Disertaní práce. Ing. Miloš Lain. Technika prostedí. Prof. Dr. Ir. Jan Hensen Praha

Diserta ní práce

Ing. Miloš Lain

Technika prost edí Obor

Prof. Dr. Ir. Jan Hensen Školitel

2007

Praha

Nízkoenergetické chlazení budov -

VUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prost edí

Anotace Diserta ní práce se zabývá pasivním a nízkoenergetickým chlazením budov v eské republice. Práce obsahuje analýzy klimatu, tepelných zisk i budov a systém v trání a klimatizace, zam ené na posouzení možností použití jednotlivých metod nízkoenergetického chlazení. Detailní návrh a optimalizace nízkoenergetického chlazení je prezentována v ad p ípadových studií zpracovaných po íta ovou simulací energetických bilancí a dopln ných o n která m ení a monitorování. V práci je vyzdvižena významná role po íta ových simulací pro detailní návrh a optimalizaci systém nízkoenergetického chlazení. Nízkoenergetické chlazení by m lo zajistit odvod tepelné zát že s minimální spot ebou energie

a

minimálními

p íkony.

Nízkoenergetické

chlazení

využívá

p irozených

nízkopotenciálních zdroj chladu. Mezi nízkoenergetické systémy chlazení pat í p edevším: •

No ní v trání - p irozené i nucené, jenž využívá nižších teplot vzduchu v noci

•

Adiabatické chlazení vzduchu – p em nu citelného tepla na teplo vázané p i odpa ování vody

•

Chlazení využívající chladu ze zemského polomasivu

•

Chlazení sálavé s akumula ní hmotou - chlazení stavebních desek vodou nebo vzduchem

Miloš Lain 2007

i



Summary Lowenergy cooling of buildings This PhD thesis deals with the applicability of passive and low energy cooling technologies in the Czech Republic. The work includes climate analysis, gains analysis as well as buildings and systems analysis in order to estimate the potential of passive and low energy cooling technologies. The latter detailed design is based on case studies, which include building simulation and some monitoring. The role of computer simulation in low energy building design and optimisation is presented. Low energy cooling technologies provide cooling in an energy efficient manner, thus reducing energy consumption and peak electricity demand. They do so by making use of low quality sources of cooling; whether it is ambient air or ground temperatures or warmer chilled water. Those technologies may be considered passive and hybrid cooling systems. The following low energy cooling technologies are addressed in this thesis: •

Night ventilation – lowers the temperature of the building thermal mass using night ventilation

•

Evaporative cooling – sensible heat is absorbed as a latent heat to evaporate water

•

Ground cooling – the air is cooled by the ground via matrix of piping or groundwater (aquifer) cooling

•

Slab cooling – thermal mass of slab is cooled by air or water

Miloš Lain 2007

ii



Pod kování Rád bych na tomto míst pod koval všem, kte í p isp li ke vzniku této práce. Kdybych se pokusil vypsat jména všech, kte í p isp li radou, informací, i pomocí b hem dlouhé doby, kdy tato práce vznikala, byl by to seznam dlouhý a asi by se na tuto stránku nevešel.. Za odbornou pomoc a vedení d kuji obzvlášt svému školiteli prof. Dr. Ir. Janu Hensenovi a prof. Ing. Františku Drkalovi, CSc. za jeho významnou pomoc hlavn v záv re ných fázích práce. Dále bych cht l pod kovat své rodin a p edevším své manželce a d tem, za jejich trp livost a podporu, bez které bych tuto práci t žko dokon il.

Miloš Lain 2007

iii



Obsah 1 1.2 1.3 1.4

Úvod ................................................................................................................................... 1 Cíle práce ............................................................................................................................ 3 Metody ................................................................................................................................ 3 Struktura a len ní diserta ní práce .................................................................................... 3

2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 2.7.5 2.8

Podklady pro ešení nízkoenergetického chlazení ......................................................... 5 Historie................................................................................................................................ 5 Sdílení tepla p i nízkoenergetickém chlazení...................................................................... 6 Vedení tepla ........................................................................................................................ 6 Konvekce ............................................................................................................................ 7 Sálání................................................................................................................................... 8 P irozené proud ní .............................................................................................................. 9 Proud ní vlivem rozdílných hustot ..................................................................................... 9 Tlakový rozdíl vyvolaný ú inky v tru ................................................................................ 9 Tlakový koeficient Cp....................................................................................................... 10 Proud ní vzduchu otvory .................................................................................................. 11 Po íta ové simulace .......................................................................................................... 13 Integrovaná po íta ová simulace ...................................................................................... 13 ESP-r ................................................................................................................................. 13 ESP-r sí proud ní (Flow network)................................................................................... 14 Validace a verifikace programu ........................................................................................ 15 Po íta ové simulace a role projektanta ............................................................................. 16 Legislativa eské republiky a Evropské unie ................................................................... 17 Pr kaz energetické náro nosti budov................................................................................ 17 Kontrola klimatiza ních za ízení ...................................................................................... 18 Administrativní budovy v eské Republice ...................................................................... 20 Masivní historické budovy................................................................................................ 20 Budovy s prefabrikovaným plášt m.................................................................................. 21 Pln prosklené plášt ......................................................................................................... 21 Trendy ve výstavn nových administrativních budov....................................................... 22 Typická budova pro srovnávací studie.............................................................................. 22 Spot eba elektrické energie na chlazení budov ................................................................. 23

3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3

Okrajové podmínky ........................................................................................................ 25 Klima................................................................................................................................. 25 Globální oteplování........................................................................................................... 25 Klimatické podmínky v eské republice - aplikace pro analýzy..................................... 28 Porovnání klimatických dat .............................................................................................. 30 Tepelná pohoda p i nízkoenergetickém i pasivním chlazení .......................................... 31 Standardní hodnocení tepelné pohody .............................................................................. 31 Kategorie vnit ního prost edí podle tepelné pohody......................................................... 32 Adaptivní model tepelné pohody ...................................................................................... 33 Vliv vlhkosti...................................................................................................................... 37 Vliv st ední radia ní teploty.............................................................................................. 39 Tepelné zisky .................................................................................................................... 39 Vnit ní zisky...................................................................................................................... 40 Tepelné zisky z vn jšího prost edí.................................................................................... 46 Záv r ................................................................................................................................. 47

Miloš Lain 2007

iv



4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.4 4.4.1 4.5 4.5.1 4.6

Pasivní chlazení ............................................................................................................... 48 Tvar budovy a urbanistické ešení .................................................................................... 48 Okolí budovy - tepelné ostrovy......................................................................................... 49 Efekt strom a zelen ........................................................................................................ 51 Význam vodních hladin a fontán ...................................................................................... 52 Tepelná hmota budovy...................................................................................................... 53 Stín ní budovy, oken......................................................................................................... 54 Slune ní geometrie............................................................................................................ 54 P irozené v trání ............................................................................................................... 56 Zásady pro p irozené v trání administrativních budov..................................................... 57 Záv r ................................................................................................................................. 59

5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1.6 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.4 5.4.1 5.4.2

Nízkoenergetické chlazení .............................................................................................. 60 No ní chlazení................................................................................................................... 60 Klimatické podmínky pro no ní chlazení v eské republice............................................ 64 No ní chlazení nucené – p edb žný návrh........................................................................ 66 No ní chlazení p irozené – p edb žný návrh.................................................................... 66 Za ízení pro no ní chlazení............................................................................................... 67 Stávající realizace ............................................................................................................. 67 Detailní návrh no ního v trání.......................................................................................... 67 Adiabatické chlazení ......................................................................................................... 69 Analýza klimatu ................................................................................................................ 70 P edb žný návrh adiabatického chlazení .......................................................................... 74 Za ízení pro adiabatické chlazení...................................................................................... 74 Stávající realizace ............................................................................................................. 75 Detailní návrh adiabatického chlazení .............................................................................. 75 Sálavé chlazení s akumula ní hmotou .............................................................................. 76 Vodní systém – p edb žný návrh...................................................................................... 77 Vzduchový systém – p edb žný návrh ............................................................................. 77 Regulace............................................................................................................................ 78 Za ízení pro sálavé systémy s akumula ní hmotou a jejich uplatn ní .............................. 79 Detailní návrh.................................................................................................................... 79 Využití chladu zemského polomasivu .............................................................................. 80 Vzduchové zemní vým níky............................................................................................. 80 Za ízení pro využití chladu zemského polomasivu a realizace......................................... 81

6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.4

Pasivní chlazení – p ípadové studie............................................................................... 82 Budova galerie s vysokou tepelnou hmotou budovy ........................................................ 82 Parametry prost edí bez klimatizace ................................................................................. 83 M ení teplot ..................................................................................................................... 84 Pot eba chladu pro klimatizaci galerie.............................................................................. 85 Záv r ................................................................................................................................. 85 Nov stav ná budova fakulty architektury........................................................................ 86 Popis budovy a modelu ..................................................................................................... 86 Modelované zóny.............................................................................................................. 87 Výsledky po íta ové simulace.......................................................................................... 87 Záv r ................................................................................................................................. 88 P irozené v trání spojovací lávky administrativních budov ............................................. 89 Popis objektu..................................................................................................................... 89 Model ................................................................................................................................ 91 ešení a výsledky.............................................................................................................. 91 Záv r ................................................................................................................................ 92 Záv r ................................................................................................................................. 93

Miloš Lain 2007

v



7 7.1 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3

Adiabatické chlazení ....................................................................................................... 94 Pavilon ZOO –Indonéská džungle .................................................................................... 94 Studie použití nep ímého adiabatického chlazení............................................................. 96 Popis simula ního programu pro nep ímé adiabatické chlazení ....................................... 96 Simulace nep ímého adiabatického chlazení .................................................................... 97 Výsledky ........................................................................................................................... 98 Záv r ................................................................................................................................. 99 Záv r ................................................................................................................................. 99

8 8.1 8.2 8.3

Studie možností no ního chlazení v eské republice................................................. 100 Parametry modelu ........................................................................................................... 100 Výsledky simulací........................................................................................................... 102 Záv r ............................................................................................................................... 103

9 Administrativní budova se systémem Top-cooling .................................................... 105 9.1 Popis budovy................................................................................................................... 105 9.2 P edb žné simulace v rámci projektu ............................................................................. 106 9.3 M ení a monitorování.................................................................................................... 107 9.3.1 M ení teploty vnit ního vzduchu ti (°C) v prostoru kancelá í...................................... 107 9.3.2 M ení teploty p ivád ného vzduchu a odvád ného vzduchu v kancelá ích ............... 108 9.3.3 M ení rychlosti proud ní vzduchu v p ivád cích vyústkách....................................... 108 9.3.4 Záv ry m ení objektu .................................................................................................... 109 9.3.5 Porovnání teplot .............................................................................................................. 110 9.3.6 Kontinuální záznamy funkce klimatiza ního systému a analýzy funkce systému.......... 111 9.3.7 P ehled použitých m icích p ístroj .............................................................................. 112 9.3.8 Záv r m ení a monitorování .......................................................................................... 112 9.3.9 Podklady pro kalibraci modelu ....................................................................................... 112 9.3.10 Chyby a nejistoty m ených a vyhodnocených hodnot................................................... 113 9.4 Detailní po íta ové simulace .......................................................................................... 114 9.4.1 Model budovy ................................................................................................................. 114 9.4.2 Kalibrace modelu ............................................................................................................ 115 9.4.3 Model systému klimatizace............................................................................................. 118 9.4.4 Simulace chování budovy a systému v trání a klimatizace ............................................ 120 9.4.5 Záv r detailních simulací ................................................................................................ 123 9.5 Záv r ............................................................................................................................... 124 10 Rozsáhlá administrativní budova - SOB Group...................................................... 125 10.1 Popis budovy................................................................................................................... 125 10.1.1 Technický popis základních ástí VZT systému............................................................. 126 10.2 Po íta ové simulace ........................................................................................................ 128 10.2.1 Energetická simulace celé budovy .................................................................................. 128 10.2.2 Energetická simulace vybraných kancelá í ..................................................................... 133 10.2.3 Optimalizace zasklení atrií.............................................................................................. 134 10.3 M ení a optimalizace provozu....................................................................................... 137 10.3.1 Optimalizace teploty vzduchu......................................................................................... 137 10.3.2 M ení tepelné pohody osob ........................................................................................... 138 10.3.3 Spot eby el. energie......................................................................................................... 142 10.3.4 Ov ení výkon zdroje chladu ........................................................................................ 145 10.3.5 Teploty v atriu................................................................................................................. 146 10.3.6 Záv r ............................................................................................................................... 148 10.4 Záv r ............................................................................................................................... 148

Miloš Lain 2007

vi



11 Návrh systému sálavého chlazení s akumula ní hmotou........................................... 149 11.1 Koncept technické knihovny........................................................................................... 149 11.1.1 Budova - popis ................................................................................................................ 149 11.1.2 Systém chlazení vytáp ní a v trání. ................................................................................ 150 11.2 V traná dvojitá fasáda..................................................................................................... 151 11.2.1 Model .............................................................................................................................. 151 11.2.2 Model proud ní ............................................................................................................... 152 11.2.3 Rozbor výsledk po íta ové simulace fasády................................................................. 153 11.2.4 Záv r simulace dvojité fasády......................................................................................... 156 11.3 Národní technická knihovna - model budovy ................................................................. 157 11.3.1 Model proud ní vzduchu ................................................................................................ 157 11.3.2 Vnit ní tepelné zát že...................................................................................................... 158 11.3.3 Model stropního chlazení................................................................................................ 159 11.3.4 Ov ení modelu............................................................................................................... 159 11.3.5 Výsledky po íta ové simulace........................................................................................ 160 11.3.6 Záv r - simulace budovy................................................................................................. 162 11.4 Záv r ............................................................................................................................... 163 12

Záv ry ............................................................................................................................ 164

Litaretura ................................................................................................................................. 168

Miloš Lain 2007

vii



Seznam použitých zna ek veli in a ................................... slune ní azimut

[°]

a ................................... sou initel teplotní vodivosti

[m2/s]

c ................................... m rná tepelná kapacita

[J/kg K]

c .................................. sou initel sálání erného t lesa

[W/m2 K4]

Dh ................................. charakteristický rozm r

[m]

g......................................................celkový initel prostupu slune ní energie

[-]

g......................................................tíhové zrychlení

[m2/s]

h................................... azimut normály st ny

[°]

h................................... entalpie vlhkého vzduchu

[J/kgSV]

hc .................................. sou initel p estupu tepla konvekcí

[W/m2 K]

hr .................................. sou initel p estupu tepla radiací

[W/m2 K]

I.................................... intenzita v trání

[1/h]

l0 .................................. výparné teplo

[kJ/kg]

p................................... tlak

[Pa]

pd.................................. parciální tlak par

[Pa]

R .................................. tepelný odpor p i p estupu tepla

[m2 K/ W]

r.................................... plynová konstanta

[J/kg K]

t.................................... teplota

[°C]

T .................................. absolutní teplota

[K]

Tu ................................ místní intenzita turbulence

[%]

q................................... tepelný tok

[W/m2]

U ....................................................sou initel prostupu tepla

[W/m2 K]

w .................................. rychlost

[m/s]

x................................... m rná vlhkost

[kg/kgSV]

z ................................... svislý rozm r (výška)

[m]

ecká písmena ε ................................... emisivita šedého t lesa

[-]

λ................................... sou initel tepelné vodivosti

[W/m K]

ρ................................... hustota

[kg/m3]

ϕ .................................. relativní vlhkost

[%]

Miloš Lain 2007

viii



Indexy a operátory ∆ .................................. rozdíl i.................................... vnit ní p................................... tlakový d................................... par a ................................... vzduch „“ ................................. stav sytosti m.................................. pr m r s ................................... povrch p................................... p ivád ný vzduch

Zkratky AC ............................... centrální klimatiza ní jednotka DR ............................... stupe obt žovaní pr vanem DV ............................... denní v trání venkovním tepeln neupraveným vzduchem FC ................................ cirkula ní konvektorové jednotky s ventilátorem pro chlazení/ vytáp ní (Fan Coil) IT ................................. informa ní technologie MaR............................. m ení a regulace NV ............................... no ní v trání venkovním tepeln neupraveným vzduchem PMV ............................ st ední tepelný pocit PPD.............................. procentuální podíl nespokojených VAV ............................ vzduchový klimatiza ní systém s prom nným pr tokem vzduchu (Variable Air Volume)

Miloš Lain 2007

ix


1


Úvod

Základním tématem této práce je nízkoenergetické chlazení budov, a to s d razem na administrativní budovy ve st ední Evrop , respektive v eské republice. Prvo adým úkolem p ed zapo etím ešení jakéhokoli problému souvisejícího s problematikou nízkoenergetického chlazení administrativních budov je najít odpov di na t i základní otázky. Tyto otázky lze formulovat následovn : Pro bychom se v bec m li daným problémem zabývat, Co máme k dispozici pro ešení tohoto problému a Jak m žeme tyto nástroje použít a p isp t k ešení dané problematiky. Na tyto otázky spojené s nízkoenergetickým chlazením se pokusím odpov d t nejen v rámci úvodu , ale prost ednictvím celé p edkládané práce. Úvodní otázkou je, pro bychom se m li zabývat nízkoenergetickým chlazením administrativních budov. D vodem je p edevším nesoulad dvou požadavk kladených na budovy a jejich systémy, který zejména v sou asné dob , p edevším vlivem globálního oteplování, nabývá na aktuálnosti a závažnosti. Na jedné stran dochází ke stále zvyšujícím se požadavk m na kvalitu vnit ního prost edí a sou asn je však t eba hledat zejména v souvislosti s ochrannou životního prost edí a myšlenkou trvale udržitelného rozvoje jiné, alternativní prost edky k dosažení tepelné pohody osob. N které publikace dokládají až 20% nár st produktivity práce p i zajišt ní optimálních teplotních podmínek pracujících osob.

Jako pracovní prost edek se stále ast ji a ve v tší mí e používají

výpo etní a další kancelá ské techniky. To má za následek zvyšování tepelných p íkon vybavení kancelá í. To spolu s výrazn jšími teplotními extrémy v posledních letech vede k tomu, že je klimatizace respektive chlazení kancelá ských prostor považováno pro nov

stav né, ale i

rekonstruované budovy za standard. Sou asn

je však t eba se p izp sobovat aktivitám a trend m spojených s ochranou životního

prost edí, které zakazují používání v tšiny doposud b žných chladiv vzhledem k jejich p ímým negativním ú ink m na ozónovou vrstvu a nebo na skleníkový efekt. Naprostá v tšina chladivových systém používá ke svému pohonu elektrickou energii. P i výrob el. energie v tepelných elektrárnách vzniká oxid uhli itý, který výrazn negativním zp sobem ovliv uje skleníkový efekt a p ispívá ke globálnímu oteplování. Krom toho je nutné se ve stále vyšší mí e vážn zabývat otázkou trvale udržitelného rozvoje. Trvale udržitelný rozvoj ve stavebnictví a souvisejících profesích znamená hledání takových ešení, která nabízejí nejen minimální spot eby energie b hem provozu, ale jsou i co nejjednodušší tak, aby i p i jejich výrob bylo spot ebováváno minimum energie a surovin. Toto kriterium však nespl uje v tšina pokro ilých strojních za ízení, mezi která pat í jak kompresorové chlazení, tak i n které jeho alternativy. Cílem tedy je nalézt takové systémy, které zajistí tepelnou pohodu v budovách a zárove budou znamenat minimální zatížení životního prost edí, a už energií vloženou do jejich výroby, výstavby a následné údržby, ale zejména spot ebou na samotný provoz daného za ízení i systému apod. Miloš Lain 2007

1



Jako velmi efektivní se z tohoto pohledu jeví práv nízkoenergetické systémy chlazení budov, které by m ly spl ovat oba výše zmín né požadavky. I když bylo ve sv t vydáno již n kolik rozsáhlejších publikací zabývajících se práv problematikou nízkoenergetických systém chlazení (IEA 1995 a další), stále není úpln jasná jejich klasifikace a t íd ní. V eštin není dosud používána ani jednotná terminologie.

asto se setkáváme s pojmem

alternativní chlazení. Alternativní chlazení zahrnuje alternativy (jiná ešení) ke klasickému chlazení, ale

asto jsou pod tento pojem zahrnovány i alternativní chladicí ob hy i dokonce používání

alternativních chladiv. Nízkoenergetické systémy jsou také spjaty se systémy s nízkou energií, resp. využíváním vysokoteplotního chlazení. Další pojem, který se váže k nízkoenergetickému chlazení, je chlazení pasivní, které zahrnuje p edevším návrh budov s minimálními tepelnými zisky, ale i využívání p irozených zp sob odvodu tepelné zát že systémy. Mezi nízkoenergetické systémy chlazení pat í p edevším: •

Adiabatické chlazení vzduchu (p ímé, nep ímé nebo s využitím sorp ních vým ník )

•

No ní v trání (p irozené i nucené)

•

Chlazení sálavé s akumula ní hmotou (chlazení stavebních desek vodou nebo vzduchem)

•

Chlazení využívající chladu ze zemského polomasivu

•

Systémy pro distribuci vysokoteplotního chlazení (sálavé panely, vyt s ovací v trání)

P edkládaná práce se bude zabývat p edevším rozborem a aplikací t chto metod prvních t í metod a jejich uplatn ním pro kancelá ské budovy a pasivním chlazením. Jak tedy systémy nízkoenergetického chlazení používat a jak je navrhovat. Pro v tšinu odborník zabývajících se klimatizací budov nejsou výše zmi ované systémy žádnou novinkou. Vždy no ní v trání a adiabatické chlazení mají pom rn dlouhou tradici, byly známy a využívány již p ed více než tisíci lety. Velká ást odborník je však p esv d ena, že tyto systémy nemohou v nových nebo rekonstruovaných budovách najít své uplatn ní. Navíc existuje i ada argument , které tento názor podporují. Chceme-li totiž navrhnout budovu a systém využívající práv tyto již dávno známé a velmi staré principy chlazení tak, aby spl ovaly požadavky kladené na vnit ní prost edí nyn jších kancelá í, jsme nuceni používat velmi náro né metody a výpo ty. Krom toho v tšina nízkoenergetických systém vyžaduje velmi úzkou spolupráci od první koncepce budovy (architekt) až po záv re né uvád ní budovy a systému do provozu a nastavení regulace, což je ve stávajícím systému projektování a zadávání zakázky v eské republice tém

nemožné.

Návrh v tšiny nízkoenergetických systém vyžaduje hlubší znalosti o chování budovy a systému, podrobné analýzy klimatických dat a asto i další informace. P edb žné koncepce a návrhy systém lze provád t na základ doporu ení vycházejících z klimatu v dané oblasti, fyzikálních princip systém nízkoenergetického chlazení a dosavadních zkušeností.

Základním nástrojem pro detailní

návrh t chto systém jsou p edevším po íta ové simulace. Ty slouží jak pro návrh a optimalizaci konkrétních budov a systém , tak pro obecné analýzy.

Miloš Lain 2007

2



V rámci této práce bude formou p ípadových studií prezentováno n kolik detailních rozbor nízkoenergetických systém

chlazení budov. Pro konkrétní budovy byly zpracovány detailní

po íta ové simulace v etn kalibrací, m ení a optimalizace regulace systému. V této práci je používán jako základní pojem nízkoenergetické chlazení. Jedná se o p eklad anglického velmi frekventovan užívaného pojmu „lowenergy cooling“. Tento pojem zahrnuje ur ité alternativy ke strojnímu standardnímu chlazení budov, p ípadn ke standardnímu návrhu systému chlazení, které by m ly vést k nižší spot eb energie a zárove zajistit tepelnou pohodu.

1.1 Cíle práce Cílem diserta ní práce je posoudit možnosti využití nízkoenergetického a pasivního chlazení budov v eské republice. Dalším cílem je poskytnout p ehled metod pro p edb žný a detailní návrh t chto systém . Práce se soust edí p edevším na metody využívající interakce budovy, systému v trání, p ípadn klimatizace a klimatických podmínek. Jsou to metody pasivního chlazení, no ního v trání, adiabatického chlazení a sálavého chlazení s akumula ní hmotou. D raz je kladen na administrativní budovy a jako reprezentativní lokalita s nejv tším po tem administrativních budov je zvolena Praha. V této práci není

ešen odvod tepelné zát že od IT

technologické chlazení a klimatizace

v administrativních budovách, mezi které je zahrnut i odvod tepelné zát že od IT, jež jsou nezbytnou sou ástí každé moderní administrativní budovy.

