WUFI Pro

WUFI Pro je software pro dynamické modelování jednorozměrného šíření tepla, vlhkosti a energie ve stavebních konstrukcích a materiálech.

Obrázek. Vlevo nahoře je znázorněn konstrukční systém VVÚ-ETA s vějším kontaktním zateplovacím systémem. Čtyři horní barevné obrázky znázorňují průběhy teploty a vlhkosti napříč touto konstrukcí vypočtené v softwaru WUFI Pro v náhodně vybraných dnech (0., 68., 236., 1144.). Průběh teploty pro konkrétní hodinu a den je znázorněn červenou křivkou, oranžová barva znázorňuje rozsah teplot, který již nastal napříč konstrukcí v uplynulém čase. Průběh relativní vlhkosti napříč konstrukcí v konkrétní hodině je znázorněn tmavě zelenou křivkou, zelená barva znázorňuje rozsah relativní vlhkosti v materiálech, který již nastal v konstrukci v uplynulém čase. Tmavě modrá křivka znázorňuje množství vlhkosti v materiálu v kg/m³.
Spodní dva obrázky znázorňují průběh relativní vlhkosti a teploty ve vybraném bodu konstrukce - konkrétně pod tenkovrstvou omítkou - v průběhu jednoho roku.

Obecně

WUFI Pro je software určený především projektantů, kterým umožňuje velmi přesně modelovat dynamické jednorozměrné šíření tepla, vlhkosti a energie ve stavebních konstrukcích a materiálech. Díky přesnému modelování šíření tepla a vlhkosti je možné vyhodnotit rizika spojená s nadměrnou akumulací vlhkosti, s kondenzací vodní páry anebo s růstem plísní na vnějších a vnitřních površích stavebních konstrukcí. WUFI Pro umožňuje projektantům kvalitnější návrh nových skladeb (střechy, obvodové stěny, podlahy na terénu, apod.) a nalezení optimálního řešení při rekonstrukci stávajících objektů. .

Software WUFI Pro byl vyvinut na základě disertační práce H.M.Künzela [2] v roce 1995. V současné době je vyvíjen ve Fraunhofer-Institutu für Bauphysik (IBP) v Německu. Software WUFI Pro se díky svým kvalitám postupně rozšířil a je používán téměř po celém světě.

V ČR byl software WUFI využit například pro vývoj dřevěného lehkého obvodového pláště (WIEDENWOOD s.r.o.) [2] nebo ke vnitřnímu zateplení budov (XELLA CZ, s.r.o.)

Výhody

Hlavní výhody používání softwaru WUFI Pro oproti zastaralým stacionárním výpočetním postupům jsou:

1) Přesnější modelování transportních jevů (teplo, vlhkost, energie)

Unikátní použití diferenciálních rovnic v [1] umožňuje na rozdíl od zastaralých výpočetních postupů zahrnout při modelování šíření tepla a vlhkosti konstrukcí následující fyzikální jevy:

orientaci stavební konstrukce vůči světovým stranám,
sklon konstrukce vůči horizontální rovině,
vliv barvy vnějšího povrchu stavební konstrukce na šíření tepla,
akumulaci tepla v konstrukci,
závislost součinitele tepelné vodivosti materiálu na množství vlhkosti v materiálu,
akumulaci vlhkosti v konstrukci,
závislost faktoru difúzního odporu na množství vlhkosti v materiálu,
šíření kapalné vlhkosti v porézních materiálech,
absorpci hnaného deště na vnější povrch stavební konstrukce.

2) Databáze okrajových podmínek a materiálů

Softwaru WUFI Pro využívá rozsáhlou databázi vnějších a vnitřních okrajových podmínek naměřených po celém světě. Použití této rozsáhlé databáze umožňuje modelovat nejrůznější tepelně vlhkostní zatížení stavebních konstrukcí. Do databáze je možné přidávat vlastní vnější i vnitřní okrajové podmínky.

Databáze vnějších okrajových podmínek obsahuje nejčastěji měřené hodinové hodnoty těchto veličin:

vnější teplotu vzduchu v [°C],
relativní vlhkost vnějšího vzduchu v [%],
množství srážek v [mm],
rychlost větru v [m/s],
směr větru v [°],
přímé sluneční záření v [W/m²],
difúzní sluneční záření v [W/m²],
dlouhovlnné záření oblohy v [W/m²].

