, Všechna práva vyhrazena. Chcete-li použít zde prezentované materiály napište mi mail.
Kontakty:
   

laky.stanek@email.cz
 
Úvodní stránka