1.2 Metody V práci byly použity ty i základní metody. Jsou jimi rešerše a vyhodnocení rozsáhlých zahrani ních výzkum a zkušeností. Dále byly provedeny analýzy a syntézy okrajových podmínek a posouzení použitelnosti princip nízkoenergetického chlazení v našich klimatických podmínkách. Pro detailní ešení vybraných p ípadových studií je pak použito po íta ové simulace energetických bilancí budov. Po íta ové simulace jsou dopln ny o n která m ení a monitorování sloužící ke kalibraci model a up esn ní okrajových podmínek.

1.3 Struktura a len ní diserta ní práce P edkládaná diserta ní práce má pom rn

široký záb r. Jednotlivé metody nízkoenergetického

chlazení využívají rozdílných fyzikálních princip , což souvisí i s rozsahem jejich teoretických základ . Vzhledem k tomuto širokému záb ru a množství studií a rozbor zpracovávaných v pr b hu pom rn dlouhého asového období ešení této problematiky, je ada studií a rozbor prezentována velmi stru n s odkazem na detailní výzkumné zprávy a publikace autora. Podobn bylo v rámci této diserta ní práce využito i díl ích výsledk Miloš Lain 2007

i záv r n kterých diplomových prací zabývajících se 3



touto problematikou, které vznikly pod vedením autora diserta ní práce a na kterých se autor sám výrazn podílel. V souvislosti s tím, že je v této práci ešeno množství samostatných problém , nebylo možné p esn lenit jednotlivé kapitoly na popis stávajícího stavu ešené problematiky, teoretický základ a vlastní ešení, analýzy a záv ry. P esto je však tento p ístup k ešení problematiky dodržován, avšak v n kterých p ípadech až na úrovni jednotlivých témat (kapitol). Diserta ní práce je rozd lena celkem do 12 kapitol. V první kapitole, následující po úvodu (kapitola 2) jsou prezentovány výsledky rešerší a stanovení obecných okrajových podmínek pro

ešení

problematiky nízkoenergetického chlazení. V následující kapitole . 3 pokra ují definice okrajových podmínek, které jsou již dopln ny o analýzy a nástroje vztahující se k podmínkám

eské republiky,

zna ná ást této kapitoly už je vlastní prací autora. V následujících kapitolách (4 a 5) jsou prezentovány výsledky rešerší a v decké analýzy pro jednotlivé základní metody pasivního a nízkoenergetického chlazení, a to v etn

podklad

pro p edb žné

dimenzování jednotlivých metod nízkoenergetického chlazení a posouzení jejich aplikovatelnosti u nás. V kapitolách 6 až 11 jsou následn prezentovány konkrétní p ípadové studie zpracované metodou po íta ových simulací. Tyto studie ilustrují na p íkladech ešení reálných problém skute ných staveb vhodnost metody po íta ových simulací pro detailní návrhy systém nízkoenergetického chlazení, p ípadn prezentují obecné rozbory pro typové stavby. Kapitola 6 stru n shrnuje po íta ové simulace budov s prvky pasivního chlazení, je to budova galerie s velkou tepelnou hmotou (kap. 4.3), p edb žná studie pro nov stav nou administrativní budovu s pasivním chlazením a studie ešící p irozené v trání a odvod teplené zát že spojovací lávky administrativních budov. Kapitola 7 stru n prezentuje výsledky po íta ových simulací pro uplatn ní adiabatického chlazení. Kapitola 8 obsahuje výsledky obecné studie, která na vybrané typické kancelá i posuzuje možnosti použití no ního chlazení pro administrativní budovy. Kapitola 9 prezentuje velmi rozsáhlou studii v rámci které byl na základ m ení a monitorování, zpracován detailní model chování administrativní budovy s kombinací no ního a strojního chlazení. Tento detailní model byl použit pro optimalizaci provozu budovy. Kapitola

10

prezentuje

optimalizaci

velmi

rozsáhlé

administrativní

budovy

s prvky

nízkoenergetického chlazení jak po íta ovou simulací, tak p i uvád ní do provozu, kdy byla monitorováním a m ením ov ena rozhodnutí provedená na základ po íta ových simulací. P ípadová studie v kapitole 11 eší po íta ovou simulací stropní sálavé chlazení s akumula ní hmotou pro práv stav nou budovu. Poslední kapitolou je záv r, který shrnuje výsledky celé diserta ní práce.

Miloš Lain 2007

4


2


Podklady pro ešení nízkoenergetického chlazení

V této ásti práce jsou shrnuty základní podklady pro ešení nízkoenergetického a pasivního chlazení. Jednotlivé podkapitoly nabízejí jak teoretické podklady pro ešení systém , tak okrajové podmínky a podklady pro posuzování a optimalizaci ešení.

2.1 Historie Principy nízkoenergetického chlazení mají pom rn dlouhou tradici. Nejedná se tedy o

žádnou

novinku. Prezentované metody byly ve velké mí e využívány zejména v období p ed rozší ením kompresorového chlazení a klimatizace.

ada historických budov doposud uspokojiv funguje bez

strojního chlazení. V historických budovách byly používány prvky pasivního chlazení (vn jší stín ní, žaluzie, t žké konstrukce), p irozené v trání ( okny, v tracími šachtami apod.). Pozd ji našlo své využití adiabatické chlazení i zemní vým níky ve spojení s nuceným v tráním. Zajímavým p íkladem historických chladících systém jsou nap íklad divadla, která byla vybudována koncem 19. století firmou Fellner & Helner (viz Kaiser 2003). Tento systém byl založena na nuceném p ívodu vzduchu, bylo využíváno i p irozeného proud ní a komínového tahu vznikajícího nad lustrem osazeným sví kami. P ivád ný vzduch byl v zimn oh íván kalorifery a v lét chlazen odpa ováním vody (adiabatické chlazení).

Obr.2.1: Schéma v trání divadla (vlevo), odvodní otvor nad lustrem divadla v Karlových Varech (vpravo naho e), p vodní zd ná vlh ící komora divadla v Litv (vpravo dole)

Miloš Lain 2007

5



2.2 Sdílení tepla p i nízkoenergetickém chlazení Obecn m že být teplo sdíleno vedením (kondukce), p estupem (konvekce) a sáláním (radiace). Základní principy sdílení tepla jsou všeobecn známé a jsou publikovány krom jiného ve výukových textech (Hemzal 2007, Nový 2000, Sazima 1989). P i ešení nízkoenergetického chlazení je hlavním problémem pot eba paralelního výpo tu nestacionárního vedení tepla ve st n s okrajovou podmínkou danou p estupem tepla mezi vzduchem a st nou a bilancí sálavých tepelných tok .

2.2.1

Vedení tepla

ešení vedení tepla vychází z Fourierovy rovnice popisující nestacionární p enos tepla bez uvažování vnit ních zdroj :

∂t ∂ 2t ∂ 2t ∂ 2t = a⋅ + + ∂τ ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2

kde a =

λ ............................................................2.1 ρ ⋅c

Pro st ny v tšinou vycházíme z jednorozm rného vedení tepla

∂t ∂ 2t = a ⋅ 2 ..............................................................................................................2.2 ∂τ ∂x Existují t i základní zp soby ešení této rovnice. Zjednodušené stacionární ešení využívá známou a hojn používanou rovnici vedení tepla rovinou i válcovou st nou. Druhou variantou jsou analytická, nestacionární

ešení p i idealizovaných okrajových podmínkách skokové zm ny teploty nebo

periodické zm ny teploty (Sazima 1989, Hemzal 2007). Výsledky analytických ešení byly aplikovány pro zjednodušené p ípady ešení nestacionárního vedení tepla (Chyský 1995,

SN 730548). T etí

metodou je numerické ešení diskretizací prom nných na soustavu lineárních algebraických rovnic. Pro ešení rovnice 2.2. lze použít metody kone ných diferencí (Dunovská 1999). Toto ešení využívají simula ní programy. V programu ESP-r je každá vrstva ve st n reprezentována t emi uzly, z nichž prost ednímu je p i azena polovina hmoty (tlouš ky) vrstvy a okrajovým uzl m tvrtina. Okrajové uzly pak navazují na okrajové podmínky definované další vrstvou nebo p estupem tepla na povrchu st ny. Detailní popis numerického ešení nestacionárního vedení tepla ve st nách lze nalézt v ad publikací (Clarke 1985, Nakhi 1995, Dunovská 1999).

Obr. 2.2: Diskretizace .vedení tepla ve st n v programu ESP-r (Nakhi 1995) Miloš Lain 2007

6


2.2.2


Konvekce

P i p estupu tepla konvekcí dochází k p edávání tepla mezi tekutinou a pevnou st nou. Konvekce m že být volná (vyvolaná vztlakovými silami, které vznikají p i rozdílu tíhy), vynucená (vyvolaná vynuceným proud ním tekutiny, nap . proud ním vzduchu v prostoru) a kombinovaná. Kombinovaná konvekce se uplat uje tam, kde jsou soum itelné vztlakové a setrva ní síly) (Hemzal 2007). P i volné konvekci je sou initel p estupu tepla funkcí rozdílu teplot povrchu a tekutiny (Obr. 2.3). P i vynucené konvekci závisí sou initelé p estupu tepla p edevším na rychlosti proud ní. Ve v tšin p ípad v traných prostor se jedná o kombinovanou konvekci, kde jsou sou initele p estupu tepla závislí na obou parametrech. Vztahy

pro

sou initel

výpo et

p estupu

tepla

konvekcí jsou dob e popsány práce

2007).

Diserta ní

Vladimíra

Zmrhala

hc

(Hemzal

nabízí velmi detailní analýzu r zných vztah sou initele (Zmrhal

pro výpo et

p estupu 2005).

vztahy

tepla

Konkrétní používané Obr. 2.3: Porovnání sou initel p estupu tepla volnou konvekcí svislé st ny podle r zných autor (Zmrhal 2005) programu

v simula ním

ESP- r, v etn vztah pro kombinovaný p estup tepla v místnostech s nuceným v tráním, lze nalézt v diserta ní práci Iana Beausoleil-Morrisona

(Beausoleil-Morrison 2000). Základní sou initele

p estupu tepla v programu ESP-r vycházejí ze vztah

pro místnosti bez intenzivního vnit ního

proud ní. Rozší ené sou initele p estupu tepla konvekcí lze aplikovat i v p ípadech nuceného v trání. Nap íklad standardní vztah pro ur ení sou initele p estupu tepla stropu je:

hc = 3 ⋅10 ⋅ ∆t 0,17 ........................................................................................................2.3 Rozší ený vztah pro sm šovací v trání (Beausoleil-Morrison 2000) je potom:

1,4 ⋅ hc = +

∆T Dh

TS − T p ∆T

Miloš Lain 2007

1

4

1 3

3⋅ 1 6

6

+ 1,63 ⋅ ∆T

1 3

6

..........................................2.4

⋅ − 0,166 + 0,484 ⋅

I z

0 ,8

3

7


2.2.3


Sálání

Základní rovnice pro ešení p enosu tepla sáláním je Stefan-Boltzmann v zákon. Rovnici zá ení šedého t lesa lze zapsat ve tvaru:

qR = c ⋅ ε ⋅

T 100

4

...................................................................................................2.5

kde je c .................sou initel sálání erného t lesa 5,67 [W / m2K4] ε ..................emisivita šedého t lesa [-] Τ .................absolutní teplota [K] Z této rovnice pak vychází další ešení p enosu tepla sáláním i detailní po íta ové simulace (Zmrhal 2005, Clarke 1985). Vzhledem k tomu, že emisivity materiál mohou být r zné v závislosti na vlnových délkách, je p i detailním ešení nutno samostatn

ešit vysokoteplotní sálání (zisky

slune ní radiací) a samostatn nízkoteplotní sálání (sálání st n, osob apod.).

P i zjednodušených

výpo tech se v tšinou definuje sou initel p estupu tepla radiací ( hr). A pro výpo et sdílení tepla radiací se vychází ze vztahu:

q R = hR ⋅ ∆t ..............................................................................................................2.6

Miloš Lain 2007

8



2.3 P irozené proud ní Pro p irozené proud ní budovou existují dva zdroje tlaku. Jedná se o rozdíl m rných tíh teplejšího a chladn jšího vzduchu (v tšinou mezi vnit ním a vn jším prost edím), který zp sobuje rozdíl hydrostatických tlak sloupce vzduchu. Dále je to p sobení setrva ných sil v tru na budovu. V d sledku takto vzniklých tlakových rozdíl dochází k proud ní vzduchu otvory v budov .

ást

tlakové energie se m ní na kinetickou energii vzduchu protékajícího budovou a ást slouží pro pokrytí tlakových ztrát otvor a šachet. Základem pro ešení p irozeného proud ní je Bernoulliova rovnice (Hemzal 2007) :

p z2 y + + = konst ........................................................................................2.7 ρ ⋅ g 2⋅ g 2.3.1

Proud ní vlivem rozdílných hustot

Rozdíl tlaku vzniklý mezi dv ma sloupci vzduchu o rozdílné hustot

(teplot ) lze odvodit z rovnice

2.8 (Nový 2000):

∆p = p1 − p 2 = g ⋅

h 0

(ρ

1y

− ρ 2 y ) ⋅ dz ......................................................................2.8

Ur íme-li ze stavové rovnice závislost hustoty na teplot , pak lze za p edpokladu stálých teplot (kdy je pr b h tlaku lineární) odvodit rovnici pro rozdíl tlak pro p irozené v trání:

∆p = p1 − p 2 = g ⋅ z ⋅ (ρ1 − ρ 2 ) = g ⋅ z ⋅

p 1 1 − r T1 T2

...........................................2.9

Tyto vztahy jsou základem pro ešení v trání vlivem rozdílu teplot venkovního a vnit ního vzduchu. Vztah 2.8 je základem numerického ešení p i po íta ových simulacích a vztah 2.9 se používá p i zjednodušeném ešení. Základní parametry ovliv ující tlakový rozdíl, a tím i následné množství v tracího vzduchu, jsou výška budovy a rozdíl vnit ní a vn jší teploty. 2.3.2

Tlakový rozdíl vyvolaný ú inky v tru

Pozitivní tlak, nebo-li p etlak, je vytvá en na náv trné stran budovy, která je vystavena p ímému ú inku v tru. Podtlaková oblast se formuje na prot jší, záv trné stran a na bo ních st nách budovy. Takto vyvolaný tlakový rozdíl má za následek proud ní vzduchu p es vnit ní prostory budovy tak, že p ívodní otvory jsou v míst obvodového plášt s p etlakem a odvodní otvory v míst s podtlakem. Velikost tlaku okolního vzduchu na ur itou ást obvodového plášt je dána následujícím vztahem:

pw =

C p ρ w2 2

[Pa].......................................................................................2.10

Cp …….. tlakový koeficient [-]

ρ ………. hustota okolního vzduchu [kg/m3] w ……… rychlost vzduchu nabíhajícího na budovu [m/s]

Miloš Lain 2007

9



Tabulka 2.1: Konstanty pro výpo et rychlostních profil v tru (Allard 2002) Charakteristika okolního terénu K a z0 d Otev ená krajina 0,68 0,17 0,03 0,00 Krajina s osamocenými v trolamy 0,52 0,20 0,10 0,00 Vesnice 0,52 0,25 0,50 0,7h M sto 0,35 0,25 1,00 0,8h Velkom sto 0,21 0,33 >2,0 0,8h

α

g

1,00 1,00 0,85 0,67 0,47

0,15 0,15 0,2 0,25 0,35

Rychlost v tru se vypo ítá z funk ní závislosti a rychlosti dané meteorologickým m ením. M ení rychlosti se provádí v pevné výšce 10 m nad okolním terénem.Vítr v této výšce se v meteorologii nazývá ,,p ízemní“. Pro získání hodnoty aktuální rychlosti v tru, je nutné do výpo tu zahrnout výšku a terénní nerovnosti, které obklopují budovu proti sm ru v tru. Sou asn je t eba vypo ítat aktuální rychlost v tru w p sobícího na jednotlivé ásti budovy. Existuje celá ada vztah pro výpo et profilu v tru podle výšky. Nejednodušší je vztah založený na prinicipu zachování energie :

w = K z a .................................................................................................................2.11 w10 z ………….. svislá vzdálenost od zemského povrchu, ve které je rychlost zjiš ována [m] w10 ………… rychlost v tru dle meteorologických dat [m/s] K …………... konstanta závislá na terénních nerovnostech [-] a …………... exponent závislý na terénních nerovnostech [-] asto se používá i logaritmický rychlostní profil založený na logaritmické závislosti rychlosti v tru na svislé vzdálenosti od zemského povrchu (Allard 2002):

wl w*,l = wm w*,m

z l −d l z 0 ,l z − dm ln m z 0,m ln

kde:

w*,l w*,m

=

z 0 ,l z 0,m

0 ,1

...................................2.12

z ...... svislá vzdálenost od zemského povrchu, ve které je rychlost zjiš ována [m] w ...... rychlost v tru dle meteorologických dat [m/s] z0 ...... terénní nerovnost [m] d ...... terén nahrazující délka [m] index m znamená, že hodnota je vztažená na podmínky, p i nichž byla meteorologická data zjišt na 2.3.3

Tlakový koeficient Cp

Tlakový koeficient je empiricky odvozený parametr pro ur ení tlaku p sobícího na budovu, jenž je zp soben vlivem v tru. Tlakový koeficient zahrnuje vliv p ekážek obklopujících budovu . Hodnoty koeficientu se m ní v závislosti na sm ru v tru, orientaci plochy budovy a terénních nerovnostech proti sm ru v tru. Hodnotu koeficientu lze získat experimentáln (m ením na modelu), po íta ovou Miloš Lain 2007

10



simulací proud ní vzduchu kolem budovy (CFD) a pro n které základní konfigurace i analyticky výpo tem z odvozených vztah . Analytický model (Grosso1992) je založen na parametrické analýze výsledk z dvojího m ení v aerodynamickém tunelu. Skládá se z množství vztah mezi tlakovým koeficientem odvozeným z modelu budovy obdélníkového tvaru a množstvím ovliv ujících parametr . Tyto parametry lze rozd lit do t í skupin. První skupinu p edstavují klimatické parametry (exponent rychlostního profilu v tru, úhel výskytu v tru); druhou skupinu tvo í parametry venkovního prostoru (hustota zástavby okolo budovy, relativní výška okolních budov v i budov

ešené, p i emž

se p i výpo tu p edpokládá, že obklopující budovy jsou pravidelné kvádry o stejné výšce). T etí skupinu p edstavují geometrické parametry budovy. Pr b h tlakových koeficient pro jednotlivé body strany 2 v závislosti na úhlu v tru

1.2

xl-relativní pozice na ploše

1.0

Tlakový koeficient - Cp [-]

0.8 0.6 0.4

0,06

0.2

0.17

0.0

0.28

-0.2

0.39

-0.4 -0.6

0,5

-0.8

0.61

-1.0

0,72

-1.2

0,83

Úhel v tru od normály -

360

340

320

300

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

-1.4

0,94

[°]

Obr. 2.4: Ukázka pr b hu tlakových koeficient v tru (Honc 2001) 2.3.4

Proud ní vzduchu otvory

Pro p irozené v trání je rozhodující tlakový rozdíl p sobící na otvor v plášti budovy. Dispozi ní tlak daný sou tem tlakových ú ink rozdílných hustot a tlakových ú ink vlivem v tru se rozd lí na jednotlivé tlakové odpory (p ívodní otvor, vnit ní propojení a odvodní otvor). P i p irozeném v trání budov se nej ast ji vyskytují t i typy otvor (Hensen 1991): Št rbiny (typický rozm r menší než 10 mm), pro které platí rovnice

m = C⋅ l ⋅ (∆p )

n

.................................................................................................(2.13)

m ……. pr tok št rbinou [kg/s] ∆p …… tlakový rozdíl na otvoru [Pa] l ……. délka št rbiny [m] n …….. pr tokový exponent [-] C …….. pr tokový koeficient [kg s-1 m-1 Pa-n]

Miloš Lain 2007

11



Hodnota pr tokového exponentu n závisí na režimu proud ní a je n = 0,5 pro pln turbulentní proud ní a n = 1,0 pro laminární proud ní. V praxi se hodnoty pr tokového exponentu pohybují v rozmezí od 0,6 do 0,7. Rozlehlé otvory (typický rozm r v tší než 10 mm)

m = C d ⋅ A ⋅ 2 ⋅ ρ ⋅ ∆p ...........................................................................................(2.14) Otvory s obousm rným proud ním definovaný podle Cockrofta (nap . dve e)

m=ρ⋅

2 2 ⋅ Cd ⋅ W ⋅ H ⋅ 3 ρ

1

3

2

⋅

3

C a 2 ⋅ −C b 2 Ct

...............................................(2.15)

kde Ca = 1 −

Hr Hr ⋅ C t + ∆p C b = ∆p − ⋅ Ct H H

Ct = g ⋅ pa ⋅

H 1 1 ⋅ − ra Ti Te

Cd ..... ..........výtokový sou initel [-] A .................plocha otvoru [m2] ρ..................hustota vzduchu [kg/m3] ∆p ...............rozdíl tlak [Pa] H .................výška otvoru [m] Hr................referen ní výška [m] ra .................plynová konstanta suchého vzduchu [287,1 J/kgK] pa .................atmosférický tlak [Pa] g..................tíhové zrychlení [m/s2] T .................absolutní teplota vzduchu [K]

Miloš Lain 2007

12



2.4 Po íta ové simulace

Základním nástrojem pro ešení detailního navrhování a optimalizaci systém nízkoenergetického chlazení jsou po íta ové simulace. 2.4.1

Integrovaná po íta ová simulace

Po íta ová simulace je jednou z nejnáro n jších metod pro posouzení chování budov a systém techniky prost edí, kterou lze uplatnit p i detailním návrhu klimatiza ních za ízení nebo posouzení pasivního chlazení (Lain 1999, Barták 2001, Drkal 2001). Od standardních návrhových postup

se liší

p edevším kompletním zahrnutím dynamiky chování budovy a systému. Práv to je d vod vhodnosti užití této metody pro ešení systém s vysokou akumulací (Obr. 2.5). Hlavní nevýhodou po íta ových simulací jsou výrazn vyšší nároky p i sestavování modelu a zpracování výsledk vlastní simulace. Nároky jsou kladeny jak na množství a kvalitu vstupních informací a použitou výpo etní techniku, tak na odbornou zp sobilost osob Obr. 2.5: Schéma integrované po íta ové simulace ešících daný problém. Na druhé stran je však nespornou p edností simulace velmi detailní analýza a možnost porovnání n kolika variant ešení. Integrovaná simulace nepracuje pouze s budovou, ale zahrnuje i chování systém

s budovou

spojených (vytáp ní, v trání a klimatizace), zdroj energie a navíc zohled uje i zm ny vnit ních i venkovních podmínek. Vzhledem k tomu, že výsledky po íta ové simulace jsou velmi podrobné, lze je asto použít i k vyhodnocení dalších parametr (nap íklad parametr tepelného komfortu). 2.4.2

ESP-r

Pro integrované po íta ové simulace bylo použito simula ní prost edí ESP-r (Environmental System Performance – research). Tento program byl vyvinut na University of Sthratclyde v Glasgow a p edstavuje komplexní nástroj pro po íta ové simulace budov a áste n i systém techniky prost edí. Program je celosv tov hojn užíván a uznáván a spolu s programem EnergyPlus (DOE) ho lze nazvat základním nástrojem pro ešení energetických bilancí budov. Program ESP-r je založen na komplexním numerickém ešení všech energetických tok v budov a systému. Prost edí programu je graficky orientované a obsahuje i podklady o klimatu a stavebních konstrukcích. Výpo ty zahrnují stín ní, spektrální a úhlové zohledn ní optických vlastností oken, ur ení parametr komfortu, modelování proud ní vzduchu a jiné. Program je ur en p edevším pro výzkum. Z tohoto d vodu je také hlavní d raz kladen na exaktnost a možnost nastavení okrajových podmínek výpo t . Po íta ová simulace vychází z ešení energetických bilancí jednotlivých zón.