Databáze vnitřních okrajových podmínek obsahuje parametry vnitřního vzduchu podle českých technických norem [3,4] a dalších doporučení [5].

Databáze materiálů obsahuje vlastnosti přes 600 stavebních materiálů naměřených ve výzkumných ústavech po celém světě. Do databáze je možné přidat svoje vlastní materiály.

Databáze obsahuje naměřené hodnoty například těchto veličin:

objemová hmotnost v [kg/m³],
porosita v [m³/m³],
měrná tepelná kapacita v [J/(Kg.K],
součinitel tepelné vodivosti v [W/(m.K)], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu),
faktor difusního odporu v [-], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu),
sorpční isotermu (rovnovážnou vlhkost),
součinitel kapilárního transport vlhkosti - sání [m²/s], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu),
součinitel kapilárního transportu vlhkosti - redistribuce [m²/s], (v závislosti na množství vlhkosti v materiálu).

3) Simulování nejrůznější tepelně vlhkostních dějů

Dynamické kontinuální modelování s libovolným časovým krokem (běžně 1 hodina) umožňuje modelovat nejrůznější fyzikální děje, které se běžně vyskytují ve stavebních konstrukcích a materiálech, například:

čas potřebný k vysušení vlhké konstrukce,
riziko kondenzace na vnitřním povrchu konstrukce,
riziko růstu plísní na vnitřním povrchu konstrukce,
vliv hnaného deště na chování obvodové konstrukce,
riziko nadměrné akumulace vlhkosti uvnitř stavební konstrukce,
chování konstrukce pří zatékání dešťové vody,
porovnání různých skladeb při rekonstrukci stávající konstrukce.

4) Grafické výstupy a jednoduché uživatelské prostředí

Obrovskou výhodou softwaru WUFI Pro je způsob prezentování výsledků výpočtů. Výstupy výpočtů je možné prezentovat pomoci:

datových řad - data je možné převést do běžných tabulkových programů (MS Excel),
obrázků - grafy závislost veličiny (např. teplota, vlhkost) v daném místě na čase,
obrázků - grafy závislost veličiny (např. teplota, vlhkost) v daném čase napříč konstrukcí,
videí - video znázorňují závislost veličiny (např. teplota, vlhkost) v konstrikci v čase.

Video. Video znázorňuje dynamický průběh teploty, relativní vlhkosti a množství vlhkosti v dodatečně zatepleném panelovém konstrukčním systému VVU-ETA.

České technické normy

České technické normy ČSN umožňují použít software WUFI Pro k tepelně vlhkostním výpočtům respektive k tepelně vlhkostnímu hodnocení stavebních konstrukcích.

V článku 6.3 normy ČSN 730540-2 [6] se píše:

"Pro hodnocení šíření vlhkosti stavební konstrukcí se připouští i výpočetní postup podle ČSN EN 15026".

Software WUFI Pro splňuje požadavky normy ČSN EN 15026 na simulační software umožňující dynamické simulace šíření vlhkosti a tepla ve stavebních konstrukcích [7]. Hodnocení stavební konstrukce pomocí dynamického modelování šíření tepla a vlhkosti přesněji popisuje skutečnost, než jednoduchá stacionární metoda "Glaserova metoda" [8] z roku 1958 respektive z roku 1939 [9], která je popsána ve dvou českých technických normách ČSN 730540-4 [10] a ČSN EN ISO 13788 [4].