Miloš Lain 2007

13



Každá zóna je ohrani ena stavebními konstrukcemi. V celé zón se p edpokládá konstantní teplota vzduchu. Základem pro výpo et je model budovy, který popisuje geometrii a detailní tepeln

technické

vlastnosti jednotlivých st n, jejich vrstev a povrch . U pr svitných konstrukcí se definují pohltivosti a odrazivosti jednotlivých vrstev v závislosti na úhlu dopadu slune ního zá ení. Vnit ní zisky jsou definovány bu jako celkové ve W nebo m rné ve W/m2. Definován je i pom r sálavé a konvektivní ásti tepelných zisk . Dalším d ležitým parametrem simulace jsou tepelné toky zp sobené proud ním vzduchu. Ty lze definovat jako asový pr b h intenzit v trání, p ípadn pr tok vzduchu p ivedeného z jiné zóny. Pr b h intenzity v trání lze definovat i jako sí

ešící proud ní vzduchu (flow network) a

tu sí následn propojit s danou zónou. Podobným zp sobem je možné definovat i sí tepelných tok reprezentující klimatiza ní i vytáp cí systém. Simulace vychází z hodinových klimatických dat.Pro budovu se simulace v tšinou provádí v hodinovém kroku, a to bu

z vybraného

asového období nebo se využívá referen ní rok

odpovídající pro dané místo. Zónová metoda simulace vychází z p edstavy budovy jako souboru kone ného po tu ohrani ených makroskopických zón, které se vzájemn liší velikostí a vnit ními podmínkami (ESRU 2001, 2002). Každá zóna se chová jako dokonale promíchávaná nádoba tzn., že její vnit ní prost edí je teplotn a vlhkostn homogenní. Teploty vzduchu a st n v zónách se mohou m nit s asem. Mezi jednotlivými zónami navzájem nebo mezi zónami a okolím je možná vým na energie (vedení, proud ní a sálání tepla) a vým na hmoty (proud ní vzduchu). Po íta ová simulace objektu poskytuje p edpov

tepelných ztrát, tepelných zát ží, parametr

vnit ního prost edí (v etn teploty povrch st n) a spot eby energie jak na vytáp ní, tak chlazení, a to pro jednotlivé zóny i pro simulovaný objekt jako celek. Nutnou podmínkou pro získání relevantních výsledk

je zadání pr b hu venkovních klimatických podmínek (obvykle s hodinovým asovým

krokem). Pro daný okamžik je v celé zón pouze jedna reprezentativní hodnota teploty vzduchu. Každá st na jakékoli zóny má jedinou povrchovou teplotu, p i emž teploty jednotlivých st n v jedné zón se mohou navzájem lišit. Z principu zónové metody plyne, že není možné vystihnout n které detaily týkající se sledované zóny. Nap íklad není možné pozorovat obrazy proud ní podél st n, lokální vliv tepelných most , rozložení teplot vzduchu v prostoru apod. 2.4.3

ESP-r sí proud ní (Flow network)

Pro simulaci proud ní mezi zónami v budov

i mezi zónou a okolím (venkovním prost edí) slouží

modul programu ESP-r - tzv. sí proud ní (flow network). Modul využívá uzlovou sí (Obr. 2.6). Jednotlivé uzly (nod) jsou propojeny (connection) p es p edem definované komponenty (component). Metoda ešení pr tok vzduchu je založena na principu rovnice kontinuity a Bernouliho rovnice v tlakové form . Jednotlivé tlakové uzly mohou být navázány na ur itou zónu nebo mohu mít formu

Miloš Lain 2007

14



okrajových podmínek, a to bu vn jšího prost edí s ur ením orientace a tlakového sou initele v tru, p ípadn konstantních tlakových pom r . Každá komponenta (component) má definovanou závislost tlakových ztrát a pr toku vzduchu (Hensen 1991).

Spojení

Komponent a

Uzel

Uzel

Obr. 2.6 : Schéma propojení sít proud ní – naho e celá sí (Hensen 1991), dole detail jednoho spojení 2.4.4

Validace a verifikace programu

Tato práce si v žádném p ípad neklade za cíl jakoukoli validaci (ov ení platnosti) nebo verifikaci (ov ení správnosti) programu ESP-r. Validace i verifikace programu byly provedeny v rámci ady mezinárodních projekt a výzkumných prací. P i správném použití a zadávání vstup lze výsledky získané simulací v programu ESP-r považovat za správné. Validace programu zahrnovaly p edevším následující oblasti: Rešerše použitých teorií; Kontrola programování; Analytické ov ování; Vzájemné srovnávání program ; Porovnávání simulovaných a experimentáln zjišt ných hodnot.

Strachan

(2006) zmi uje 21 nejrozsáhlejších valida ních a verifika ních projekt a 8 základních PHD prací zabývajících se ov ováním a dalším vývojem programu. ESP-r bylo zahrnuto do všech program Mezinárodní energetické agentury (IEA anex 1,4,10,21, IEA task 8,22) zabývající se po íta ovými simulacemi. ESP-r slouží i v ad p ípad jako referen ní model pro ov ování dalších program . Na správnost výsledk mají velký vliv vstupní hodnoty a správné použití programu. Pro program ESP-r není zatím zaveden jednotný systém validace uživatel . Základem krokem k jakési validaci uživatel programu ESP-r jsou kurzy, školení a rovn ž individuální konzultace. Autor této práce absolvoval základní a následn i pokro ilý kurz již v roce 1996, a to p ímo na vývojovém pracovišti programu (ESRU Unit, Mechanical Engineering Faculty, University of Strathclyde). Autor práce s tímto

pracovišt m

spolupracoval

i

na

n kolika

dalších

výzkumných

projektech.

Jedny

z nejnáro n jších simulací (viz p ípadová studie v kap. 9) byly zpracovány v pr b hu roku 2003 b hem druhé stáže na pracovišti této univerzity. Miloš Lain 2007

15



2.5 Po íta ové simulace a role projektanta Každý projektant provádí ur itou optimalizaci ve všech stupních projektové dokumentace a snaží se navrhnou takový systém, který co nejlépe zajistí kvalitní prost edí a zárove bude mít minimální spot eby energie. Tato role projektanta je však velmi komplikována stávajícím standardem, kdy je obvykle každý stupe

projektové dokumentace zpracováván jiným subjektem. Situaci navíc

komplikuje skute nost, že spolupráce jednotlivých profesí je asto velmi omezená i problematická. V situaci takto komplikovaného postupu je pro koordinaci a p enos myšlenek a idejí d ležitá role investora a odborného konzultanta. Podobný problém nastává v p ípad dopln ní projektu o odborné studie. Detailní studie a po íta ové simulace se používají v tšinou pro vy ešení konkrétního díl ího problému. Detailní po íta ové studie však mají velký potenciál i pro další stupe , a to p i optimalizaci v rámci komplexního p ístupu k projektování výstavby a uvád ní budovy a systému do provozu. Využití po íta ových simulací v projektování systém v trání a klimatizace budov m že být velmi rozmanité a široké. Simulace se mohou uplatnit od prvních koncep ních rozhodnutí až po finální optimalizace provozu. V procesu projektování a výstavby vzniká zna ný rozpor v požadavcích a použitelnosti simulací (Hopfe 2006). V po áte ních stádiích dochází k nejd ležit jším projek ním rozhodnutím a výsledky po íta ových simulací by byly pro projektanta jednozna n velmi užite né. Nicmén

v této po áte ní etap

sou asn

není ješt

dostatek informací, které jsou pro detailní

po íta ovou simulaci podmínkou. Naopak ve stádiu, kdy je k dispozici již dostate né množství podklad pro detailní po íta ové simulace, je budova a systém tém

navržena a tv r í proces ukon en

(Obr 2.7).

použitelnost simulací zkušenosti a znalosti tv r í proces

Obr. 2.7: Schéma použitelnosti simulací a tv r ího procesu projektant (Hopfe 2006)

Miloš Lain 2007

16



2.6 Legislativa eské republiky a Evropské unie Legislativa v eské republice se již léta zabývá spot ebou energie pro vytáp ní budov. Spot eba energie na chlazení budov však z stávalo po dlouhou dobu pon kud opomenuto. Impulsem, kterým se i chlazení stalo p edm tem zájmu a za alo se za le ovat do našich zákon , je proces probíhající v Evropské unii. Jedná se o proces ozna ovaný EPBD (Energy Performance Building Directive), jehož cílem je snížení veškeré energetické spot eby budov. V rámci EPBD vznikl soubor požadavk a doporu ení pro energetické hodnocení budov (sm rnice 2002/91/ES o energetické náro nosti budov). lenské státy EU se zavázaly tyto požadavky týkající se energetické spot eby budov p ijmout a implementovat do vlastních zákon a vyhlášek. V tomto souboru je energetické hodnocení budov (energetický štítek), které má zahrnovat krom jiného i spot eby energie na chlazení. Dále se jedná o požadavek na provád ní inspekcí klimatiza ních za ízení o jmenovitém výkonu v tším než 12 kW. Energetickou náro nost budov upravuje Zákon . 177/2006 Sb., kterým se m ní zákon . 406/2000 Sb. o hospoda ení energií ve zn ní pozd jších p edpis . 2.6.1

Pr kaz energetické náro nosti budov

Dne 1. 7. 2007 vešla v ú innost nová vyhláška . 148/2007 o energetické náro nosti budov, která definuje tzv. Pr kaz energetické náro nosti budovy. Tento pr kaz nahrazuje p edchozí Energetický pr kaz budovy podle vyhlášky . 291/2001 Sb.. Nový pr kaz energetické náro nosti budovy hodnotí budovu z hlediska všech energií, které do budovy vstupují – tedy z hlediska energie na vytáp ní, chlazení, oh ev teplé vody, v trání a osv tlení. Pr kaz energetické náro nosti budovy bude podle novely energetického zákona od 1. 1. 2009 povinnou sou ástí dokumentace p i stavb nových dom a v mnoha dalších p ípadech. Tab. 2.2: Klasifika ní t ídy hodnocení energetické náro nosti budovy podle vyhlášky 148/2007 Sb., hodnoty jsou uvedeny v kWh·m-2 za rok (Kabele 2007) Druh budovy

A

B

C

D

E

F

G

Rodinný d m

< 51

51 - 97

98 - 142

143 - 191

192 - 240

241 - 286

> 286

Bytový d m

< 43

43 - 82

83 - 120

121 - 162

163 - 205

206 - 245

> 245

Hotel a restaurace

< 102 102 - 200

201 - 294

295 - 389

390 - 488

489 - 590

> 590

Administrativní budova

< 62

124 - 179

180 - 236

237 - 293

294 - 345

> 345

Nemocnice

< 109 109 - 210

211 - 310

311 - 415

416 - 520

521 - 625

> 625

< 47

47 - 89

90 - 130

131 - 174

175 - 220

221 - 265

> 265

< 53

53 - 102

103 - 145

146 - 194

195 - 245

246 - 297

> 297

Budova pro < 67 velkoobchod a maloobchod

67 - 121

122 - 183

184 - 241

242 - 300

301 - 362

> 362

Budova vzd lávání Sportovní za ízení

Miloš Lain 2007

pro

62 - 123

17



Povinnost zpracovat a na ve ejném míst vystavit pr kaz energetické náro nosti budovy budou mít také provozovatelé budov (blíže specifikovaných v novele zákona 177/2006 Sb) nad 1000 m2 podlahové plochy. Pr kaz energetické náro nosti budovy klasifikuje budovy do sedmi kategorií - od velmi úsporných (A) až po mimo ádn nehospodárné (G). Podrobnosti hodnocení požadavk

na energetickou náro nost budovy pro za azení budovy do

p íslušné klasifika ní t ídy jsou stanoveny podle tabulky 2.2 pro vypo tenou ro ní m rnou spot ebu energie v kWh·m-2. M rné spot eby energie v kWh·m-2 ve t íd C jsou pro vyjmenované druhy budov hodnotami referen ními (Kabele 2007). 2.6.2

Kontrola klimatiza ních za ízení

Cílem pravidelné kontroly klimatiza ních za ízení je snížit spot ebu energie a omezit emise oxidu uhli itého. Kontrola by m la zahrnovat posouzení ú innosti klimatizace a velikosti za ízení v porovnání s požadavky na chlazení budovy. Práv tento požadavek p edstavuje základní problém kontrol klimatiza ních za ízení. Kontrola by nem la být zam ena pouze na ov ení ú innosti systému, ale m la by sou asn posoudit i vhodnost systému a jeho provozování s ohledem na pot eby budovy. Hledáme-li minimální spot ebu energie p i zajišt ní požadovaných parametr

prost edí, je t eba

posoudit jak vlastní klimatiza ní za ízení, tak jeho provozování a regulaci v kontextu s budovou a požadavky na vnit ní prost edí. To nelze provést žádným jednoduchým výpo tem i testem. Systém, budova, klimatizace i regulace má adu vstupních parametr , které výrazn ovliv ují jak spot ebu energie, tak parametry vnit ního prost edí. Proto pokud by kontrola m la být východiskem pro zajistit ur ité optimalizace, vyžadovala by zpracování ady studií, výpo t , po íta ových simulací, m ení a testování. Takové posouzení je však asov i finan n velmi náro né a nelze ho proto pro každou budovu s klimatizací se jmenovitým výkonem nad 12 kW provést. V prvním konceptu pro kontrolu (inspekci) klimatiza ních systém zpracovaném v rámci projektu Phare CZ2003/004-338.02.02 (Lain, Kodytek 2005), který vychází z dokumentu TC 156 (2005), je rozsah p sobnosti( eho, koho?) definován takto: Kontrola by m la posoudit následující body: p vodní navrženou koncepci systému a jeho regulaci vzhledem k typu a provozu budovy shodu systému s originálním

ešením (projektem) a následné úpravy, skute né požadavky

vzhledem k sou asnému stavu budovy správné fungování systému funkci a nastavené hodnoty r zných ovládacích/regula ních prvk funkci a montáž r zných komponent p íkon a výsledný energetický výkon. Kontrola klimatiza ních systém by m la probíhat v následujících krocích:

Miloš Lain 2007

18



Seznámení se a posouzení p vodní dokumentace systému (projektová dokumentace, energetické studie a posudky zpracované v rámci projektu). Seznámení se s dokumentací zm n systému i budovy (projektová dokumentace zm n, evidence zm n v provozu budovy i klimatiza ního systému). Seznámení se s dokumentací uvedení do provozu, revizí a posudk (protokoly uvedení za ízení do provozu, revize, energetické studie, m ení, posudky a audity zpracované b hem provozu). Seznámení se se záznamy m ení spot eby energie pro chlazení budovy a klimatiza ního systému. Dalším kroky kontroly: Prohlídka (vizuální kontrola) jednotlivých ástí klimatiza ního systému a ov ení jejich shody s p vodním projektem i dokumentací zm n (zdroje chladu, vým níky, ventilátory, systém m ení a regulace). Ov ení funkce klimatiza ního systému a jeho komponent (zdroje chladu, vým níky, ventilátory) Ov ení provozu a regulace klimatiza ního za ízení (záznamy m ení a regulace, ov ení parametr vnit ního prost edí). Cílem kontroly je vypracování zprávy obsahující záv ry jednotlivých krok zhodnocení, návrhy na dopln ní podklad

kontroly, jejich

a doporu ení zm n, odstran ní nedostatk

a zlepšení

provozu klimatiza ního systému. Výsledná vyhláška vydaná ministerstvem pr myslu a obchodu 19. íjna 2007 je velmi stru ná, v zásad se shoduje s výše zmín ným postupem. Kontrola klimatiza ních systém zahrnuje: a) identifikaci klimatiza ního systému b) posouzení dokumentace z hlediska úplnosti a aktuálnosti c) vizuální prohlídku klimatiza ního systému na p ístupných místech d) ov ení stavu údržby klimatiza ního systému e) ov ení funkce klimatiza ního systému Kontrola klimatiza ního za ízení provád ná v rozsahu a podle výše popsané metodiky spl uje požadavky sm rnice 2002/91/Es. Je však otázkou, jak d kladn by m lo být k jednotlivým krok m p istupováno, jak detailní ešení bude požadováno. P i p ílišném zjednodušení se z kontroly stane jen další zbyte ný byrokratický úkon. Na druhou stranu pro detailní ešení asto chybí prost edky, as a i dostate ný po et odborník . Navíc v eské republice nebyla a stále není spot eb energie pro chlazení v nována dostate ná pozornost. Naprosto chybí sledování této spot eby, a to jak u provozovatel budov (není na ízeno odd lené m ení spot eby energie pro chlazení a provoz klimatizace), tak centrální sb r a vyhodnocování dat. Je pravd podobné, že výše zmi ované zákony a vyhlášky p isp jí k zvýšení zájmu o snížení spot eby energie budov pro chlazení. Stávající stav legislativy však dosud není dostate n ú inným nástrojem pro výrazné prosazení nízkoenergetického chlazení budov. Miloš Lain 2007

19



2.7 Administrativní budovy v eské Republice V této kapitole je podán zkladní p ehled o typu administrativních budov vyskytujících se v eské republice, systémech chlazení a klimatizace v t chto budovách a možnostech uplatn ní nízkoenergetického chlazení. Je velmi obtížné ur it typickou podobu administrativní budovy. P estože v dob 60. a 70. let minulého století, kdy byla komunistickým režimem výstavba obytných dom v celé republice typizována a unifikována, u administrativních budov tento trend nebyl tak výrazný. Lze vysledovat ur ité základní etapy a podle nich provést ur ité len ní administrativních budov. Výstavba administrativních budov je založena na konkrétním architektonickém návrhu. N kte í architekti navrhují budovy p edevším s d razem na estetické parametry, ale ada architekt hledá i ešení zohled ující energetické nároky. To se odráží ve velkém množství r zných podob administrativních budov, kdy byly vybudovány jak pln prosklené budovy (30. léta minulého století), tak masivní budovy z plných cihel, které byly budovány zejména v letech devadesátých. 2.7.1

Masivní historické budovy

Do kategorie masivních historických budov spadají všechny rekonstruované historické budovy v centru Prahy a ad dalších m st. Tyto budovy jsou nez ídka využívány jako administrativní budovy a již státní správou nebo zahrani ními i domácími firmami. Do této kategorie lze za adit rovn ž budovy, které byly vystav ny jako administrativní a období dokon ení výstavby spadá p ibližn do padesátých let minulého století.

Jedná se o masivní budovy

z plného zdiva (cihla nebo kámen) s relativn malou plochou oken (cca 30 % fasády). Tyto budovy, už vzhledem k dob

svého

vzniku, byly stav ny jako neklimatizované, pasivní. P estože se jedná vesm s z pohledu klimatizace o pasivní budovy, byly a n které z nich jsou i v sou asné dob schopny zajistit p ijatelné pracovní podmínky a tepelnou pohodu osob (Obr. 2.8). P í inou mnoha problém a dodate ných instalací klimatizace je p edevším zm na užívání budovy. S rostoucím zefektiv ováním využití kancelá ských prostor klesá p dorysná plocha na jednoho pracovníka a zárove roste tepelná zát ž od kancelá ské techniky. P i rekonstrukcích se navíc asto osazují podhledy a dodate né tepelné izolace, které výrazn snižují schopnost akumulace tepla

Obr. 2.8: Ukázky fasád masivních historických budov (Valdštejnský palác, palác Metro)

do stavebních konstrukcí. P i dodate né instalaci klimatiza ních i pouze chladicích jednotek jsou tyto jednotky v mnoha p ípadech výrazn p edimenzovány a navíc i nevhodn provozovány. Pro masivní Miloš Lain 2007

20



historické budovy se asto jako nejvhodn jší jeví zachování pasivního charakteru stavby, omezení vnit ních i vn jších tepelných zisk a p ípadn zajišt ní mírného chlazení nap íklad formou nuceného p ívodu tepeln upraveného vzduchu. 2.7.2

Budovy s prefabrikovaným plášt m

U administrativních budov realizovaných v polovin minulého století je možné vysledovat ur itou tytpizaci. Vznikla

ada budov s monolitickým betonovým skeletem a lehkým obvodovým

sendvi ovým plášt m, s velkým podílem oken (cca 60 %) (Obr. 2.9). V tšina t chto budov nebyla klimatizována ani nucen v trána a ada z nich m la stropní vytáp ní systémem Crittall (trubky sou ástí stropní konstrukce). Tyto budovy jsou v sou asné dob

asto rekonstruovány, u n kterých se

Obr. 2.9: Fasáda budovy s prefabrikovaným plášt m (fakulta strojní VUT v Praze), celkový pohled a detail provádí vým na celého plášt nebo dochází alespo k vým n oken a nez ídka je i dodate n instalováno chlazení (klimatizace). Tyto budovy mají pom rn dobré základní podmínky pro využití no ního v trání, p ípad sálavého chlazení s akumula ní hmotou. Problém však p edstavuje absence rozvod vzduchu. Problematické jsou i postupné rekonstrukce, kde se bez celkového detailního návrhu provede osazení klimatiza ních i chladících jednotek. 2.7.3

Pln prosklené plášt

P ibližn od devadesátých let minulého století byla budována ada administrativních budov s pln proskleným plášt m. Tento architektonický trend ve zna né mí e p etrvává i u sou asných moderních

Obr. 2.10: Moderní budovy Miloš Lain 2007

21



budov. Provedení obvodového plášt i vnit ních konstrukcí je pom rn individuální a vzhledem k pom rn vysoké tepelné zát ži a vysokému požadovanému tepelnému komfortu se do prosklených budov již záhy instalovala klimatiza ní za ízení. 2.7.4

Trendy ve výstavn nových administrativních budov

V eské republice neexistuje jednotná metodika pro navrhování nových administrativních budov. Architektonický projekt budovy je relativn nezávislý a záleží na invenci a zam ení jednotlivých architekt , jakou podobu budovy vytvo í. Obecn však lze íci, že po et architekt up ednost ujících celkovou energetickou koncepci budovy p ed estetickými hledisky je pom rn malý. Výsledkem je pom rn velký podíl pln prosklených administrativních budov, které však postrádají prvky vn jšího stín ní. V tšina z nich nespadá do kategorie nízkoenergetických budov, p i emž jsou závislé na klimatizaci (chlazení), bez níž se neobejdou. Existují i nov stav né administrativní budovy bez klimatizace. I v t chto p ípadech však velmi asto nejsou pln dodrženy zásady pasivního chlazení a pro dodržení tepelné pohody je klimatizace asto instalována dodate n . 2.7.5

Typická budova pro srovnávací studie

V následujících kapitolách bude pro posouzení možností nízkoenergetického chlazení krom jiného používána rozsáhlá studie „Alternatives to Compressive Cooling in Non-Residential Buildings to Reduce Primary Energy Consumption“ zpracovaná Behne (1997). Tato studie byla zpracována pomocí programového balíku DOE 2 vyvinutého na Lawrence Berkeley National Laboratory v USA. Studie porovnává jednotlivé alternativní zp soby chlazení se standardním chlazením využívajícím chladivový ob h. Výpo ty jsou zpracovány pro typickou kancelá skou budovu (viz obr.2.11) v p ti lokalitách (dv v N mecku, jedna ve Švýcarsku a dv v USA). P evzatý stru ný popis typické budovy pro srovnávací studie (Behne, 1997) je uveden v této podkapitole.

37.44

18.72 Obr. 2.11: P dorys typického podlaží Miloš Lain 2007

22



Výsledky zmín né studie jsou prezentovány v kapitolách zabývajících se jednotlivými metodami nízkoenergetického chlazení. Typická kancelá ská budova je p tipodlažní. Její tepeln technické vlastnosti konstrukcí odpovídají nov stav né budov v roce 1996 v dané lokalit . Obvodové st ny jsou masivní betonové (200 mm), s tepelnou izolací (120 mm), vzduchovou mezerou (50 mm) a vn jší fasádou. Sou initel prostupu tepla odpovídá 0,25 W/m2K. Stropy jsou betonové, vnit ní p í ky lehké. Jako standardní chlazení je uvažován klimatiza ní systém s prom nným pr tokem vzduchu (VAV) s vodním chladi em. Zdrojem chladné vody je kompresorová jednotka s chladivovým ob hem a chladicími v žemi. Systém je dopln n o zp tné získávání tepla kapalinovým okruhem. Klimatiza ní systém byl nejprve optimalizován pro dosažení minimální spot eby enrgie. Pro možnost posouzení vztažené na

eskou republiku lze aplikovat výsledky odpovídající lokalit

Berlín.

2.8 Spot eba elektrické energie na chlazení budov Mnohé výsledky zahrani ních studií dokládají, že budovy ve st ední Evrop spot ebovávají 40 až 50% z celkové spot eby primární energie. Z toho p ibližn 10% p ipadá na spot ebu energie pro chlazení (Santamouris 1996, Heap 2001). V p ípad nov stav ných a rekonstruovaných budovách díky stéle rostoucím tepelným odpor m st n výrazn klesá spot eba tepla na vytáp ní. Na druhé stran , obzvlášt v administrativních prostorách stále rostou tepelné zisky od kancelá ské techniky a spolu s tím stoupá i spot eba el. energie

klimatiza ních

za ízení.

V p edchozím období byla klimatizována (chlazena) zanedbatelná

ást budov, standardem byly budovy bez

Obr. 2.12: Podíl jednotlivých oblastí na celkové spot eb energie v N mecku (Behne 1997) p edstavuje klimatizace (v tšinou FC jednotkami) již

chlazení.

Pro

nov

stav né

administrativní

budovy

standard. V naší republice není zatím spot eba energie pro chlazení budov systematicky m ena a sledována a ani statisticky zpracovávána. Pro sledování a statistické vyhodnocení je pom rn zna nou nevýhodou, že chladicí a klimatiza ní za ízení spot ebovává ke svému provozu v tšinou el. energii. Spot eba el. energie je však dodavatelem m ena p evážn pouze pro celý objekt, ímž je zjišt ní spot eby pouze na provoz chladícího a klimatiza ního za ízení komplikováno. Naopak pro vytáp ní budov se v tšinou spot ebovává jiná forma energie (plyn, uhlí, dálkové teplo), a proto je vyhodnocení spot eby budovy pro vytáp ní pom rn snadné. V eské republice odpovídají maximální spot eby el. energie stále zimním m síc m, naopak v lét jsou spot eby nejmenší. Letní špi kové spot eby dané klimatizací, které p sobí zna né problémy v USA nebo v jižní Evrop , u nás zatím nenastávají, proto spot eba el. energie pro chlazení není Miloš Lain 2007

23



dosud v centru zájmu výrobc , ani dodavatel . Pokud však porovnáme pr b h spot eby el. energie v posledních letech (Obr. 2.13), je v letních m sících patrný nár st spot eby el. energie (Šmolík 2006). V R postupn

dochází k výraznému nár stu po tu instalovaných chladících a klimatiza ních

jednotek. Celkový instalovaný p íkon klimatiza ních jednotek a zdroj chladu pro klimatizaci za období 2001 až 2005 je p ibližn 300 MW, jak bylo zjišt no na základ zpracování údaj

od šesti

hlavních dodavatel el. energie (Šmolík 2006). Ukazuje se, že by v eské republice m l být na m ení a monitorování spot eby energie pro chlazení kladen v tší d raz, nebo práv tato spot eba el. energie již nemá zanedbatelný podíl na celkové spot eb budov. eba el. en. v2003 R za období 2001 - 2005 2001 Spot 2002 2004 2005

2006

6 500

Spot eba el. en. [GW]

6 000 5 500 5 000 4 500

4 275.5

4039.2

4 000 3 500

3667.3

3 000 1

2

3

4

5

6

M síc

7

8

9

10

11

12

Obr. 2.13: Pr b h spot eby el. energie pro celou R (Šmolík 2006)

Miloš Lain 2007

24


3


Okrajové podmínky

V této kapitole jsou shrnuty další okrajové podmínky pro ešení nízkoenergetického chlazení. Následující ást textu je v nována hlubší analýze t í okrajových podmínek, které budou

blíže

prezentovány v jednotlivých podkapitolách a které mají zcela zásadní význam pro navrhování systém nízkoenergetického chlazení. Každá podkapitola sice vychází z rešerší a nabízí souhrnný pohled na sou asný stav ešené problematiky, ale zárove jsou v rámci této práce teoretické poznatky dopln ny originálními analýzami a syntézami, které aplikují obecné teorie a zahrani ní zkušenosti

na

nízkoenergetické chlazení v eské republice.

3.1 Klima Všechny metody nízkoenergetického chlazení budov jsou siln závislé na klimatických podmínkách. Pot eba chlazení je z velké ásti dána tepelnými zisky z venkovního prost edí, a to jak radiací, konvekcí, tak v tráním. Na druhé stran je venkovní vzduch základním prost edkem pro odvod tepelné zát že všech vzduchových systém . Systémy s akumulací tepla využívají kolísání teplot vzduchu. Systémy adiabatického chlazení pracují i s vlhkostí vzduchu. Zatímco pro návrh b žných klimatiza ních za ízení v tšinou sta í extrémní klimatické podmínky, pro nízkoenergetické chlazení jsou t eba podrobn jších data. P i p edb žných analýzách se využívá extrémních teplot a vlhkostí pro za azení do klimatických skupin. Pro systémy, které nejsou p íliš závislé na akumulaci tepla, lze využívat extrém s udáním etnosti výskytu. V klimatických databázích bývají b žn dostupná tato data pro jednotlivé veli iny (teplota, vlhkost atd.). Nízkoenergetické systémy však vyžadují v tšinou kombinaci t chto veli in. Pro každý zp sob nízkoenergetického chlazení je t eba posuzovat klimatická data rozdíln a vyhledávat takové kombinace veli in, které lze aplikovat. Pro detailní analýzy se potom používají podrobná referen ní data (nej ast ji hodinová), tzv. referen ní rok (Test Refernce Year, TRY), pop ípad data extrémních období i data dlouhodobá. V následující podkapitole budou prezentována základní klimatická data pro Prahu. Tato kapitola rovn ž seznámí s výsledky porovnání klimatických dat pro Prahu a klimatických dat jiných m st. Tato srovnání jsou využívána ve studiích zabývajících se nízkoenergetickým chlazením a sou asn slouží pro ov ení aplikovatelnosti t chto prací na naše podmínky. 3.1.1

Globální oteplování

I když stále existují odp rci teorie globálního oteplování, lze íci, že je již riziko globálního oteplení naší planety všeobecn známé a respektované. Globální oteplení hrozí p edevším díky rostoucímu podílu oxidu uhli itého (CO2) v atmosfé e zem . Efekt skleníkových plyn v atmosfé e je pro život na zemi velmi d ležitý. Bez skleníkového ú inku atmosférických plyn by pro atmosféru pouze z kyslíku a dusíku byla pr m rná teplota zemského povrchu p ibližn -6 °C (Houghton 1998). Od za átku

Miloš Lain 2007

25



a)

b)

Obr. 3.1: a) Koncentrace oxidu uhli itého v atmosfé e a) podle vrtných jader v ledovcích do 1957 a p ímá m ení z observato e Mauna Loa na Havaji. b) P edpov koncentrace CO2 podle r zných scéná emisí (Houghton 1998) pr myslové revoluce však nar stá množství oxidu uhli itého v atmosfé e (dosud asi o 25 %) a p edpov di ukazují, že v p ípad nep ítomnosti regula ních faktor bude rychlost zvyšování obsahu atmosférického oxidu uhli itého stoupat a jeho koncentrace se v následujících sto letech oproti preindustriální dob zdvojnásobí (Obr. 3.1). P edpov di zvyšování teploty zemského povrchu vycházejí z n kolika scéná oxidu uhli itého a zahrnují adu dalších faktor

nár stu koncentrací

a zp tných vazeb (v tší odpa ování z oceán , radia ní

p sobení obla nosti, cirkulace v oceánech, albedo ledu, rychlejší r st rostlin), které nár st teploty Zem ovlivní. P edpokládaný vývoj globální pr m rné teploty p i zvyšování produkce CO2 (p ibližn stejnou rychlostí jako doposud) je znázorn n na obrázku 3.2. Globální oteplování a zm ny klimatu mohou mít dalekosáhlé d sledky pro život na celé naší planet . V rámci této práce se však zam íme na d sledky související s pasivním a nízkoenergetickým chlazením budov. Tyto d sledky lze rozd lit do dvou kategorií, na p ímé d sledky zvyšování teploty a zm n klimatu a na nep ímé d sledky zp sobené snahou o snižování emisí skleníkových plyn a ochranu životního prost edí. D sledky globálního oteplování: - Rostoucí teploty vzduchu v lét . V budovách, u nichž v letních m sících nebylo nutné chlazení a z tohoto pohledu fungovaly jako budovy s pasivním chlazením, je t eba dodate n

instalovat

klimatiza ní (v tšinou pouze chladicí) systémy.

Miloš Lain 2007

26



- Dochází k v tšímu kolísání teplot. Extrémní léta, jako nap . léto v roce 2003, mají výrazný psychologický ú inek, lidé i firmy rad ji investují do klimatizace. - V souvislosti s rostoucím po tem klimatizovaných prostor, ve kterých se lov k b hem dne pohybuje, se snižuje jeho schopnost adaptace na letní podmínky a vyžaduje klimatizaci i na doposud neklimatizovaných místech (pracovišt , restaurace, byt apod.). - Aktivity vedoucí k zmírn ní produkce CO2 znovu obrací pozornost na zvyšující se spot ebu energie, k jejímuž nár stu p ispívá práv spot eba strojním chlazením budov. Proto se hledají cesty, jak zajistit tepelnou pohodu v letním období bez výrazného nár stu spot eby energie tj. nízkoenergetické chlazení. - Montrealský a Kyotský protokol omezují používání n kterých látek škodlivých pro životní prost edí, mezi n ž pat í i ada chladiv používaných v klimatiza ních za ízeních (p edevším R12, R22). Takže, krom používání mén škodlivých chladiv, existuje i snaha chladit budovy bez použití chladiv, tj. jiným než kompresorovým chlazením. - V souvislosti s globálním oteplováním a spot ebou energie se mluví o trvale udržitelném rozvoji. Jedním z posuzovaných parametr je i energie vynaložená p i výrob daného za ízení. Strojní chlazení využívá výrobn náro né sou ástky, pro jejichž výrobu se spot ebovává velké množství energie. I z t chto d vod je t eba hledat jiné a jednodušší, p irozené zp soby chlazení.

Obr. 3.2: Zm ny globální pr m rné teploty podle scéná e dále jako doposud (IPCC) (Houghton 1998)

Miloš Lain 2007

27


3.1.2


Klimatické podmínky v eské republice - aplikace pro analýzy

Základem analýz jsou dostupná hodinová klimatická data pro Prahu z let 1984 až 1997, dále data roku 2003 a referen ní rok pro Prahu. Základní klimatická data jsou teplota vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, rychlost a sm r v tru a úhrnu celkové slune ní radiace, a to za každou hodinu. Pro základní zpracování rozsáhlých soubor klimatických dat jsem sestavil aplikaci v tabulkovém procesoru Excel. Výstupem aplikace jsou etnosti výskytu vybrané veli iny v souboru klimatických dat za zadaných okrajových podmínek a vzájemné závislosti. V první ásti aplikace jsou dopo ítány ze základních hodnot vlhkého vzduchu (teplota, relativní vlhkost) další veli iny, jako je parciální tlak par, parciální tlak par na mezi sytosti, m rná vlhkost, entalpie.

K výpo tu byly použity vztahy (3.1, 3.2, 3.3) pro ešení vlhkosti vlhkého vzduchu

odvozených na základ Daltonova zákona a stavových rovnic ideálního plynu pro vodní páru a suchý vzduch.

x = 0,622 ⋅ pd pd "

p d = ϕ ⋅ p d " ......................................................................................... (3.2)

h = c a t + (l 0 + c d t ) ⋅ x

1985-1997+2003

Celkový po et hodin s nižší hodnotou [%]

......................................................................................... (3.1)

......................................................................................... (3.3)

Praha - 2003

TRY Praha

1985-1997+2003

100%

100%

90%

90%

80%


ϕ=

pd p − pd

70% 60% 50% 40% 30% 20%

-15

0% -10 -5 0 5 10 Teplota vzduchu [°C]

TRY Praha

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20%

10%

-20

Praha - 2003

10%

15

20

25 celý rok

30

35

-20

0% -10 0 10 20 30 Ethalpie vzduchu [kJ/kgK]

40

50

60

70

celý rok

Obr. 3.3: Porovnání kumulativní etnosti teplot vzduchu a entalpie pro všechny uvažované roky, pro referen ní rok TRY a pro rok 2003 Miloš Lain 2007

28



Z t chto dopln ných dat je možné v aplikaci provést výb r podle požadovaných kritérií. Lze nastavit veli inu, která bude zobrazena, rozsah m síc roku, dn týdne a hodin dne, dále je možné výb r omezit rozsahem dalších dvou veli in. Nap íklad je možné vyhodnotit etnost teplot vzduchu pro letní období (m síce 5 až 9), pracovní dny (dny týdne 1 až 5) a pracovní hodiny ( 7 až 19). Tento výb r lze dále omezit rozsahem dvou veli in (nap íklad na hodiny, kdy je relativní vlhkost od 10 do 50 % a zárove celková entalpie od 20 do 40 kJ/kg). Vzhledem k množství dat jsou p edevším analýzy celého souboru (14 let tj. cca 12 000 hodin) velmi náro né na výpo etní techniku. Na obrázcích 3.3 a 3.4 jsou ukázky výstup aplikace použité pro veškerá klimatická data, tj. roky 1984 až 1997 a rok 2003. Tyto výsledky jsou pro vybrané výb ry porovnány s kumulativní etností výskytu teplot v referen ním klimatickém roce pro Prahu (TRY) a v roce 2003, který je považován za extrémní. Z porovnání je patrné, že pro v tšinu výb r platí dobrá shoda mezi referen ním rokem a celým obdobím, tudíž lze používat jako reprezentativní i analýzy provedené pro referen ní rok. Rok 2003 je výrazn teplejší. Rozdíl je patrný p edevším v letním období, proto je rok 2003 používán pro posouzení chování budov a systém nízkoenergetického chlazení v letních extrémech. 1985-1997+2003

Praha - 2003

1985-1997+2003

TRY Praha

90%

90%


100%


100%

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20%

Praha - 2003

TRY Praha

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%

10%

0%

0% 0

2

4 6 8 10 M rná vlhkost [g/kg]

12

14

16

18

20

M síc od 5 do 9 v etn . Den týdneod 1 do 7 v etn . Hodina od 7 do 21 v etn .

0

5

10 15 20 Teplota vzduchu [°C]

25

30

35

40


Obr. 3.4: Porovnání kumulativní etnosti m rných vlhkostí a teplot vzduchu pro všechny uvažované roky, pro referen ní rok a pro rok 2003, pro denní hodiny (7-21) letního období (5.-9. m síc) .

Miloš Lain 2007

29


3.1.3


Porovnání klimatických dat

ada studií se ve sv t zabývá nízkoenergetickým chlazením. Vzhledem k tomu, že klimatická data jsou jedním ze základních parametr , je t eba p ed aplikací výsledk t chto studií provést porovnání klimatických dat. Na obrázku 3.5 jsou porovnána klimatická data z rozsáhlé studie nízkoenergetického chlazení (Behne 1997) a pražského referen ního roku. Jako základní jsou voleny teploty vzduchu a m rné vlhkosti. Teploty vzduchu v Praze jsou v letním období velmi podobné berlínským teplotám, m rné vlhkosti jsou po v tšinu roku nižší.

Kumulativní etnost výskytu nižšíh hodnot [%]

Kiel

Locarno

Red Bluff

San Francisco

Berlin

Praha (TRY)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -12

-8

-4

0

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

48

Teplota vzduchu [°C]

Kiel

Locarno

Red Bluff

San Francisco

Berlin

Praha (TRY)

100

Kumulativní etnost výskytu nižších hodnot [%]

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0

1

2

3

4

5

6 7 8 9 10 M rná vlhkost [g/kg]

11

12

13

14

15

Obr. 3.5: Porovnání kumulativní etnosti teplot vzduchu a m rných vlhkostí pro lokality uvažované ve studii (Behne 1997) a referen ní rok Praha TRY Miloš Lain 2007

30



3.2 Tepelná pohoda p i nízkoenergetickém i pasivním chlazení Tepelná pohoda osob pracujících v budovách je základním požadvkem návrhu budovy a systém v trání, vytáp ní a klimatizace. Vzhledem k individuálnímu vnímání tepelné pohody je však její objektivní posouzení pom rn obtížné. Návrh b žných klimatiza ních systém se opírá o posuzování tepelné pohody vycházející z innosti lov ka. N které práce však poukazují na schopnost lov ka adaptovat se podle venkovních podmínek. Z tohoto principu vychází adaptivní model tepelné pohody, který je vhodný p edevším pro pasivní a nízkoenergetické stavby. 3.2.1

Standardní hodnocení tepelné pohody

Standardní ešení tepelné pohody osob (Fanger 1970) vychází z rovnice tepelné rovnováhy, kde je na jedné stran tepelná produkce lov ka a na druhé teplo odvád né konvekcí, sáláním, odpa ováním a dýcháním. Z nerovnováhy levé a pravé strany rovnice je pak odvozen výsledný st ední tepelný pocit (PMV), který je ve stupnici -3 pro zimu, p es 0 neutrální, tepelnou pohodu, až po +3 pro horko ( SN EN ISO 7730). Toto hodnocení má nespornou výhodu v jednoduchosti a snadné interpretaci výsledného tepelného pocitu jedním íslem. Nevýhodou je, že pro jeho stanovení je t eba pom rn složitého vypo tu a p edevším pot eba vstupních hodnot, které p i b žném projektování nejsou k dispozici (p edevším st ední radia ní teplota). Další nevýhodou je, že tento model tém

nerespektuje venkovní klimatické

podmínky. Práce publikovaná profesorem Fangerem v roce 2002 doporu uje rozší ení standardního modelu tepelné pohody založeném na PMV o dopln k respektující rozdílné požadavky osob v závislosti na klimatu a zvyklostech regionu. Pro neklimatizované budovy v teplém klimatu doporu uje použití korek ního faktoru e, který m že dosahovat hodnot mezi 1 a 0,5 pro budovy klimatizované. Hodnota korek ního faktoru závisí na tom, zda je v lokalit v tšina budov klimatizována (0,8 až 0,9), nebo v tšina budov klimatizována není (0,7-0,8). Tímto faktorem se potom násobí st ední tepelný pocit PMV. V podmínkách eské republiky lze doporu it použití faktoru 0,8-0,9. Tab. 3.1: Korek ní faktory pro PMV dle o ekávání osob (Fanger 2002) Charakteristika neklimatizované budovy O ekávání tep. pohody Umíst ní v oblasti kde je Teplé období

Korek ní faktor, e

vysoké

nastává ob as b hem léta

0,9-1

je v tšinu léta

0,7-0,9

je celoro n

0,5-0,7

st ední nízké

v tšina budov klimatizována ást budov klimatizována naprostá v tšina budov neklimatizována

Miloš Lain 2007

31

PMV


0.4 clo, e=1 0.7 clo, e=0.8

2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1 -1.25 -1.5 -1.75 -2 20

21

22


0.7 clo, e=1 Tepelná pohoda III

23

24

25

26

0.4 clo, e=0.8 Tepelná pohoda II

27

28

29

30

teplota [°C]podle tradi ního modelu tepelné Obr. 3.6: Závislost ukazatele PMVOperativní na operativní teplot pohody, pro r zné hodnoty oble ení a korek ní faktory

Na obrázku 3.6 je znázorn n pr b h ukazatele tepelné pohody v závislosti na operativní teplot pro standardní kancelá skou práci (1,2 met) a b žné rychlosti proud ní 0,1 m/s. Z obrázku lze ode íst, že dle standardního modelu p i zachování standardního oble ení (0,7 clo - spodní prádlo, kalhoty, košile nebo spodni ka, šaty) p edstavuje maximální teplota pro tepelnou pohodu odpovídající kategorii budov II (viz následující kapitola) 25,2°C, pro kategorii III je to pak 26°C. Použijeme-li korek ní faktor dle tabulky 2.1 (podmínkám

eské republiky odpovídá e=0,8), je max. operativní teplota

25,6°C pro kategorii II a 26.8 °C pro kategorii III. V p ípad , že norma oble ení v prostoru umožní adaptaci a oble ení bude v letních extrémech odpovídat 0,4 clo (šortky, sandály, tri ko nebo košile s krátkým rukávem), jsou max. teploty výrazn vyšší, a to 26,7 °C pro kategorii II bez korekce a 27,1 °C s korekcí (e=0,8) a pro kategorii III 27,5 °C bez korekce a 28,1 °C s korekcí. 3.2.2

Kategorie vnit ního prost edí podle tepelné pohody

Jak již bylo zmín no, má tepelná pohoda osob v daném prost edí áste n individuální charakter. I p i naprosto optimálních parametrech (PMV=0) je vždy ur ité procento osob nespokojeno. Tato nespokojenost m že pramenit nap íklad z toho, že jejich individuální termoregulace preferuje jinou teplotu, nebo proto, že nespokojenost s vnit ním prost edím je podmín na spíše psychologicky. Nap íklad pocit tepelné nepohody je ur itou kompenzací i projevem nespokojenosti v jiné oblasti (nap . nespokojenost s pracovním za azením, nespokojenost v prac. kolektivu apod.). Prakticky nelze zajistit pocit tepelné pohody 100 % vnímané všemi osobami v daném prost edí. Z této skute nosti vyplývá nutnost stanovit p ípustnou hranici nespokojených v daném prost edí tak, aby bylo možné na obecné úrovni hovo it o dosažení pocitu tepelné pohody. Nové p edpisy vznikající v Evropské unii Miloš Lain 2007

32



(EN 15251), které jsou platné i pro R (CSN EN ISO 7730), stanovují kategorie tepelného prost edí, pro které pak ur ují i požadavky na kvalitu vnit ního prost edí a rozsahy ukazatel PMV a PPD a z nich odvozený rozsah operativních teplot. Norma p edpokládá rozd lení budov do

ty

kvalitativních kategorií, kterým pak odpovídá

doporu ený rozsah vnit ních teplot viz tab. 3.2. Tab. 3.2: Kategorie budov a odpovídající rozsahy teplot Kategorie Kategorie Popis EN SN EN 15251 ISO 7730 I

A

II

B

III

C

Velmi vysoké požadavky vhodné pro osoby velmi citlivé

P ípustný rozsah PMV

P ípustný rozsah teplot (EN 15251)

-0,2 až +0,2

±2K

< 10 %

±3K

< 20 %

±4K

< 30 %

B žné požadavky vhodné jak pro nové budovy, -0,5 tak pro rekonstrukce až +0,5 Mírné požadavky vhodné p edevším pro stávající -0,7 budovy až +0,7 Nevyhovující podmínkám pouze budovy s omezeným <-0.7 užíváním > 0.7

IV

Norma EN 15251 dále doporu uje dv

Pr van DR

metody hodnocení tepelné pohody. První doporu enou

metodou je procentuelní vyhodnocení pracovních hodin b hem období, kdy jsou teploty mimo požadovaný rozsah. Druhá metoda je založena na výpo tu dn

i hodin, kdy operativní teplota

p ekro í požadovaný rozsah, tj. po et hodin je vážen po tem stup

, o kolik byly teploty mimo

požadovaný rozsah. Ob tyto metody však lze použít jedin prost ednictvím po íta ové simulace nebo m ením ve skute ných budovách. P ijatelnost vnit ních podmínek je pak dána požadavkem, aby na minimáln

95% využitelné

podlahové plochy nebyly operativní teploty mimo požadovaný rozsah více než 3 % (nebo 5% dle rozhodnutí každé lenské zem EU) z pracovní doby za den, týden, m síc nebo rok. 3.2.3

Adaptivní model tepelné pohody

Je prokázáno (Nicol 1973), že lidské t lo se adaptuje podle venkovních klimatických podmínek. Adaptace probíhá jak zm nami osobními, což je p edevším zm na oble ení, ale také zm nou postoje (Raja 1997) nebo zm nou chování. lov k také upravuje podmínky prost edí. P íkladem je otevírání oken, stín ní, zm nou pozice, zm na od vu, p ípadn individuálním nastavením topných, chladicích i jiných prvk . Rozsáhlé analýzy m ení a test (Humphreys 1981, Dear 2002, ) ukazují, že lidé se mnohem lépe adaptují na venkovní podmínky v budovách bez klimatizace, než v budovách klimatizovaných. Tepelná pohoda by nem la být zbožím, které je dodáváno uživatel m budovy, ale m la by být cílem, který uživatelé dosáhnou díky své schopnosti ovliv ovat podmínky. Vnit ní prost edí sm uje k cíli

Miloš Lain 2007

33



tepelné pohody. Sou asn však existují ur itá omezení, v rámci kterých je schopna se skupina osob adaptovat podle svých tepelných zkušeností a svých klimatických, sociálních, ekonomických a kulturních podmínek (Nicol 1996). Takovýto adaptivní model vyžaduje jiné nástroje pro dosažení tepelné pohody, než je tomu v p ípad modelu založeného na p edpokladu ideální operativní teploty v prostoru. Budova musí lidem umožnit nastavení a zm ny prost ednictvím nichž lze dosáhnout vyššího stupn tepelné pohody. Mezi základní požadavky pat í: - Možnost individuálního nastavení (pro léto nap íklad cirkula ní ventilátory, otevíratelná okna). - P edpoklad dodržení základních parametr prost edí odpovídající aktivit a klimatu. Tyto parametry se m ní jak b hem delších období, tak i b hem dne. p izp sobit své oble ení teplotním podmínkám.