V úvodu normy ČSN EN 15026 se píše:

"Tato norma definuje praktické použití softwaru pro tepelně vlhkostní simulace pro predikci jednorozměrného dynamického šíření tepla a vlhkosti ve vícevrstvých stavebních (obalových) konstrukcích vystavených dynamickým okrajovým podmínkám na obou stranách. Na rozdíl od stanovení vnitřní kondenzace v ustáleném stavu pomocí Glaserovy metody (popsané v EN ISO 13788) [v ČR: ČSN EN ISO 13788:2002 a ČSN 730540-4:2005 - pozn. autora], dynamické tepelně vlhkostní simulace poskytují detailnější a přesnější informace o rizicích souvisejících s vlhkostí v rámci stavebních konstrukcí a při návrhu jejich odstranění. Zatímco Glaserova metoda uvažuje pouze difusi vodních par a tepla v ustáleném stavu, dynamické modely zaštítěné touto normou berou v úvahu akumulaci tepla a vlhkosti, efekty latentního tepla, kapalný a konvektivní přenos při reálných okrajových a počátečních podmínkách. Aplikace takovýchto modelů se v posledních letech široce používá ve stavební praxi s výsledným významným zlepšením v přesnosti a reprodukovatelnosti tepelně vlhkostní simulace."

Více informací k šíření tepla a vlhkosti ve stavebních materiálech a konstrukcích lze nalézt například v následujících studiích [2,11,12].

Další informace

Software WUFI je kompatibilní s operačními systémy Windows. WUFI Pro využívá sedmnácti jazykových mutací včetně češtiny. WUFI Pro má příjemné a jednoduché uživatelské prostředí známé z běžných programů. Vyčerpávající nápověda a dokumentace k softwaru obsahují cca 200 stránek a jsou převážně v anglickém nebo německém jazyce.

Správné používání softwaru WUFI Pro vyžaduje zkušenosti z oblasti stavební fyziky (resp. tepelné techniky) a některé velmi základní znalosti numerických výpočetních metod.

Závěr

WUFI Pro je software pro dynamické modelování jednorozměrného šíření tepla, vlhkosti a energie ve stavebních konstrukcích a materiálech. Software využívá moderní poznatky z oblasti stavebních fyziky tepelné techniky a sleduje vývoj v českých a evropských technických normách.

WUFI Pro je určen především projektantům oboru pozemní stavby a technického zařízení budov. Jeho kvality oceňují i výrobci stavebních materiálů, výzkumní pracovníci, konzultanti a expertní kanceláře, které se zabývají problematikou stavební fyziky - tepelné techniky.

Literatura

[1]	Künzel, H.M. Simultaneous Heat and Moisture Transport in Building Components.One- and two-dimensional calculation using simple parameters. PhD Thesis. Stuttgart: Fraunhofer Institute of Building Physics, 1995.
[2]	Slanina, P., Moravec, J., Pantůčková, T., Řehák, J., Šulman, R., Vojta, A., & Wieden, P. (2024). A novel design of a unitized curtain wall with a timber only frame–basic mechanical, moisture, and fire tests and hygrothermal simulations. Journal of Building Engineering, 97, 110985.
[3]	ČSN EN 15026:2024. Hodnocení šíření vlhkosti stavebními dílci pomocí numerické simulace. Praha: ÚNMZ, 2024.
[4]	ČSN EN ISO 13788: 2019. Tepelně vlhkostní chování stavebních dílců a stavebních prvků - Vnitřní povrchová teplota pro vyloučení kritické povrchové vlhkosti a kondenzace uvnitř konstrukce - Výpočtové metody. Praha: ÚNMZ, 2019.
[5]	WTA 6-2-01. Simulation of heat and moisture transfer. Munchen: WTA Publicatons, 2004.
[6]	ČSN 730540-2-Z1:2012. Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. Změna Z1. Praha: ÚNMZ, 2012.
[7]	Benchmark Test of EN 15026. Dostupné na internetu <https://wufi.de/en/benchmark-test-of-en-15026/>
[8]	Glaser, H. Grapisches Verfuhren zur Untersuchung von Diffusionsvorgangen. Kaltetechnik, 11, 1959, 345-355, 1959.
[9]	Rose, B.R. Moisture control in the Modern Buildng Envelope: history of the Vapor Barrier in the U.S., 1923-52. APT Bulletin 28(4), 13-19, 1997.
[10]	ČSN 730540-4:2005. Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody. Praha: Český normalizační institut, 2007.
[11]	Slanina, P. Moisture Transport in Compact Flat Roofs. PhD Thesis. Praha: ČVUT v Praze, 2009.
[12]	Slanina, P. (2013). Dynamické tepelněvlhkostní hodnocení stavebních konstrukcí. Tepelná ochrana budov (5)16, 32-39.