Požadavek

ady

spole ností na standardní oble ení je v p ímém

protikladu

s principem

adaptivní tepelné pohody. V mnoha p ípadech je však velmi obtížné zasahovat do t chto konzervativních požadavk .

V podmínkách

eské

republiky se v této souvislosti situace spíše zhoršuje. V ad firem je t žký

Teplota vzduchu odpovídající tepelné pohod

Uživatelé by m li mít možnost

St ední venkovní teplota vzduchu (°C)

považován za celoro ní standard. Zajímavý a p ínosný je naopak nap íklad p ístup japonské vlády, která ve snaze o snížení spot eby energie

pro

klimatizaci

vyzvala

v roce 2005 k uvoln ní oble ení pro letní podmínky. Pro

správné

vyhodnocení

adaptivního komfortu by se m la používat klouzavá st ední teplota venkovního vzduchu trm (running mean temperature) vyhodnocená dle

Teplota vzduchu odpovídající tepelné pohod

tmavý oblek s košilí a kravatou

tepelná pohoda dle výzkumu proložená závislost vypo tená dle PMV modelu

St ední venkovní teplota vzduchu (°C)

Obr. 3.7: Teploty odpovídající tepelné pohod (McCartney 2002) naho e a porovnání se standardním PMV modelem (Dear 2002) dole

vztahu:

(

)

t rm = (1 − α ) ⋅ t od −1 + α ⋅ t od − 2 + α 2 ⋅ t od −3 + ......... = (1 − α ) ⋅

Miloš Lain 2007

n =∞ n =1

(α

n −1

)

⋅ t od − n ...................(3.4)

34



kde tod-1 je teplota jeden den p ed vyhodnocovaným dnem, tod-n teplota dne n dní p ed vyhodnocovaným a α je koeficient mezi 0 a 1, který definuje rychlost, s jakou se klouzavá st ední teplota blíží teplot venkovní. Provedeme-li analýzu vztahu 3.4 zjistíme, že po et dní, které je pro výpo et t eba vzít do úvahy, závisí na sou initeli α viz tabulka 3.3. Pro Evropské klima se doporu uje použít hodnotu sou initele α = 0,8 (McCartney 2002) a výpo et dle vztahu 3.4 by m l zahrnovat teploty z ty iceti sedmi p edcházejících dní . Tab. 3.3: Po et dní p i uvažování st ední teploty 20 °C a požadované p esnosti pr b žné st ední teploty vyšší než 0,01 °C

Po et dní

0.1

0.2

0.3

Sou initel α 0.4 0.5 0.6

5

8

10

12

16

21

0.7

0.8

0.9

29

47

100

Používání rovnice 3.4 je pom rn málo praktické proto se rovnice upravuje na tvar:

t

n rm

= (1 − α ) ⋅ t od −1 + α ⋅ n −1 t rm ............................................................................................(3.5)

kde ntrm je klouzavá st ední teplota venkovního vzduchu pro den n a

n-1trm

je klouzavá st ední teplota

venkovního vzduchu pro den p edešlý. Z vyhodnocených dat byla potom ur ena v závislosti na klouzavé st ední teplot venkovního vzduchu optimální vnit ní teplota (tcom) odpovídající tepelné pohod p i aplikování adaptivního komfortu. Pro budovy bez klimatizace a pro budovy s klimatizací

tcom=0,33 · trm +18,8..............................................................(3.6) tcom=0,09 · trm +22,6...................................................................(3.7)

Teploty odpovídající teplné pohod

Uvažovaná oblast tepelné pohody je potom dána odchylkou ±2 K od optimální teploty (Obr. 3.8). 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

bez klimatizace

0

5

10

klimatizováno

15

20

25

Klouzavá st ední teplota venkovního vzduchu [°C]

Obr. 3.8: Optimální teploty vnit ního vzduchu a oblast tepelné pohody pro budovy bez klimatizace a klimatizované budovy

Miloš Lain 2007

35



......................................................................................................................................................... st ední teplota za 24 h Max. teplota pro neklimatizované budovy

klouzavá st ední teplota Max. teplota pro klimatizované budovy

30 28 26


24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

kv ten

erven

ervenec

srpen

zá í

Obr. 3.9: Pr b h st edních teplot venkovního vzduchu, klouzavého pr m ru a z n ho vypo tených max. teplot vnit ního vzduchu odpovídajících tepelné pohod pro rok TRY

32

st ední teplota za 24 h

klouzavá st ední teplota

Max. teplota pro neklimatizované budovy

Max. teplota pro klimatizované budovy


24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

kv ten

erven

ervenec

srpen

zá í

Obr. 3.10: Pr b h st edních teplot venkovního vzduchu, klouzavého pr m ru a z n ho vypo tených max. teplot vnit ního vzduchu odpovídajících tepelné pohod pro rok 2003

Miloš Lain 2007

36



Z graf na obrázku 3.9 a 3.10 lze ode íst horní hranici tepelné pohody založené pro adaptivní model. Graf na obr. 3.9 vychází z hodinových teplot vzduchu referen ního roku pro Prahu (TRY), ze kterých jsou vypo teny pr m rné teploty vzduchu za 24 hodin a z nich dle vztahu 3.4 pak klouzavé st ední teploty venkovního vzduchu. Horní hranice tepelné pohody pro neklimatizované budovy vychází z rovnice 3.6, dle které je vypo tena optimální teplota. Ta je zvýšena o p ípustnou toleranci 2 K (tab. 3.2). Obdobn pro klimatizované budovy výpo et vychází z rovnice 3.7 se stejným posunem 2 K. Pro klimatizované prostory je maximální komfortní teplota

b hem léta 26±0,5 °C, pro

neklimatizovanou kancelá se m ní výrazn ji, a to v rozsahu 24°C až 27,8 °C. Vyjdeme-li p i analýze z klimatických dat extrémního léta 2003 (obr. 3.10), je pro klimatizovanou kancelá max. komfortní teplota 26,5°C a pro neklimatizovanou se pohybuje v rozsahu 25,3 °C až 29 °C. Adaptivní model tepelné pohody je jednozna n nesmírn d ležitý pro vyhodnocování parametr prost edí, p edevším pak v budovách bez strojního chlazení. Porovnáme-li požadované výsledky dle adaptivního modelu (Obr. 3.8) a výsledky korigovaného standardního modelu se zahrnutím lehkého oble ení (Obr. 3.6), jsou požadované teploty sob velmi blízké a pro letní extrémy lze za maximální operativní teplotu v prostoru, která odpovídá tepelné pohod , považovat 28 °C. 3.2.4

Vliv vlhkosti

Vlhkost vzduchu je jedním ze základních parametr tepelné pohody. V rovnici tepelné rovnováhy (Fanger 1970) je prezentována v teple odvedeném z t la vypa ováním a dýcháním. ím je vlhkost vzduchu vyšší, tím je nižší i odvod tepla z t la. Z tohoto d vodu mohou v letních m sících vysoké vlhkosti vzduchu vést k tepelnému diskomfortu. Nízkoenergetické systémy chlazení v tšinou pracují v letních m sících s menším odvlh ením v tracího vzduchu (díky omezenému strojnímu chlazení). N které chladící systémy dokonce vzduch zvlh ují. Proto je problematice vlhkosti vzduchu v této práci v nována samostatná kapitola. Nejvýznamn jší vliv na vlhkost vzduchu má bezesporu p ímé adiabatické chlazení, p i kterém je p ivád ný vzduch zvlh ován a k chlazení dochází práv p em nou vázaného tepla na teplo citelné. U nep ímého adiabatického chlazení a adiabatického chlazení se sorp ním vým níkem by nem lo ke zvyšování vlhkosti p ivád ného vzduchu dojít, ale nedochází ani k odvlh ování vzduchu. Vzhledem k tomu, že je teplota p ivád ného vzduchu nižší než teplota venkovní, dochází k r stu relativní vlhkosti. U systém využívajících nízkopotenciálního chladu, p ípadn chladu ze zem je jedním z d vod snížení spot eby energie práv omezení nebo naprosté zamezení kondenzace na chladi i a úspory vázaného tepla. P ivád ný vzduch se tudíž chladí, ale neodvlh uje a podobn jako v p edchozím p ípad

roste jeho relativní vlhkost. P i no ním chlazení op t nedochází k odvlh ení v tracího

vzduchu takže efekt je podobný.

Miloš Lain 2007

37

PMV


2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1 -1.25 -1.5 -1.75 -2


Operativní teplota 24°C


Tepelná pohoda II

Tepelná pohoda III

30

40

50

60

70


80

90

Relativní vlhkost [%]

Obr. 3.11: Závislost ukazatele PMV na relativní vlhkosti vzduchu pro r zné operativní teploty vzduchu s nazna ením oblasti tepelné pohody.

Z obrázku 3.11 je patrný vliv relativní vlhkosti vzduchu na tepelnou pohodu. Hodnoty st edního tepelného pocitu jsou vypo teny pro oble ení 0,7 clo a typickou kancelá skou aktivitu 1,2 met. Je uvažována rychlost proud ní 0,1 m/s a st ední radia ní teplota stejná jako teplota vzduchu. Stejn jako u grafu na obrázku 2.9 je nazna ena oblast tepelné pohody odpovídající kategorii budov II s PMV od -0,5 do +0,5 a kategorii III, kde je PMV -0,7 až +0,7. Z obrázku je z ejmé, že vliv relativní vlhkosti vzduchu je sice nižší než vliv teploty, ale rozhodn není zanedbatelný. Pro operativní teplotu 25 °C je p i relativní vlhkosti pod 60 % dosaženo tepelné pohody kategorie II, p i vlhkosti mezi 60 % a 90 % kategorie III a vlhkost nad 90 % už je mimo oblast plné tepelné pohody. Z toho tedy vyplývá, že vlhkost vzduchu nelze p i ešení tepelné pohody u systém nízkoenergetického chlazení zanedbávat. Pro adiabatické chlazení lze provést jednoduchou analýzu vycházející z teorie tepelné pohody a úpravy vzduchu p i adiabatickém vlh ení. Z grafu na obrázku 3.11 lze ode íst, že rozdílu operativní teploty 1K odpovídá rozdíl relativní vlhkosti cca 40 %. h-x diagram pak dokumentuje, že p i adiabatickém chlazení v letním období odpovídá nár stu relativní vlhkosti o 10 % pokles teploty o 1,5 až 2 K. Z toho vyplývá, že adiabatické chlazení p ispívá k r stu tepelné pohody.

Miloš Lain 2007

38


3.2.5


Vliv st ední radia ní teploty

St ední radia ní teplota je rozhodující pro sdílení tepla sáláním. Základní model tepelné pohody je založen na samostatném zadání teploty vzduchu a st ední radia ní teploty. Ob tyto teploty jsou pak zahrnuty do operativní teploty, nebo výsledné teploty. P i nízkoenergetickém a pasivním chlazení budov m že docházet k nár stu rozdílu mezi st ední radia ní teplotou a teplotou vzduchu. Rozdíl je výrazný p edevším u sálavých systém chlazení, jako je stropní chlazení, chlazení stavebních desek. K podobnému efektu dochází i u staveb, kde se využívá akumulace tepla do stavebních konstrukcí, nap íklad p i p edchlazení budovy no ním v tráním.

PMV

Teplota vzduchu 24°C, 0.7clo

Teplota vzduchu 24°C, 0.4 clo

2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1 -1.25 -1.5 -1.75 -2 20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

St ední radia ní teplota [°C]

Obr. 3.12:. Závislost ukazatele PMV na st ední radia ní teplot p i teplot vzduchu 24°C a r zném oble ení. Graf na obrázku 3.12 ilustruje, že st ední radia ní teplota má zna ný vliv na tepelnou pohodu. Totiž i p i teplot vzduchu 24 °C se m že lehce oble ený lov k (0,4 clo) dostat mimo hranice tepelné pohody, a to p i nízké st ední radia ní teplot do oblasti chladna a p i vysoké do oblasti tepla.

3.3 Tepelné zisky Tepelné zisky jsou jedním z rozhodujících parametr pro posouzení možností nízkoenergetického chlazení. Tepelné zisky d líme na vn jší a vnit ní. V této podkapitole je kladen d raz p edevším na tepelné zisky vnit ní.

Miloš Lain 2007

39


3.3.1


Vnit ní zisky

Na vnit ní tepelné zát ži administrativních prostor se podílí lidé, osv tlení a po íta e a ostatní kancelá ská technika. U ostatních budov mohou významnou roli hrát zisky od technologie. P i návrhu b žných klimatiza ních za ízení je hlavní d raz kladen na extrémní, maximální zisky. P i tomto p ístupu je asto volen jednodušší výpo et s minimální analýzou vnit ních zisk , který vede k p edimenzování klimatiza ního za ízení. Kritická m že být situace v p ípad výrobních objekt s instalovanými vysokými výkony technologie, kdy je t eba i pro b žné dimenzování d sledn

ešit

skute né vytížení zdroj tepla (Zmrhal 2008). P i detailním ešení energetických bilancí budov a posuzování nízkoenergetického chlazení je t eba klást mnohem v tší d raz na zjišt ní skute ných teplených výkon za ízení ve vnit ním prost edí. Díky omezené chladicí kapacit

nízkoenergetického chlazení m že být d sledkem špatného

vyhodnocení vnit ních zisk návrh i posouzení systému realit zcela neodpovídající a špatné. Vnit ní zisky mohou být obecn ve form citelného tepla (tepelné zisky) p edávaného ze zdroje do okolního vzduchu konvekcí a do okolních ploch sáláním (Tab. 3.4). Dále to mohou být zisky tepla vázaného ve form (vodní

zisky).

vodní páry Pi

ešení

nízkoenergetického

chlazení

v tšinou

ešit

vhodné

je

Tab. 3.4: Podíl tepelných zisk radiací a konvekcí pro kancelá skou techniku (Duška 2004)

bilanci

citelného tepla. Produkce vázaného tepla se projeví nep ímo na vlhkosti vnit ního vzduchu nebo na bilanci p i kondenzaci na vým níku

i

adiabatickém chlazení. Tepelné zisky od osob jsou dány metabolickým teplem, které je závislé na provád né innosti. V závislosti na teplot vzduchu a áste n i oble ení se pak m ní podíl citelného a vázaného tepla sdíleného do okolí. Pro osobu pracující sedící

(kancelá ská práce) odpovídá metabolické teplo

70 W/m2 ( SN 7730), pro typického muže s povrchem t la cca 1,9 m2 je potom metabolické teplo 133 W. P i teplot okolí 26 °C se ve form citelného tepla p edá 62 W ( SN 730548) a zbytek se odvede ve form vázaného tepla. Pro dynamický výpo et je t eba hledat denní profil po tu osob, p ípadn lze zisky korigovat na po et žen i d tí (typicky menší plocha k že tudíž menší tepelné zisky). Tepelné zisky od osob nelze technologicky výrazn snížit i odstranit (jedinou cestou je zvýšení tepelného odporu od vu, ale to je v naprostém rozporu s p irozenou termoregulací a požadavky na tepelnou pohodu). Ur itou výhodu je autoregulace, kdy p i rostoucí operativní teplot v místnosti klesají citelné tepelné zisky od osoby. P i teplot

blížící se teplot

k že jsou citelné zisky nulové a

metabolické teplo je odvád no teplem vázaným.

Miloš Lain 2007

40



Tab.3.5: Požadované intenzity osv tlení podle SN EN 12464 Kancelá e Kopírování, kompletace atd. Psaní, tení, zpracování dat Technické kreslení Pracovní stanice CAD Konferen ní a shromaž ovací místnosti Recep ní st l Archiv

300 lx 500 lx 750 lx 500 lx 500 lx

Tepelné zisky od osv tlení vycházejí z požadavku na intenzitu osv tlení, plochy, kterou je t eba osv tlit um le, a následn

p íkonu

a typu

instalovaných svítidel. Detailní informace o jednotlivých sv telných zdrojích,

svítidlech a

postupu výpo tu lze nalézt v (Lain 2004). Požadavky na osv tlení se udávají požadovanou pr m rnou intenzitou osv tlení, jejíž jednotkou je

300 lx 200 lx

1 lux, definovaný jako sv telný tok 1 lm

2

dopadající na plochu 1m . Na ízení vlády 178/2001 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zam stnanc

p i práci, se v otázce osv tlení

odkazuje na požadavky technických norem. Tab. 3.6: M rné sv telné výkony zdroj η Sv telný zdroj b žné η Nov platná harmonizovaná norma SN EN [lm/W] 12464-1 Osv tlení pracovních prostor , ást 1

od do

vnit ní pracovní prostory udává v tabulkách Žárovky podrobné požadavky na osv tlení pro Halogenové žárovky Lineární zá ivky (bez p ed adníku) jednotlivé druhy prácí a inností. V tab. 3.5 je Kompaktní zá ivky výtah z této normy pro kancelá ské prostory. (s integrovaným p ed adníkem) Vysokotlaké výbojky Požadavky uvedené ve VDI 2078, které LED diody vycházejí z DIN 5035 a údaje v SN 73 0548

6 10 42 33

Tab. 3.7: Výsledky n kolika variant zá ivkového osv tlení kancelá e Var Svítidlo M rný El. M rný výkon p íkon el. p íkon zdroje [lm/W] [W] [W/m2] 1 2313303 53 1 372 22,9 2

Trubice ∅26

93

990

16,5

3

SYLREC ERP

93

900

15

4

SYLREC ERP

770

12,8

5

GIOTTO 335

1 760

29,3

67

se od požadavk daných

15 28 95 75

10 20 80 60

62 14 20 50 SN EN 12464-1

p íliš neliší. Pro b žné kancelá ské prostory odpovídá

požadovaná intenzita

osv tlení

500 lux . Pro porovnání tepelných výkon zdroj sv tla lze použít m rný sv telný výkon v lumenech na watt

elektrického p íkonu (dále jen η

(lm/W)) viz Tab. 3.6. Pom rn

nové je

používání LED (Light Emitting Diode) diod pro osv tlení. Tento výbojový sv telný zdroj

funguje na principu polovodi ových desti ek, které p etvá ejí elektrický proud na sv tlo. LED diody tak mohou být velice malé a p itom dosahují pom rn

vysokého sv telného výkonu. Hodnoty

prezentované v tabulce . 3.6 jsou pouze orienta ní a vycházejí z malého po tu vzork LED diod. Pro kancelá ské prostory se nyní tém

výhradn používají zá ivková svítidla. Jiné sv telné zdroje se

objevují z ídka, a to p evážn ve speciálních p ípadech (nap . vnit ní komunikace v kancelá ích, jednací a jiné reprezentativní místnosti apod.). Z tabulky 3.7 je patrné, že hodnoty m rné tepelné zát že, které lze dosáhnout, se mohou pohybovat ve velmi širokém rozmezí. Míra tepelné zát že závisí Miloš Lain 2007

41



na použitém zdroji sv tla a typu svítidla. Obecn platí, že moderní svítidla ur ená k dané aplikaci mají nižší spot ebu energie (tepelný výkon). Uplat uje se p itom více faktor : sv telný tok použitých sv telných zdroj (6 - 145 lm/W); sv telná ú innost zvolených svítidel (0,3-0,95); elektrická ú innost použitých svítidel (zejména aplikace elektronických p ed adník ); výška umíst ní svítidel nad pracovní plochou; odraznost st n. Hodnoty m rného el. p íkonu um lého osv tlení kancelá í se následn mohou pohybovat od 9 do 100 W/m2 , p i emž b žná hodnota pro nové kancelá e a zá ivky je cca 15 W/m2. Tepelný zisk od svítidel lze dále snížit p ímým odvodem ásti tepelné zát že mimo prostor kancelá e. Nap íklad odvodem teplého vzduchu kolem svítidel nebo p ímo svítidly s integrovaným odvodem vzduchu. Podobného efektu lze také docílit nap íklad p ívodem sv tla sv tlovody od zdroje sv tla umíst ného mimo prostor kancelá e (používá se nap . pro galerie a muzea). Další možnost snížení spot eby energie a produkce tepla osv tlením je kvalitní regulace (ovládání) svítidel podle skute né pot eby. Tepelné zisky od kancelá ské techniky p edstavují v nyn jší dob výraznou ást celkové sumy vnit ních tepelných zisk administrativních budov. V b žném administrativním provozu má každý pracovník jeden osobní po íta , další výkonné po íta e a servery jsou na specializovaných pracovištích. Dále jsou v kancelá ích umíst ny tiskárny, faxy, scannery, kopírky a další kancelá ská technika. Ur ení tepelné zát že od této kancelá ské techniky je pom rn náro né, protože b žný cyklus výzkumu, prezentace jeho výsledk a p ípravy projek ních podklad je pom rn pomalý a neodpovídá velmi dynamickému a rychlému vývoji výpo etní techniky. P i ešení tepelných zisk od osobních po íta

nelze vycházet ze štítkových hodnot el. p íkonu, protože ten se týká pouze max.

p íkonu zdroje. Skute ný p íkon, resp. tepelný výkon po íta e m že být výrazn odlišný. Pro tepelný výkon je rozhodující konfigurace a užívání po íta e. Jádrem po íta e je mikroprocesor, jehož rychlost a tudíž i tepelný výkon stále roste. Odvod tepla se stává jedním ze základních problém p i dalším zvyšování rychlosti mikroprocesor . První po íta e m ly procesory chlazené p ímo bez chladi e. Následn

byly procesory osazovány pasivními chladi i (žebra pro odvod tepla) nebo aktivními

chladi i

s ventilátorem.

Sou asné

po íta e

mají

již

chladi e

procesor

zebrované

se

zabudovaným ventilátorem. Teplo je odvád no do sk ín po íta e a z ní spolu s teplem od ostatních sou ástí do okolí. Objevují se i po íta e s vodou chlazenými procesory, zatím však spíš jako ešení pro zvýšení výkonu procesor

ur ených pro speciální aplikace. V administrativních budovách

mají

nejv tší výkony po íta e s výkonnými procesory a po íta e s grafickými kartami provozované pro náro né výpo ty, nap íklad pro konstruování Tab. 3.8 : Výkony po íta

i po íta ové simulace. Po íta e pro b žnou

a monitor podle m ení z roku 1991-1998 (Duška 2004)

Tabulka 3 : P ehled maximálních výkon po íta

Tabulka 4 : P ehled maximálních výkon monitor

Provoz [W] Útlum [W]

Provoz [W] Útlum [W]

Pr m rná hodnota

55

35

Malý monitor 13-15 pal.

55

55

Bezpe ná hodnota

65

40

St ední monitor 16-18 pal.

70

70

Velmi bezpe ná hodnota

75

45

Velký monitor 19-20 pal.

80

80

Miloš Lain 2007

42



Tab. 3.9: Pr m rné hodnoty startovních výkonu po íta Po íta e Celkem 1. skupina 2. skupina Pr m rná hodnota 103 77 115 výkonu [W] Sm rodatná 22 3,8 7,5 odchylka

a monitor (Lukeš 2007) 3. skupina

4.skupina

Monitory LCD 17“

96

132

31

3,4

24

-

kancelá skou práci mají výpo etní výkony i vytížení menší, tudíž jsou menší i tepelné výkony P i posuzování tepelné zát že produkované výpo etní technikou bylo vycházeno p edevším z rozsáhlé výzkumné práce Ing. Dušky (Duška 2004, 2007). V tabulce 3.8 jsou uvedeny hodnoty tepelných výkon po íta

vycházející z m ení provád ných v roce 1991 až 1998.

Z t chto hodnot vyplývá, že st ední hodnota pro po íta s monitorem v plném provozu byla cca 130 W. Výsledky m ení provád ných v roce 2007 jsou uvedeny v tabulce 3.9. St ední tepelný výkon po íta e s LCD panelem je t eba, jak ukazuje tabulka, uvažovat cca 140 W. Z tabulek nam ených hodnot (Lukeš 2007) lze nalézt maximální hodnotu startovního tepelného výkonu po íta e 150 W a minimální 63 W. Tepelné výkony LCD monitor jsou cca 30 W pro 17“ a 40 W pro 20“, CRT monitor m odpovídá hodnota 50 W. Samotnou kategorii mohou tvo it p enosné osobní po íta e notebooky. U t chto po íta p edpokládá

se

astý provoz z baterie, tedy bez el. sít . Díky tomu jsou jednotlivé díly výrobci

optimalizovány na nižší el. spot ebu, a tím klesá i tepelný výkon, a to jak konstrukcí, tak r znými úspornými režimy, do kterých se komponenty p epínají v p ípad dlouhodob jší ne innosti. B žná baterie notebooku má p ibližn 50 Wh a v tšina výrobc garantuje 2 až 3 hodiny provozu s využitím pouze baterie. To odpovídá tepelnému výkonu 16-25 W na notebook. Problémem je však skute nost, že pokud se notebooky používají v kancelá ích, jsou v tšinou napojeny do el. sít a asto se používají s dalším v tším monitorem a dalšími periferiemi, ímž jejich výkon nar stá. Ostatní kancelá ská

Obr.3.14 Vodní chlazení po íta

Miloš Lain 2007

43



technika p edstavuje rovn ž nezanedbatelný tepelný zisk. Tiskárny, kopírky, scannery, externí pam ová za ízení mohou též výrazn p ispívat k tepelné zát ži. Zisky od výpo etní techniky jsou závislé na konkrétní konfiguraci a použití. Obecn platí, že díky nár stu výkonu výpo etní techniky roste i tepelný výkon po íta i produkovaný. zpomalován uplat ováním nových technologií, nicmén u stolních po íta

áste n je nár st

nemá snížení el. p íkonu u

konstruktér p íliš vysokou prioritu. Ur itou cestou pro snížení tepelného výkonu m že být jak p ímé využití notebook , tak použití princip notebook i pro stolní po íta e. Druhou možností je p ímý odvod tepla od procesor do chladicí vody. Prvky pro vodní chlazení procesor a grafických karet je možné b žn koupit (obr. 3.14). Nutno však podotknout, že v tšina systém vodního chlazení pracuje s cirkula ní vodou a teplo je odvád no do okolí, tj. kancelá e. ešení, které by umožnilo odvod tepla mimo kancelá e zatím není komer n dostupné. Je otázkou, zda snížení tepelné zát že od výpo etní techniky je dostate ným impulsem pro vývoj takovéhoto systému. Velkou p edností p ímého vodního chlazení je i možnost použití pom rn vysokých teplot chladicí vody (20-40 °C). Vývoji vodního chlazení po íta , jako samostatného systému technických za ízení budov, by m la být v nována pozornost. Výzkumný projekt zabývající se touto problematikou by byl vhodným navázáním na

16

2

M rná tepelná zát ž (W/m )

analýzy a záv ry prezentované v rámci této práce. 60

14

50 M rná zát ž (W/m 2)

12 10 8 6 4 2 0

40 30 20 10 0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

as (h)

as

Obr. 3.15: Vybrané denní profily tepelných zisk Sou asnost a asový profil vnit ních tepelných zisk jsou d ležité p edevším p i dynamickém ešení. V kancelá ských budovách vychází

asový profil z pracovní doby. V asovém profilu m žeme

Obr. 3.16: Denní profil tepelných zisk od po íta Miloš Lain 2007

(Lukeš 2007) 44



rozeznat p t interval (obr. 3.15). Ranní náb h, který je vzhledem k rozdílnému za átku pracovní doby rozložen do cca 2 hodin, dále dopolední a odpolední špi ku, kdy skoro všichni zam stnanci pracují na svých pracovištích, polední útlum (cca 2 h) a ve erní pozvolný útlum (cca 4 h) respektující pozvolný odchod zam stnanc . Tento asový profil lze použít na tepelné zisky od osob. M ení ukazují, že tepelné zisky od po íta

mají podobný charakter (obr. 3.16), ale chybí zde polední útlum

(zam stnanci nevypínají své po íta e), naopak u zisk od monitor už díky automatickému vypínání k polednímu útlumu dochází. Tab. 3.10: Analýza vnit ních tepelných zisk Osoby

Osv tlení

W

W/m

2

W/m

2

W/m

Výpo etní technika 2

os/ks

W

W/m

2

Další kancelá ská technika 2 os/ks W W/m

Cekem W/m

4

0.5

26

62

15.5

15

7.5

1

140

35.0

20

300

3.8

62

2

6

0.6

26

62

10.3

15

6.0

1

140

23.3

14

300

3.6

43

3

8

0.7

26

62

7.8

15

4.5

1

140

17.5

10

200

2.5

32

4

10

0.7

26

62

6.2

15

4.5

1

140

14.0

7

150

2.1

27

5

12

0.7

26

62

5.2

15

4.5

1

140

11.7

2

100

4.2

26

6

8

0.7

26

62

7.8

15

4.5

1

230

28.8

8

200

3.1

44

3

8

0.7

26

62

7.8

15

4.5

1

140

17.5

10

200

2.5

32

7

8

0.7

26

62

7.8

15

4.5

1

70

8.8

12

200

2.1

23

8

8

0

26

62

7.8

15

15.0

1

140

17.5

10

200

2.5

43

9

8

0.5

26

62

7.8

15

7.5

1

140

17.5

10

200

2.5

35

10

8

0.7

26

62

7.8

30

9.0

1

140

17.5

10

200

2.5

37

3

8

0.7

26

62

7.8

15

4.5

1

140

17.5

10

200

2.5

32

11

8

0.7

26

62

7.8

9

2.7

1

140

17.5

10

200

2.5

30

12

8

0.7

22

86.8

10.9

15

4.5

1

140

17.5

10

200

2.5

35

3

8

0.7

26

62

7.8

15

4.5

1

140

17.5

10

200

2.5

32

13

8

0.7

30

37.2

4.7

15

4.5

1

140

17.5

10

200

2.5

29

14

12

0.9

26

62

5.2

9

0.9

1

70

5.8

6

100

1.4

13

15

4

0.5

26

62

15.5

30

15.0

1

230

57.5

20

300

3.8

92

Vliv osv tlení

Vliv výpo etní techniky

Vliv obsazenosti

1

Vliv teploty vzduchu

Obsaze P irozené Teplota nost osv tlení vzduchu 2 2 2 m /os m /m °C

Extrém

Varianta

2

Tabulka 3.10 a obr. 3.17 ilustrují výsledky analýzy, která se zabývala zpracováním m rných vnit ních tepelných zisk administrativních prostor. Vzhledem k tomu, že v administrativních prostorách je v tšina vnit ních zisk vázaná na osoby, je základním kriteriem podlahová plocha kancelá e pro jednoho pracovníka. Ta odpovídá v R b žn 6 až 10 m2/os. V tší podlahové plochy jsou obvykle uvažovány pro vedoucí pracovníky. V p ípad jednotlivých kancelá í je v tšinou plocha na jednoho pracovníka v tší než u kancelá í velkoplošných. Dle platných

eských p edpis

(Na ízení

2

vlády178/2001 Sb.) je minimální volná plocha na jednoho pracovníka 2 m , minimální sv tlá výška 2,5 m a minimální objem 12 m3. Dalším parametrem je podíl podlahové plochy s p irozeným osv tlením, který zohled uje pot ebu trvalého um lého osv tlení. Pro každý parametr je v analýze dosazeno n kolik hodnot, které odpovídají možným rozsah m veli in v administrativních budovách Miloš Lain 2007

45



(hodnoty vychází z prezentovaných p íkladových studií). Z provedené analýzy (obr. 3.17) vyplývá, že vnit ní tepelné zisky v administrativních budovách se mohou pohybovat ve velmi širokém rozsahu (19 až 92 W/m2), b žné hodnoty se pohybují v rozmezí 30 až 40 W/m2. Nejv tší vliv na vnit ní tepelné zisky administrativních budov má obsazenost kancelá í (podlahová plocha na jednoho pracovníka), a z toho nejv tší ást vnit ních tepelných zisk (cca 61%) p edstavují zisky od výpo etní techniky. Záv rem této podkapitoly lze íci, že vnit ní zisky p edstavují významnou tepelnou zát ž. Práv snížení vnit ních zisk

je klí ovým problémem pro navrhování nízkoenergetických a pasivních

zp sob chlazení budov. Je t eba používat úsporného a nejlépe regulovaného denního osv tlení a sou asn je t eba hledat efektivní zp soby pro odvod tepelné zát že od výpo etní techniky.

M rná vnit ní tepelná zát ž [W/m2]

100 90 80 70

Vliv obsazenosti Vliv výpo etní techniky

60

Vliv teploty vzduchu

Vliv osv tlení

50 40 30 20 10 0

Obr. 3.17: Analýza vnit ních tepelných zisk administrativních budov 3.3.2

Tepelné zisky z vn jšího prost edí

Tepelné zisky z vn jšího prost edí p edstavují p edevším zisky okny zp sobené radiací, dále zisky prostupem tepla okny a st nami. Do tepelných zisk z vn jšího prost edí lze zahrnout i zisky v tráním. Výpo et tepelných zisk radiací je všeobecn známý a vychází ze slune ní geometrie (Nový 2000, SN 730548). Výpo et b žn používaný v R se dob e shoduje s postupy podle dalších zahrani ních p edpis (Chmel 2004). i Tab. 3.11: Porovnání popisu vlastností zasklení (Chmel 2004) stínící sou initel etalon norma T+Ai difusní) dopadající na okna je SN 73 0548 s iré sklo tl. 3 mm áste n propoušt no a g b dvojité sklo áste n odraženo. Další ást VDI 2078

Slune ní

zá ení

(p ímé

je akumulována do zasklení. ASHRAE Tuto situaci popisuje známý SN EN 410

SHGC

SC

iré sklo tl. 3,175 mm

g

-

-

vztah T+R+A=1 (pom rná propustnost, odrazivost a pohltivost).

Tento vztah je komplikovaný

skute ností, že dopadající slune ní radiace i vlastnosti zasklení mohou mít nerovnom rné rozložení Miloš Lain 2007

46



v závislosti na úhlu dopadu nebo na vlnové délce zá ení. Pro tepelné zisky je d ležitá jak ást zá ení procházející zasklením (definovaná propustností T), tak ást pohlcená a p edaná do vnit ního prost edí konvekcí (dáno pohltivostí ve sm ru zá ení Ai). Sou et T+Ai se v literatu e nazývá celkový initel prostupu slune ní energie a ozna uje se g nebo SHGC (Tab. 3.11). Celkový prostup slune ní energie je závislý na úhlu dopadu a tato závislost je pro v tšinu druh zasklení shodná. Je tedy výhodné srovnávat r zné typy skel s ur itým etalonem. Pro v tšinu zasklení lze výpo et tepelných zisk od slune ní radiace oknem zjednodušit na výpo et tepelných zisk

p es etalon korigovaný stínícím

sou initelem (Chmel, 2004). Hlavním d vodem použití oken v budovách je p irozené osv tlení. Pokud je u skel snižována propustnost, snižují se sice tepelné zisky, ale sou asn zasklením. Speciální zasklení (spektráln

klesá i množství sv tla procházejícího

selektivní) pro minimalizaci tepelných zisk

využívá

rozdílné pohltivosti materiál pro r zné vlnové délky. Spektráln selektivní zasklení mohou mít až dvojnásobnou propustnost viditelného zá ení proti propustnosti zá ení tepelného (Obr. 3.18). Další ú innou metodou snížení tepelných zisk radiací je vn jší stín ní nastavitelnými žaluziemi. 100

Teplo

90

Svetlo 100

80

50

Thermobel Thermoplus

60 TL

Propustnost svetla

Propustnost

70

50

Thermobel coloré

40 30

Sunergy Stopsol

20

Solarbel Stopray

10

0 280 380

780

1000

2000

2500 2700

0 0

Vlnová délka [nm]

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

FS

Propustnost tepelného zárení [%]

Obr. 3.18: Spektráln selektivní zasklení (Glaverbel 2005) Tepelné zisky prostupem st nami, jsou u moderních budov díky vysokým tepelným odpor m st n pom rn malé. Tepelné zisky obvodovými st nami lze snížit stín ním fasády. 3.3.3

Záv r

Tepelné zisky mají zcela zásadní význam pro navrhování systém pasivního a nízkoenergetického chlazení budov. Je t eba využít všechny možnosti jejich snížení.

Miloš Lain 2007

47


4


Pasivní chlazení

Pod pojmem pasivní chlazení se rozumí p edevším projektování takových budov, které žádné chlazení nepot ebují. Využívá se pasivních prvk snižujících tepelné zát že, akumulace tepla a p irozeného odvodu tepla. Koncepce pasivního domu z pohledu chlazení by m la být základem i pro budovy s chlazením nízkoenergetickým nebo strojním a n které principy jako t eba p irozené no ní v trání, jsou zahrnovány jak do pasivních tak do nízkoenergetických systém . Dlouhodob se koncepcí pasivních dom z pohledu chlazení zabývají p edevším v jižní Evrop a USA, mezinárodn uznávaný je p edevším výzkum v ecku, Portugalsku, Francii, USA. V podmínkách eské republiky je pasivní chlazení standardem pro adu typ

budov (obytné, výrobní, zem delské) a vyskytuje se i ada

administrativních budov, které nemají strojní chlazení. Problém je v p ístupu p edevším architekt k pasivnímu chlazení. Pro adu architekt se budovy d lí na klimatizované a neklimatizované. U neklimatizovaných je pak v tšinou letní situace ešena okrajov a velmi povrchn . P i správném návrhu je t eba provést návrh neklimatizované (nechlazené) budovy s ohledem na letní tepelnou pohodu. Dle charakteru vnit ní a vn jší tepelné zát že je t eba použít principy pasivního chlazení, které umožní odvod tepelné zát že v letních m sících p i zachování tepelné pohody ve vnit ním prost edí. Zásady a možnosti pasivního chlazení jsou uvedeny v této kapitole, p ípadové studie prezentující detailní ešení pasivních budov jsou v kapitole 6.

4.1 Tvar budovy a urbanistické ešení Z pohledu pasivního chlazení by budova m la mít takový tvar a orientaci, aby se omezily na minimální míru tepelné zisky v letním období a zárove byl umožn n a podporován p irozený odvod tepla, v tšinou v tráním. Doporu ení pro vhodný tvar budovy jsou siln poplatna klimatické oblasti ve které se budova nachází. T žko m žeme použít otev ené thajské budovy, ideální pro zajišt ní stínu a prov trání v míst kde teplota celoro n neklesne pod 20 °C, pro klima st ední i severní Evropy, kde se zimní teploty pohybují hluboko pod bodem mrazu. P esto nám m žou být n které principy b žné v teplém klimatu inspirací. V ad míst sv ta existuje p evládající sm r v tru, a tvar budovy i její okolí lze p izp sobit tak, aby docházelo k maximálnímu prov trání. V p ímo ských oblastech se vyskytují brízy, vanoucí z mo e na pevninu, nebo naopak. V eské republice je málo míst s výrazn p evládajícím sm rem i charakterem v tru, proto je obtížné navrhovat budovu tak, aby bylo maximáln využito tlakového ú inku v tru.

Miloš Lain 2007

48



4.2 Okolí budovy - tepelné ostrovy Problém tepelných ostrov nastává p edevším v hust osídlených oblastech, v centrech m st, p ípadn v pr myslových zónách. Zna ná

ást dopadajícího slune ního zá ení je pohlcena st echami,

obvodovými konstrukcemi budov, a povrchem vozovek a parkoviš a z nich se pak teplo sdílí konvekcí a sáláním do okolí. Tento d j zp sobuje to, že teploty vzduchu v takovýchto oblastech jsou výrazn vyšší než v otev ené krajin , kde se provád jí meteorologická m ení. Díky t mto tepelným ostrov m je pak použití venkovního vzduchu pro odvod tepelné zát že výrazn obtížn jší a rostou i tepelné zisky budov.

Obr. 4.1: Ná rtek teplotního profilu v m stském tepelném ostrov (Akbari 1992) V souvislosti s globálním oteplováním se posuzuje i celková pohltivost území pro dopadající zá ení. Snížení pohltivosti m st sníží jak nár st teploty ve vlastním m st , tak zpomaluje i nár st teploty planety a tím globální oteplování. Jedním z možností snížení nár stu teplot v centrech m st jsou materiály s nižší pohltivostí. ada m st a vesnic v teplých oblastech má výrazn p ízniv jší charakter,

Obr. 4.2: Odrazivosti prototyp betonových barevných st ešních krytin naho e p vodní, dole nov vyvinuté (Akbari 2003)

Miloš Lain 2007

49



používají se bílé nát ry st n i fasád, asto i zatravn né i skráp né st echy. Pro moderní m sta jsou vyvíjeny speciální materiály se sníženou pohltivostí pro st echy, vozovky a parkovišt (Obr. 4.2). Použití t chto materiál pro st echy a vozovky by mohlo zvýšit v pr m ru albedo obydlených oblastí o 0,1 a tím snížit teplotu planety o 0,01 K. Toto snížení by kompenzovalo celosv tovou produkci CO2 za 0,2 roku (10 Gt CO2). Chladné st echy mohou snížit spot ebu energie klimatizace p ibližn v hodnot 10 miliard USD (Akbari, 2007). Extrémní situace nastává v n kterých amerických a asijských velkom stech, kde je zástavba tak hustá a velké množství výškových budov zp sobuje, že vítr není schopen zajistit odvod tepla a p ívod erstvého vzduchu do celých tvrtí. I když eská m sta nejsou zdaleka tak velká a hust obydlená, p esto i u nás je efekt tepelných ostrov nezanedbatelný. Intenzita teplotního ostrova je definována jako rozdíl maximální teploty vzduchu v centru m sta oproti teplot vzduchu na venkov . Intenzita teplotního ostrova záleží na velikosti m sta jeho zem pisné poloze, ro ním období, na denním a no ním chodu a na rychlosti a sm ru v tru. Pro Prahu je letní pr m rná intenzita tepelného ostrova ur ená z m ení v Klementinu a p ti meteorologických stanic v okolí Prahy 2,7 K až 3,1 K (Obr.4.3).

etnost intenzit tepelného ostrova

v tších než 4 K je v lét 7 až 16 % (Beranová 2002). Díky nár stu po tu obyvatel, intenzifikaci dopravy a dalším faktor m dochází k nár stu intenzity tepelného ostrova u v tšiny m st (obr. 4.4).

Obr. 4.3: Intenzita pražského tepelného ostrova pro jednotlivá ro ní období (Beranová 2002)

Miloš Lain 2007

50


Stupn za rok


Obr. 4.4: Nár st intenzity tepelného ostrova vybraných m st (Akbari 2007), a pro Prahu (Beranová 2002) Krom efektu m stských tepelných ostrov , vznikají i místní tepelné ostrovy okolo jednotlivých budov. Vzduch se oh ívá jak nad ulicemi a parkovacími plochami, tak podél oslun né fasády budovy. Tyto lokální teplotní rozdíly je t eba respektovat p i návrhu systému v trání a klimatizace a systém m ení a regulace. Sání erstvého vzduchu by nem lo být v míst s rizikem vyšší teploty (vhodná je severní orientace), také idla m ení a regulace je t eba d kladn stínit proti slune nímu zá ení a umístit mimo lokální tepelné ostrovy. 4.2.1

Efekt strom a zelen

Rostliny mají naopak p íznivý vliv na teplotu vzduchu a intenzitu zá ení, jak v interiéru budov tak v jejich okolí. Rostliny, p edevším stromy pohlcují zna nou ást slune ního zá ení listy, pohlcená energie se áste n využije pro fotosyntézu (možno zanedbat), áste n se p edá do okolí ve form vázaného tepla (odpar vody z pór rostliny) a áste n se p edá do okolí ve form tepla citelného. Rozhodující pro výslednou bilanci je množství vody odpa ené z povrchu list , které zp sobuje snížení teploty vzduchu. Z povrchu list s otev enými póry se odpa í 50 až 70 % vody jako z vodní hladiny o stejné ploše, p i stejných klimatických podmínkách (Santamouris 1996). M ení efektu strom u dvou dom

v Sacramentu v Kalifornii v roce 1992 ukázala, že stín ní a ochlazování vzduchu stromy

v blízkosti budov vedlo ke snížení spot eby energie na chlazení o 30 % (3,6 a 4,8 kWh/den) a snížení maximální spot eby el. energie o 0,6 a 0,8 kW (27 % a 42 %) (Akbari 2005). Výsadba strom a rozší ení park má významný vliv na snížení výše zmi ovaného efektu m stských tepelných ostrov , v pr m ru m žou stromy snížit odpolední letní teploty ve m stech o 0,3 až 1 K v n kterých p ípadech i o 3K (Akbari 2005). U listnatých strom je p íznivé i opadání listí v zimním období, kdy není stín ní v našich klimatických podmínkách žádoucí. Listnatý strom má v lét propustnost slune ního zá ení 15 až 30%, a v zim

55

až 65% (Santamouris 1996). Pro chlazení budov jsou rozhodující dva efekty strom a rostlin –stín ní a snížení teploty vzduchu adiabatickým odpa ováním vody z list ; t etí vliv, který také hraje ur itou Miloš Lain 2007

51



roli, je rostlina jako p ekážka p i proud ní v tru. Krom toho existují i další p íznivé vlivy strom a rostlin, jako je p em na CO2 na kyslík, pohlcování smogu, tlumení hluku a v neposlední ad vytvá ení lidem p íjemného prost edí. Pro detailní ešení vlivu zelen existují modely založené na bilanci vázaného tepla sdíleného konvekcí a sáláním. Bilance vázaného tepla lze

ešit podle vztahu uvedených v zahrani ní literatu e

(Levinson1997): 4.2.2

Význam vodních hladin a fontán

Podobn jako u strom p ispívají ke snížení teploty vzduchu i vodní plochy a fontány. U vodních ploch a fontán dochází k adiabatickému odpa ování vody a citelné teplo se p em uje na vázané. U v tších vodních objem jako jsou jezera a rybníky, má vliv i vlastní tepelná kapacita objemu vody. P i adiabatickém ochlazování vodou lze snížit teploty vzduchu o cca 4 K (Santamouris 1996). Kombinace vodních hladin a strom m že kompenzovat v okolí budovy efekt m stského ostrova a snižovat teplotu vzduchu. Vodní plochy nebo rostliny mohou být i sou ástí stavby nap íklad zelené st echy i fasády porostlé rostlinami.

Miloš Lain 2007

52



4.3 Tepelná hmota budovy Jako tepelná hmota budovy je definována hmota stavebních konstrukcí p ípadn vybavení, která se podílí na akumulaci tepla budovy (Santamouris 1996). Tepelná kapacita stavebních konstrukcí p edstavuje výrazný faktor ovliv ující parametry prost edí v budov . Charakter tepelných zisk je v tšinou cyklický a to jak b hem dne tak b hem roku, proto stavba s dostate nou tepelnou hmotou akumuluje teplo v dob špi kové zát že b hem dne a uvol uje ho v dob minimální zát že v noci (p ípadn léto-zima).

Proto je vysoká tepelná hmota budovy v podstat nutnou podmínkou pro

koncepci pasivní budovy z pohledu chlazení. Tepelná hmota budovy použitelná pro útlum kolísání teplot v denním cyklu je tvo ena vrstvou konstrukcí st n, stropu a podlah do hloubky 40 až 100 mm, p i emž akumula ní schopnosti obvodové st ny jsou výrazn omezeny tepelným tokem z vn jšího prost edí a sezónní akumulací tepla. Detailní výpo et chování tepelné hmoty je pom rn složitý. Je t eba kombinovat p estup tepla konvekcí mezi st nou a vnit ním vzduchem, teplo p edané zá ením - jak vn jší procházející okny, tak zá ení z vnit ních zdroj

a vzájemné sálání st n spolu s nestacionárním vedením tepla ve vlastní st n .

Tepelné ztráty

vychází ze

zjednodušeného

sinusového

pr b hu tepelných zát ží a

Vytáp ní T žká

P i ešení se bu

zjednodušené bilance zá ení,

Lehká

nebo z výpo tu dynamickým Tepelná pohoda

po íta ovým

modelem

p ípadové studie v kapitole 8). Ur itým

mezistupn m

potom Tepelné zisky

Chlazení

Obr. 4.4: Schématický pr b h denní pot eby chlazení i vytáp ní (Santamouris 1996)

(viz

(po íta ové) prezentované

jsou

zjednodušené modely v evropských

normách EN ISO 13791 a 13792.

Jednou z možností jak výrazn zvýšit tepelnou hmotu budovy je uplatn ní materiál

se zm nou

skupenství (PCM), které mají výrazn vyšší tepelnou kapacitu p i malých rozdílech teplot (Ostrý 2006).

Miloš Lain 2007

53



4.4 Stín ní budovy, oken Základním prvkem pasivních budov z pohledu chlazení je snížení tepelné zát že radiací okny. K neú inn jším možnostem pat í vn jší stín ní oken. Stín ní je možné zajistit pevnými i pohyblivými prvky, žaluziemi, roletami, markýzami, i slunolamy. V této kapitole bude prezentován správný návrh stínících prvk . 4.4.1

Slune ní geometrie

Poloha slunce je dána slune ním azimutem a (úhel slune ního paprsku od sm ru sever) a výškou slunce nad obzorem h (úhel pod kterým pozorovatel vidí slunce nad obzorem), oba tyto úhly závisí na slune ní deklinaci δ (zem pisná ší ka s kolmým dopadem paprsk ve 12 hodin slune ního asu). Vztahy pro výpo et polohy slunce jsou všeobecn známé a hojn publikované (Nový 2000) proto je nebudu v této práci uvád t. Stínící prvek by m l být navržen tak, aby v dob vysoké intenzity dopadajícího zá ení byla okna pln zastín na. Za p edpokladu vodorovného stínícího prvku lze ur it délku stínu ( SN 730548) ze vztahu:

E =C⋅

tg (h ) .....................................................................................................(4.1) cos(a − γ )

Kde E .......délka stínu [m] C.......hloubka stínícího prvku [m] h........výška slunce nad obzorem [°]

C E

a........slune ní azimut [°]

γ ........azimut normály st ny [°] Obr. 4.5: Schéma délky stínu Pro analýzu optimální velikosti stínicích prvk byl proveden výpo et pom rné délky stínu (délka stínu odpovídající 1 m hlubokému vodorovnému slunolamu) pro Prahu a vybrané letní m síce (každý m síc reprezentován 1 dnem dle SN 730548); tyto délky stín spolu s intenzitami celkové slune ní radiace procházející standardním zasklením v jasný den, vztažené k letnímu

asu, jsou znázorn ny na

obrázcích 4.6 a 4.7. Z analýzy výsledk vyplývá, že pro jižní orientaci je možné použít vodorovných stínících prvk (slunolam ) nad okny. Délka stínu bude nejnep ízniv jší v m síci zá í, kdy bude odpovídat celodenn 0,84 násobku hloubky stínícího prvku, v zá í dosahují maximálních hodnot i intenzity radice dopadající na jižní st nu. V ostatních letních m sících budou délky stín výrazn v tší (v srpnu bude minimální délka stínu 1,27 hloubky stínícího prvku). V p ípad instalace vodorovných pevných žaluzií je vhodné, aby rozte žaluzií byla 0,84 krát hloubka stínící lamely, v p ípad slunolamu t sn nad oknem by jeho hloubka m la být 1,2 krát výška okna.

Miloš Lain 2007

54


Stín- ervenec

Stín-srpen

Stín-zá í

Radiace- erven

Radiace- ervenec

Radiace-srpen

Radiace-zá í 600

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

500 400 300

Jih

200 100

1.27

21:00

20:00

19:00

18:00

17:00

15:00

16:00

0

14:00

13:00

12:00

11:00

10:00

9:00

8:00

7:00

6:00

0.84

Intenzita celkové slune ní radiace procházející st. zasklením [W/m2]

Stín- erven

5:00

Délka stínu


Hodina

Stín- erven

Stín- ervenec

Stín-srpen

Stín-zá í

Radiace- erven

Radiace- ervenec

Radiace-srpen

Radiace-zá í 600

5

500

5

500

4

400

4

400

0

21:00

0 20:00

100

19:00

1

18:00

200

17:00

13:00

12:00

300

2

16:00

Hodina

11:00

0

10:00

0 9:00

100

8:00

1

7:00

200

6:00

2

Západ

3

15:00

300

14:00

Východ

13:00

3


6

Délka stínu

600


6

5:00

Délka stínu

Obr. 4.6: Pom rná délka stínu [mstínu/mstínícího prvku] a celková slune ní radiace pro jižní orientaci st ny

Hodina

Obr. 4.7: Pom rná délka stínu [mstínu/mstínícího prvku] a celková slune ní radiace pro východní a západní orientaci steny

Miloš Lain 2007

55



Pro západní a východní orientaci st n se vodorovné stínící prvky nehodí, v dob maximální dopadající radiace je pom rná délka stínu výrazn nižší než 1. V dob kdy pom rná délka stínu dosahuje hodnot 0,333 (tj. pro zastín ní 1 metru okna je t eba 3 m hloubky slunolamu) jsou intenzity radiace procházející zasklením blízké 400 W/m2. Proto pro východní a západní orientaci je t eba použít stínících prvk s pohyblivými lamelami.

4.5 P irozené v trání Budovy s p irozeným v tráním (bez ventilátor ), které je využíváno na odvod tepelné zát že v letních m sících jsou asto zahrnovány mezi budovy s pasivním chlazením. P irozené v trání se v tšinou rozlišuje jako infiltrace, prov trávání, aerace a šachtové v trání (Nový 2000). Komplexní ešení p irozeného v trání budovy m že být kombinací t chto základních metod. B žné je využití p irozeného v trání rozdílem hustot vzduchu v halách s vnit ními tepelnými zisky (aerace). V t chto halách je celoro n vyšší teplota než teploty venkovního vzduchu a spodní otvory slouží pro p ívod a horní pro odvod, v hale nejsou žádné další výrazné odpory pro proud ní vzduchu. V zimních m sících je výrazn vyšší rozdíl teplot a tudíž i ú inný tlak a pro stejný požadovaný pr tok vzduchu je možné využít menších otvor , menší zimní p ívodní otvory se v tšinou umis ují výše, aby se zmenšilo riziko pr vanu v pracovní oblasti. Naopak velké p ívodní otvory pro léto jsou u podlahy, kde se maximáln využije výška objektu a vyšší rychlosti proud ní jsou p i vysokých teplotách v hale p íznivé. V objektech s nižší tepelnou zát ží dochází v tšinou b hem horkých letních dn k opa nému proud ní a vzduch je p ivád n horními otvory a odvád n spodními, protože teplota v objektu je nižší než teplota venkovního vzduchu. Optimální návrh a regulace takového systému je pom rn náro ná, protože teplejší venkovní vzduch m že zah ívat budovu, ale zárove v trání odvádí tepelné zisky. Pro budovy s velmi nízkými tepelnými zisky je v tšinou vhodn jší v trání b hem dne omezit. Dynamická

Obr. 4.8: P irozené v trání budov (Allard 2003)

Miloš Lain 2007

56



po íta ová simulace m že pomoci p i hledání optimálního režimu.

4.5.1

Zásady pro p irozené v trání administrativních budov

P i návrhu budovy s p irozeným v tráním je t eba již od prvního konceptu zohlednit koncepci v trání. Budova musí mít vhodn

navržené p ívodní otvory. V p ípad

že jsou to okna, m la by být

otevíratelná ást dostate n velká, m la by umož ovat nastavení velikosti otev ení (podle pot eby v trání) a m la by být zabezpe ena proti pov trnostním podmínkám (silný vítr, déš ). Je možné použít servopohonu pro otevírání oken. Je možné použití i speciálních v tracích otvor (št rbin), kde je výhodu nap íklad možnost automatického nastavení pr toku, i ochrana proti dešti a vniknutí do objektu. Pro maximální využití proud ní vlivem v tru je t eba zajistit p í né prov trání budovy. Bu velkoprostorovými kancelá emi s okny na obou stranách budovy, nebo dostate n velkými otvory propojujícími kancelá e s chodbou p ípadn atriem. Tyto propojovací otvory by m ly být opat eny tlumi i hluku pro zabrán ní p eslech . Pro umožn ní proud ní vlivem rozdílných hustot uvnit a venku je t eba zajistit svislé šachty, ty mohou být realizován formou speciálních vzduchových šachet, nebo atrií (Obr. 4.8). Pro zvýšení tlakové diference v letních m sících lze použít solárních komín . Solární komín je umíst n na st eše budovy jako sou ást šachty pro odvod vzduchu. Solární komín je ešen jako slune ní kolektor, který oh ívá odvád ný vzduch a tím se zvyšuje rozdíl tlak

vlivem rozdílných hustot

vzduchu. Výhodou solárního komína je, že jeho funkce se zlepšuje s rostoucí intenzitou slune ní radiace stejn jak nar stá i tepelná zát ž objektu. P i návrhu systému p irozeného v trání je t eba ešit jak minimální pr toky, které nastávají v bezv t í a p i malých teplotních rozdílech a ov it, zda budou dostate né, pro p ívod erstvého vzduchu a odvod tepelné zát že. Tak je t eba ov it i extrémní pr toky, které mohou nastat p i vysokých rychlostech v tru a nebo velkých teplotních rozdílech, vzhledem k riziku pr vanu. P i p edb žném i detailním ešení se vychází z rovnic prezentovaných v kapitole 2. P i p edb žném návrhu se v tšinou provádí výpo et pro vybrané klimatické podmínky. Pro detailní ešení je vhodná dynamická po íta ová simulace . V našich klimatických podmínkách je problematické p irozené v trání v zimních m sících, kdy je sice dostate ný rozdíl tlak díky rozdílu hustot, ale teploty p ivád ného vzduchu jsou velmi nízké a hrozí nebezpe í pr vanu. Pro zimní v trání by m la být možnost nastavení malých p ívodních otvor (št rbin). Komponenty pro p irozené v trání rozsáhlých administrativních budov, nejsou na našem trhu p íliš dostupné. Paradoxn se pak cena speciálních servopohon pro otevírání oken m že blížit i po izovací cen ventilátorové klimatiza ní jednotky.

Miloš Lain 2007

57



Prostor uzav ený v budov .

P echodový prostor. Tato metoda p irozeného v trání vychází z využití

centrálního

prostoru

jako

nap íklad atria nebo schodiš ové haly.

Uzav ený ze stran a p iléhající k jedné fasád .

Komínové odvody.

Sousedící

prostory,

Každý v traný prostor má v trací šachu

samostatným komínem.

každý

se

nebo komín vyvedený nad st echu budovy . P ekrývající se prostory, každý se samostatným komínem.

Paralelní odvod pro n kolik zón.

V trací šachty.

Každý prostor má samostatné šachty

Šachty jsou integrovány do konstrukcí

pro p ívod o odvod.

budovy. Jsou možná r zná architektonická ešení za len ní šachet do objektu.

Paralelní rozvody jedním Vzduchovodem.

Otvory ve fasád .

Nep ímé v trání p es meziprostor.

V trání budovy je v podstat založeno na návrhu

vn jšího

plášt

budovy

s v tracími otvory. Jsou r zné možnosti ešení

propojení

vnit ních

prostor

s venkem. Existují dv základní koncepce, bu

Stranové v trání s p ímým p ívodem vzduchu.

jednostranné v trání a nebo p í né

v trání.

Obr. 4.9: Typologie architektonického ešení p irozeného v trání (Allard 2003)

Miloš Lain 2007

58



4.6 Záv r Pasivní administrativní budovy (z pohledu chlazení) jsou v eské republice stále hojn zastoupeny. A pasivní chlazení je standardem u budov ur ených pro bydlení. Zásady správného návrhu pasivní budovy lze shrnout do následujících bod které je t ena aplikovat p i návrhu budovy s pasivním chlazením :

•

Minimalizace tepelných zisk z vn jšího prost edí (vn jší stín ní oken, selektivní skla, izolace a stín ní fasád a st ech).

•

Minimalizace vnit ních tepelných zisk (dostate ná podlahová plocha na osoby, nepoužívat kancelá skou techniku s vysokým tepelnými výkony, úsporné osv tlení).

•

Dostate ná tepelná hmota budovy (betonový strop bez podhled , podlaha bez koberc ).

•

Budova navržená tak, aby bylo možné p irozené v trání (nejlépe ve dne i v noci).

•

Umožnit tepelnou adaptaci zam stnanc

•

Snažit se minimalizovat teplotu okolo budovy (zele , vodní plochy).

(lehké oble ení, otevíratelná okna).

P i projektování nové nebo rekonstrukci stávající budovy s pasivním chlazením by m ly být ov eny teploty ve vnit ním prostoru podle adaptivního modelu tepelné pohody a provedena optimalizace jednotlivých prvk systému p edpokládaného provozu.

Miloš Lain 2007

59


5


Nízkoenergetické chlazení

V této kapitole jsou prezentovány principy jednotlivých hlavních metod nízkoenergetického chlazení, jejich výhody, nevýhody a podklady pro p edb žný návrh.

5.1 No ní chlazení No ní v trání je jedna ze základních metod nízkoenergetického chlazení budov. Tepelné zisky b hem dne jsou akumulovány do tepelné hmoty budovy a odvedeny v tráním v noci. Podmínkou funkce no ního v trání je tedy dostate ná tepelná hmota budovy, a no ní v trání venkovním vzduchem. No ní v trání m že být p irozené nebo nucené. P irozené no ní v trání pat í spíš mezi pasivní metody chlazení administrativních budov. No ní chlazení m že být používáno samostatn jako jediný zp sob odvodu teplené zát že nebo ho lze kombinovat s jinými metodami nízkoenergetického nebo strojního chlazení. No ním chlazením se ve sv t zabývá ada prací. Olsen a Chen publikovali rozsáhlou studii (Olsen 2003) ve které zpracovali po íta ové simulace pro 7 hodinové no ní chlazení (od 23 do 6 hod) programem „Energy Plus“, vycházeli z klimatických dat pro Velkou Británii (Heathrow). P i intenzit

Normalizovaná spot eba energie [-]

v trání 5 1/h bylo dosaženo snížení spot eby chladu 62 % (obr. 5.1).

chlazení

Stávající systém bez NV

Vyt s ovací v trání s NV

VAV systém s NV

ventilátor

VAV systém s NV a DV

Obr. 5.1: Vliv klimatiza ního systému a použití no ního v trání (NV) a p irozeného v trání b hem dne (DV) na spot ebu energie budovy (Olsen 2003) Stec publikoval výsledky po íta ových simulací pro Nizozemské klima založených na programu Matlab Simulink. P i devítihodinovém p irozeném no ním v trání intenzitou 2 1/h se spot eba energie na chlazení sníží o 50 % a p i intenzivním nuceném v trání (11 1/h) o 56 % (Stec 2005). Kolokotroni sledoval vliv

ady parametr

na snížení spot eby energie pro chlazení typické

administrativní budovy ve Velké Británii (obr.5.2).

Miloš Lain 2007

60



T žk Lehká St ední

Tepelná hmota budovy

Vnit ní zisky

Vnit ní navrhovaná teplota (°C)

Intenzita p irozeného v trání 1/h

Nucené v trání 1/h Provoz no ního v trání

Obr. 5.2: Snížení spot eby energie [%] proti referen nímu p ípadu pro chlazení typické administrativní budovy (Kolokotroni 1999) Todorovi ve své diserta ní práci (Todorovi 2007) B lehradu, pomocí vlastního simula ního programu. Na obrázku 5.3 je vliv vnit ní požadované teploty a po tu hodin provozu no ního v trání na procentuelní snížení pot ebného chladicího výkonu. Na obrázku 5.4 je pak znázorn n nár st spot eby energie ventilátor v závislosti na intenzit v trání pro nucené v trání a kombinaci nuceného p ívodu a p irozeného odvodu. Z graf vyplývá, že optimální doba no ního v trání je 7 hodin a vyšší intenzity v trání než 8 vedou k nár stu spot eby energie.

Miloš Lain 2007

Snížení spot eby chladu [%]

posuzovala úspory energie no ním v tráním pro klima

Požadovaná vnit ní teplota

Po et hodin provozu NV

Obr. 5.3: Snížení chladicího výkonu p i no ním v trání (Todorovi 2007) 61



Ventilátor

Ventilátor

Chlazení

Chlazení

Celkem

Celkem

Intenzita v trání [1/h]

Intenzita v trání [1/h] 2

Obr. 5.4: Spot eba energie [kWh/ m za rok] v závislosti na intenzit no ního v trání pro nucené v trání (vlevo) a kombinované v trání (vpravo) (Todorovi 2007)

Tyto studie stejn jako ada jiných (Santamouris 1994,1995, 2002) ukazuje vysoký potenciál no ního v trání pro snížení spot eby energie budov na chlazení i možnosti použití pouze no ního chlazení pro budovy s nízkými tepelenými zisky. V p ípad nuceného no ního chlazení je vyznamným problémem spot eba el. energie ventilátor p i no ním provozu. Ukazuje se, že je t eba optimalizovat provoz no ního chlazení. P i neoptimalizovaném provozu je vysoká pravd podobnost toho, že no ní chlazení sice výrazn sníží spot ebu chladu pro klimatizaci objektu, ale spot eba el. energie ventilátor naroste a výsledná spot eba celého objektu je vyšší než p i pouze strojním chlazení. Nebo strojní chlazení pracuje v tšinou s chladicím faktorem v tším než jedna a úspora el. energie je nižší než snížení spot eby chladu. Optimalizace systému musí být pom rn detailní vztažená na konkrétní objekt a konkrétní klima a proto záv ry optimalizace nelze zobec ovat. Význam optimalizace je patrný nap íklad z rozsáhlé studie zabývající se nízkoenergetickým chlazením (Behne 1997). Na obrázku 5.5 naho e je patrné že pro Berlín (klima podobné Praze) a San Francisko byla celková spot eba primární energie p i pouze no ním v trání mízn vyšší než pro referen ní VAV systém. Pro Locarno byla nepatrn nižší. Jako optimální pro Berlín se ukázal systém kombinující omezené no ní v trání se strojním chlazením b hem dne (obr. 5.5 dole).

Miloš Lain 2007

62


Spot eba energie [kWh/m 2]

160

erpadla

140 120 100

Ventilátor

138,5

139,5

57,1

57,1

28

28,2

80 60 40 20 0

erpadla 160 Spot eba energie [kWh/m2]

V ž

140


Topení

Chlad. jednotka

145,7

145,3

57,1

57,1

26,4

26,5

18,8

7

33,8

33,8

29

29,1

10,5

19,2

9,8

31,8

VAV Berlín

NV

VAV Locarno

NV

Ventilátor

Topení

V ž

Sv tla

Vybavení

105,1

107,1

57,1

57,1

23,2

23,3 5,1

5,1 12,7 5,8

21,2

VAV San Francisco

Chlad. jednotka

NV

Sv tla

Vybavení

VAV a no ní v trání (100% venkovní vzduch)

138,5

135,6

57,1

134,8

138,1

57,1

57,1

57,1

28,0

28,0

28,0

7

28,0

5,7

4,5

4,1

33,8

33,8

33,8

33,8

10,6

9,4

9,8

13,5

9,4

Ref.VAV

krok.1

krok.2

krok.3

Kone ný stav

134,3

120 100

57,1

80 60 40 20 0

28,0

4,4 33,8

Obr. 5.5: Porovnání celkové spot eby energie objektu p i nuceném no ním v trání bez chlazení a se standardním klimatiza ním systémem VAV pro t i lokality (naho e) a optimalizace provozu nuceného no ního v trání s chlazením b hem dne pro Berlín (dole) (Behne 1997)

Miloš Lain 2007

63


5.1.1


Klimatické podmínky pro no ní chlazení v eské republice

Základní podmínkou no ního chlazení je dostate n nízká teplota vzduchu v no ních hodinách. Na grafech na obrázku 5.7 je znázorn n pr b h maximálních denních a minimálních no ních teplot jednotlivých dní pro referen ní rok (TRY) a extrémní rok 2003. Z graf je patrné, že minimální no ní teploty jsou v Praze b hem typického roku v tšinou nižší než 15 °C a b hem roku extrémního v tšinou nižší než 18 °C. Rozdíl mezi denní a no ní teplotou b hem horkých dn je vyšší než 10 K. St ední denní rozsah teplot (mean daily tempereture range), definovaný jako rozdíl pr m ru denních maxim a pr m ru denních minim za nejteplejší m síc roku (IEA 1995) je pro referen ní rok 11,6 K a pro extrémní rok 12,3 K. Na obrázku 5.6 je porovnána kumulativní etnost výskytu letních no ních (od 20:00 do 6:00) teplot vzduchu pro referen ní rok, extrémní rok a veškerá dostupná klimatická data. Z tohoto porovnání vyplývá, že referen ní rok má mírn nižší teploty vzduchu v no ních hodinách než veškerá klimatická data a noci extrémního roku 2003 byly výrazn teplejší. N základ analýzy klimatických dat lze íci, že klima v eské republice (Praze) je velmi vhodné pro no ní chlazení a to i v extrémních létech.

1985-1997+2003

Praha - 2003

TRY Praha

100%


90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0


20

25

30


Obr. 5.6: Kumulativní etnosti teplot vzduchu v no ních hodinách

Miloš Lain 2007

64


Den

25-IX.

11-IX.

Den

25-IX.

18-IX.

11-IX.

0

4-IX.

-10 28-VIII.

5

21-VIII.

-5

14-VIII.

10

7-VIII.

0

31-VII.

15

24-VII.

5

17-VII.

20

10-VII.

10

3-VII.

25

26-VI.

15

19-VI.

30

12-VI.

20

5-VI.

35

29-V.

25

22-V.

40

15-V.

30

8-V.

45

Rozdíl teplot vzduchu [K]

Kolísání teplot Rozdíl max. a min. teploty za 24 hodin

Min

35

1-V.


Max

18-IX.

0

4-IX.

-10 28-VIII.

5

21-VIII.

-5

14-VIII.

10

7-VIII.

0

31-VII.

15

24-VII.

5

17-VII.

20

10-VII.

10

3-VII.

25

26-VI.

15

19-VI.

30

12-VI.

20

5-VI.

35

29-V.

25

22-V.

40

15-V.

30

8-V.

45

Rozdíl teplot vzduchu [K]

Kolísání teplot Rozdíl max. a min. teploty za 24 hodin

Min

35

1-V.


Max


Obr. 5.7: Pr b h maximálních a minimálních teplot vzduchu za 24 h a pr b h jejich rozdílu pro referen ní rok (naho e) a extrémní rok 2003 (dole)

Miloš Lain 2007

65


5.1.2


No ní chlazení nucené – p edb žný návrh

P i nuceném no ním v trání je vzduch v noci p ivád n do budovy ventilátory nebo klimatiza ní jednotkou. Vzduch konvekcí odvádí teplo naakumulované ve stavebních konstrukcích budovy (tepelná hmota). Pro nucené no ní v trání administrativních budov se v tšinou používá centrální vzduchový systém, ale je možné ho kombinovat se speciálním systémem ur eným pouze pro no ní v trání. Nucené no ní v trání lze používat ve v tšin nových nebo rekonstruovaných budov s periodickou tepelnou zát ží a to jak samostatn tak v kombinaci s jiným chlazením. Po izovací náklady a náklady na údržbu jsou u no ního chlazení malé. Provozní náklady jsou závislé na použitém systému. P i celkových tlakových ztrátách do 1000 Pa by m ly být provozní náklady nízké, p i ztrátách nad 1500 Pa vysoké (Barnard 2001). No ní chlazení je vhodné pro budovy s periodickými tepelnými zisky v mírném klimatu. No ní chlazení se nehodí pro budovy s vysokými tepelnými zisky a prostory s vysokými nároky na p esné dodržení teploty, i vlhkosti. P i návrhu nuceného no ního v trání je t eba dát d raz na minimalizaci tlakových ztrát vzduchotechnického systému a zabránit podchlazování. Podmínkou pro funkci systému je dostate ná tepelná hmota budovy a dostatek místa pro vzduchotechnický systém. No ní chlazení s vysokou tepelnou hmotou budovy dokáže odvézt 20 až 30 W/m2 periodické tepelné zát že a snížit teplotu v prostoru o 2 až 3 K (Barnard 2001). 5.1.3

No ní chlazení p irozené – p edb žný návrh

V trání v no ních hodinách je zajišt no p irozen otev enými okny a v tracími otvory. Otevírání oken m že být jak manuální tak automatické. Podobn jako nucené no ní v trání lze p irozené no ní v trání používat ve v tšin nových nebo rekonstruovaných budov s periodickou tepelnou zát ží a dostate nou plochou v tracích otvor . Nelze ho používat tam, kde je vzduch v okolí budovy p íliš zne išt n nebo tam, kde není možné otevírání oken z bezpe nostních d vod . Po izovací náklady jsou u p irozeného no ního v trání s manuální obsluhou velmi malé i u systém se servopohony jsou náklady stále nižší než pro standardní chlazení. Podobn provozní náklady na údržbu nar stají pouze mírn o náklady na úklid (Barnard 2001). P irozené no ní chlazení je vhodné pro budovy s periodickými tepelnými zisky v mírném klimatu. P irozené no ní chlazení se nehodí pro budovy s vysokými tepelnými zisky a prostory s vysokými nároky na p esné dodržení teploty, i vlhkosti. Není též vhodné pro oblasti s vysokým zne išt ním vzduchu, hlu né oblasti a budovy s velkou hloubkou (není-li možnost p irozené v trání ešit jinak než otvory na fasád ). P i návrhu p irozeného no ního v trání je t eba dát d raz na možnost maximálního využití energie v tru a rozdílu hustot pro v trání budovy a zabránit podchlazování. Podmínkou pro funkci systému je dostate ná tepelná hmota budovy a otevíratelné v trací otvory ve fasád . P irození no ní chlazení Miloš Lain 2007

66



s vysokou tepelnou hmotou budovy dokáže stejn jako nucené odvézt 20 až 30 W/m2 periodické tepelné zát že a snížit teplotu v prostoru o 2 až 3 K (Barnard 2001). 5.1.4

Za ízení pro no ní chlazení

Pro nucené no ní chlazení se používají b žné prvky vzduchotechniky, ketré jsou na trhu dostupné v dostate né nabídce. P i vyšších pr tocích vzduchu by m ly být voleny ventilátory s maximální ú inností a to jak p i jmenovitých pr tocích, tak p i provozu se sníženým pr tokem vzduchu. Proto je vhodná i regulace nesnižující výrazn ú innost, nap . regulace otá ek. Pro p irozené v trání administrativních budov je naopak na trhu nabídka velmi malá. Servopohony pro ovládání oken existují, ale díky malé poptávce jsou jejich ceny pom rn vysoké. Nízkoodporové m ížky v tších pr ez s nízkými tlakovými ztrátami a tlumením p eslech

pro propojení místností

s chodbami a atrii na trhu chybí. Stejn jako typová ešení pro p irozené v trání administrativních budov. 5.1.5

Stávající realizace

V eské republice se ve stávajících administrativních budovách bez klimatizace v omezené mí e uplat uje p irozené no ní chlazení a to v tšinou pouze okny a p evládá pouze denní v trání. N které stávající vzduchové systémy využívají no ního chlazení k p edchlazení budovy. Nové administrativní budovy mají v tšinou strojní chlazení. Široké je použití no ního chlazení v pr myslu, u pr myslových hal bez vyšších nárok na p esné dodržení teploty bylo no ní a denní v trání bez strojního chlazení standardem. No ní chlazení se v široké mí e uplat uje u obytných dom , které mají díky výrazn nižší tepelné zát ži a p ítomnosti obyvatel v no ních hodinách pro no ní chlazení vhodné podmínky. 5.1.6

Detailní návrh no ního v trání

P i detailním návrhu je t eba zohlednit typické pr b hy teplot vzduchu v letních m sících a akumulaci tepla konstrukcí, což je bez po íta ové simulace velmi obtížné. Ú inek no ního v trání nezáleží pouze na pr m rných hodnotách a etnosti teplot, ale p edevším na rozložení teplot b hem 24 hodin, proto nelze používat zjednodušené výpo ty vycházející z extrémní zát že. Pro základní návrh no ního chlazení lze použít zjednodušené návrhové procedury vycházející z hodinových výpo t tepelných zát ží, bilancí v tracího vzduchu a zjednodušeného zahrnutí tepelné hmoty budovy a to vše b hem 24 hodinového cyklu referen ního dne. Byly posuzovány 3 zjednodušené modely detailn popsané v literatu e (Pfaferott 2004, 2005) (Hassid 2000) a (Chyský 1995). Model podle (Pfaferott 2004, 2005) se ukázal p i ešení v tabulkovém procesoru Excel jako nestabilní a nebylo možné ho dále používat (Kotan 2007). Zjednodušené návrhové modely podle (Hassid 2000) a (Chyský 1995) byly kalibrovány (korekce tepelných zisk a tepelné hmoty budovy) a porovnány s výsledky detailní po íta ové simulace v programu ESP-r s p ekvapiv dobrou shodou (Obr 5.8).

Miloš Lain 2007

67



Pro návrh pr tok vzduchu nebo posouzení teplot vzduchu v prostorech s no ním v tráním lze tedy dob e použít zjednodušených simula ních program , ale parametry volené v t chto programech musí být vhodn zvoleny a to bu na základ m ení, zkušeností nebo detailní po íta ové simulace. Pro optimalizaci a detailní návrh no ního v trání jsou potom využívány p edevším detailní simula ní programy pro energetické bilance budov, systém

v trání a ešení proud ní. Detailní návrh a

optimalizace systém no ního v trání jsou prezentovány kapitolách 8 a 9.

[°C]

Porovnání ESP-r X zkalibrovaný Hassid 37,0 36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

as [h] ESP-r noc 2x;den 2,24x

ESP-r noc 4x;den 2,24x


Hassid noc 2x;den 2,24x



venkovní teplota

[°C]

Porovnání ESP-r X zkalibrovaný Chysky 37,0 36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0 19,0 18,0 17,0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

as [h] ESP-r noc 2x;den 2,24x



Chysky noc 2x;den 2,24x



venkovní teplota

Obr. 5.8: Pr b h teplot vzduchu pro t i r zné intenzity no ního v trání – porovnání modelu podle Hasida s ESP-r (naho e) a modelu podle Chyského (dole)

Miloš Lain 2007

68



5.2 Adiabatické chlazení V angli tin se pro tento princip chlazení používá název „Evaporative cooling“ což v doslovném p ekladu „vypa ovací chlazení“ lépe vystihuje podstatu tohoto jevu. Principem adiabatického (odpa ovacího) chlazení je p em na citelného tepla na teplo vázané p i odpa ování vody. Je-li do vzduchu rozprašována voda, odpa uje se a teplota vzduchu klesá a jeho vlhkost roste. V idealizovaném p ípad se jedná o d j adiabatický, dochází pouze k p em n energie uvnit systému. V reálných p ípadech je d j ovlivn n teplotou dodávané vody a to m že mít zna ný vliv obzvlášt , když nedojde k úplnému vypa ení vody a vzduch je sprchován vodou o jiné teplot . Princip adiabatického chlazení není žádnou novinkou. Adiabatické chlazení vodní hladinou, sprchováním vzduchu

i rozprašováním vody bylo v ad

systém

využíváno p ed rozší ením

strojního chlazení. Existují t i základní metody adiabatického chlazení; je to p ímé adiabatické chlazení, nep ímé adiabatické chlazení a adiabatické chlazení s využitím sorp ních vým ník . P ímé adiabatické chlazení spo ívá v p ímém ochlazování p ivád ného vzduchu odpa ováním vody.

P i nep ímém

adiabatickém chlazení je adiabaticky chlazen sekundární vzduch, nebo je adiabaticky vyráb na chladicí voda. Sekundární vzduch (odvád ný, nebo venkovní) pak odebírá citelné teplo p ivád nému vzduchu pomocí vým ník

tepla vzduch-vzduch (nej ast ji deskových). P i adiabatické p íprav

chladicí vody se pak chladná voda používá k chlazení vzduchu, p ípadn pro sálavé chlazení. Posouzením možností adiabatického chlazení se v nuje ada jednotlivých

lánk

i souhrnných

publikací. Behne ve své studii (1997) používal kombinaci p ímého a nep ímého vzduchového adiabatického chlazení spolu se strojním chlazením pro Berlín (obr. 5.9), vyhodnotil snížení primární erpadla

V ž

Vybavení

18,8 29,1

26,4

105,3 57,1

98,9 57,1

12,7 29,1

10,5

11,2

9,9

10,3

23,2 5,8 5,1 12,7

23,8 38,5

23,2 4,9 13,5

19,4 16,7

121,9 57,1

23,8 4,9 17,9 17,3

EVAP

33,4

26,4

EVAP

0

33,8

28 4,6

VAV Locarno

20

28 7

57,1

57,1

VAV Red Bluff

57,1

57,1

139,0

EVAP

40

Sv tla

EVAP

57,1

135,7

80 60

Chlad. jednotka

VAV San Francisco

100

138,5

145,5

VAV Berlín

Spot eba energie [kWh/m 2]

120

Topení

162,4

160 140

Ventilátor

Obr. 5.9: Porovnání celkové spot eby primární energie referen ní budovy pro t i lokality p i použití adiabatického chlazení (Behne 1997) Miloš Lain 2007

69



spot eby energie o 35 % , ale díky vyššímu odvlh ení p i následném strojním chlazení, se zredukuje snížení spot eby primární energie na pouhých 5 %. Adiabatické chlazení ale p isp je ke snížení pot ebného instalovaného výkonu strojního chlazení o 40 % a sníží se špi kový el. odb r o 15 %. Costelloe (2003) se zabýval nep ímým adiabatickým chlazením (výrobou chladné vody v chladicí v ži) a posuzoval možnosti jeho použití pro chlazení pro 20 evropských lokalit. Jako krajní meze zvolil Dublin (nejvyšší potenciál) a Miláno (nejnižší). D ležitým parametrem je „teplotní diference sekundárního okruhu“ SAT (Secondray Aproach Temperature) a teplotní diference primárného okruhu PAT. Tyto hodnoty definují rozdíl teploty adiabaticky získané chladicí vody oproti teplot mokrého teplom ru. Tento parametr je dán konstrukcí a provozem zdroje chladu, a teplot blízkých teplot mokrého teplom ru lze dosáhnout pouze p i nízkém chladicím faktoru (vysoká spot eb el. energie ventilátor a erpadel). Tato studie ukazuje je velmi vysoký potenciál pro používání adiabatické p ípravy chladné vody v Evrop . Celoro n je možné adiabatickým chlazením získat v Dublinu teplotu 20°C a v Milánu 26°C (Obr. 5.10).

Ro ní použitelnost [%]

Milán PAT 1,5 K Milán SAT 3 K Dublin PAT 1,5 K Dublin SAT 3 K

Teplota chladicí vody [°C]

Obr.5.10: Celková dostupnost teplot chladicí vody pro Milán a Dublin (Costelloe 2003) 5.2.1

Analýza klimatu

Pro posouzení možností adiabatického chlazení je rozhodující vlhkost vzduchu. Potenciál adiabatického chlazení je dán rozdílem teploty vzduchu a mezní teploty adiabatického ochlazování. Mezní teplotu adiabatického ochlazování lze prohlásit za shodnou s teplotou mokrého teplom ru. Pr b h teploty mokrého teplom ru, p ípadn rozdílu teploty vzduchu a teploty mokrého teplom ru v letním období referen ního roku prezentuje jako rozhodující parametr pro posouzení vhodnosti adiabatického chlazení ada zahrani ních studií. Rozložení teploty mokrého teplom ru pro léto pražského TRY a extrémního roku 2003 je znázorn no na obrázku 5.11. Teplota mokrého teplom ru dosažená po 99 % hodin roku je v Praze pro referen ní rok 19 °C pro extrémní rok 20°C.

Miloš Lain 2007

70


VUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prost edí Praha 2003 výb r etnost

100.0%

90.0%

90.0% Celkový po et hodin s nižší hodnotou [%]


TRY Praha -Hannevold výb r etnost

100.0%

80.0% 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0%

80.0% 70.0% 60.0% 50.0% 40.0% 30.0% 20.0% 10.0%

0.0%

0.0%

0

5

10

15

Teplota mokrého teplomeru [°C]

20

25


0

5 10 15 Teplota mokrého teplomeru [°C]

20

25


Obr. 5.11: Kumulativní etnosti teplot mokrého teplom ru v letním období pro TRY (vlevo) a rok 2003 (vpravo) V grafu na obrázku 5.12 je pak znázorn na závislost teploty mokrého teplom ru na teplot vzduchu, každá hodina je prezentována jedním bodem. Z graf je patrné, že do teploty cca 18 °C je pom rn

Obr. 5.12: Závislost teploty mokrého teplom ru na teplot vzduchu pro letní období TRY Praha (vlevo) a rok 2003 (vpravo) asto teplota mokrého teplom ru shodná s teplotou vzduchu, to odpovídá deštivému po así. Pro vyšší teploty už jsou teploty mokrého teplom ru výrazn nižší. Maximální teplota mokrého teplom ru je 23 °C (resp 25 °C pro extrémní rok).

Miloš Lain 2007

71



Pro p ímé adiabatické chlazení lze provést jednoduchou analýzu vycházející z teorie tepelné pohody a úpravy vzduchu p i adiabatickém vlh ení. Pro t i zvolené typické letní p ípady je zpracováno p ímé adiabatické chlazení z teploty 32 °C, 29 °C a 25 °C a relativní vlhkosti 40 %.

PMV

Adiabatické chlazení 25°C

Adiabatické chlazení 29 °C

Adiabatické chlazení 32°C

3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 -0.25 -0.5 -0.75 -1 30

40

50

60

70

80

90

100

Relativní vlhkost vzduchu [%]

Obr. 5.13:. Závislost ukazatele PMV na relativní vlhkosti vzduchu p i adiabatickém chlazení Z h-x diagramu vlhkého vzduchu jsou stanoveny stavy vzduchu pro adiabatické ochlazování. Pro takto stanovené body je vyhodnocen ukazatel tepelné pohody PMV (viz kap. 3.) pro lov ka s oble ením 0,7 clo, výdejem 1,2 met, rychlost proud ní 0,1 m/s a p i st ední radia ní teplot shodné s teplotou vzduchu. Výsledné závislosti PMV na relativní vlhkosti p i adiabatickém chlazení (viz obr. 5.13) ukazují, že p ímé adiabatické chlazení p ispívá k nár stu tepelné pohody posuzované st edním tepelným pocitem PMV. Pokles teploty zp sobený adiabatickým chlazením má na PMV výrazn v tší vliv nežli nár st relativní vlhkosti. P ímé

adiabatické

chlazení

se

hodí

p edevším pro suché, horké i teplé klima (n kdy se používá i název pouštní chlazení). Nelze ho však použít pro oblasti

s vlhkým

klimatem.

St edoevropské klima je hodnoceno jako teplé (výpo tová teplota 32 °C) a áste n vlhké (semi humid) (Zimmermann 1995). Obr.5.14: Limity pro p ímé adiabatické chlazení

Miloš Lain 2007

P i hodnocení energetické náro nosti chlazení se

asto používají denostupn

72



(hodinostupn ), ty však reprezentují pouze citelnou tepelnou bilanci prostoru. Pro systémy s adiabatickým chlazením je t eba respektovat i teplo vázané. Zejména z tohoto d vodu byly definovány entalpihodiny (Zmmermann 1995). Entalpihodiny (EH) jsou definovány jako suma hodin a rozdíl entalpií v dob , kdy entalpie venkovního vzduchu p ekro í referen ní hodnotu.

Tabulka 5.1 dokumentuje

porovnání hodinostup pro

a entalpihodin

eskou Republiku a n které další

oblasti (m sta). Výpo et byl proveden na základ

dvou

referen ních rok

pro

oblast Prahy (TRY1 a TRY2), a to pro dv

referen ní teploty (18 a 25 °C) a

referen ní vlhkost 40 %. Budeme-li kancelá

p edpokládat

pro

b žnou

maximální p ípustnou teplotu

26 °C a relativní vlhkost 60 % a zanedbáme-li konstatovat,

latentní že

p ímé

zisky,

lze

Tabulka 5.1: Hodinostupn a entalpihodiny pro chlazení M sto

CDH25

CDH18

EH25/40 (kJ/kg)

EH18/40 (kJ/kg)

Praha TRY1

361

3 047

4 581

25 198

Praha TRY2

483

3 483

5 300

28 689

Dráž any

527

3 040

5 154

28 068

Stockholm

150

1 350

1 000

16 425

Zurich

426

1 658

4 757

16 380

New York

2 570

25 698

15 942

68 783

Toronto

837

12 294

7 643

40 831

Helsinky

26

368

1 524

11 490

Pa íž

234

3 091

3 447

26 146

Lisabon

1 824

11 686

11 064

67 077

Mineapolis

2 540

21 341

13 106

56 359

adiabatické

chlazení nelze použít, je-li entalpie venkovního vzduchu vyšší než 59 kJ/kg, nebo m rná vlhkost vyšší než 12,8 g/kg (viz. Obr.5.14). Chceme-li použít vzduch pro odvod tepelné zát že, je nezbytné, aby jeho teploty byly nižší než požadovaná teplota. Za p edpokladu teplotního rozdílu 4K (tj. teplota p ivád ného vzduchu 22 °C) je limitní entalpie 55 kJ/kg. Budeme-li uvažovat letní adaptaci organismu (od v 0,4 clo, korekce e=0,8) je možné zvolit jako požadované parametry prost edí 27 °C a 70 % relativní vlhkosti (PMV 0,65). Tomu odpovídá limitní m rná vlhkost 15,9 g/kg a entalpie 68 kJ/kg, resp. 64 kJ/kg . Po ty hodin, kdy jsou p ekro eny tyto hodnoty dokumentuje tabulka 5.2. .Tabulka 5.2: Po ty hodin, kdy nelze použít p ímé adiabatické chlazení Po et hodin kdy je:

TRY

2003

entalpie vyšší než 59 kJ/kg nebo m rná vlhkost vyšší než 12,8 g/kg

36

95


92

269

entalpie vyšší než 68 kJ/kg nebo m rná vlhkost vyšší než 15.9 g/kg

0

22


4

69

Miloš Lain 2007

73



V p ípad p ímého adiabatického chlazení je obtížné použít adaptivní p ístup k tepelné pohod , nebo model adaptivní tepelné pohody nezahrnuje vliv vlhkosti. Z analýzy klimatu lze tedy konstatovat, že p ímé adiabatické chlazení umož uje výrazn snížit tepelnou zát ž prostoru, a v b žném roce je schopné i zajistit odvod tepelné zát že a podmínky adaptivního tepelného komfortu. 5.2.2

P edb žný návrh adiabatického chlazení

Branard (2001) shrnul zásady pro p edb žný návrh adiabatického chlazení. Adiabatické chlazení se hodí jak pro nové, tak pro rekonstruované budovy s malými tepelnými zisky. Hlavní výhodou adiabatického chlazení je snížení náklad na chladicí energii, pom rn nízké po izovací náklady, a díky vysokým pr tok m vzduchu je p i adiabatickém chlazení zajišt no i kvalitní v trání. Provozní náklady jsou u adiabatického chlazení podobné jako u standardního systému klimatizace. Hodí se p edevším pro suché klima. Nehodí se tam, kde je t eba p esného dodržení teploty a vlhkosti v prostoru. Nevýhodou jsou ur itá rizika množení bakterií v pra kách vzduchu (p edevším legionela). P i návrhu systému je t eba po ítat s vyššími nároky na rozvody (systém pracuje s vyššími pr toky vzduchu a nižšími teplotními rozdíly). Je t eba pe liv volit zvlh ovací za ízení. Výhodou je možnost použití pra ek a deskových vým ník v zimním provozu. P ímé adiabatické chlazení dokáže ochladit p ivád ný vzduch na teploty blížící se teplot mokrého teplom ru (ú innosti pra ek 80 %) a spot eba vody bývá p ibližn 1,3 l/MJ spot eby chladu. Nep ímé adiabatické chlazení m že ochladit p ivád ný vzduchu i pod teploty mokrého teplom ru (až 120 %) v p ípad použití zkráp ných vým ník . Spot eba vody je p ibližn 1,5 l/MJ chladu. Adiabatické chlazení lze kombinovat s ostatními metodami nízkoenergetického chlazení nebo i se strojním chlazením. P i kombinaci se strojním chlazením se však m že zna ná ást chladicího výkonu spot ebovat odvod vázaného tepla p i kondenzaci na vým níku. Výroba chladicí vody nep ímým adiabatickým chlazením, je vhodná p edevším pro systémy pracující s nízkopotenciálním chladem (stropní chlazení, vyt s ovací v trání, cirkula ní i induk ní jednotky bez kondenzace). Chladicí faktor (pom r získaného chladicího výkonu ku el. p íkonu zdroje) je u adiabatické p ípravy chladicí vody vysoký, dosahuje hodnot 5 až 20 (Costelloe 2003) a výrazn roste s teplotou chladicí vody. 5.2.3

Za ízení pro adiabatické chlazení

Pro p ímé adiabatické chlazení lze používat veškeré typy pra ek vzduchu s vyšší ú inností. Pro omezení rizika množení mikrob jsou vhodné pra ky bez cirkula ní vody. Pro p ímé adiabatické chlazení v potrubí nebo prostoru, lze používat ultrazvukových i mechanických zvlh ova , p ípadn pneumatických trysek. Tato za ízení se uplat ují spíš v pr myslových a speciálních provozech. Klimatiza ní jednotku pro nep ímé adiabatické chlazení vzduchové je možné sestavit z b žných prvk (pra ka, vým níky ZZT). Vhodn jší je však použití speciálních jednotek pro nep ímé adiabatické

Miloš Lain 2007

74



Obr. 5.15: Schéma klimatiza ní jednotky s nep ímým adiabatickým chlazením, dvojitým deskovým vým níkem tepla (jeden je zkráp ný) a dopl kovým strojním chlazením chlazení konstruovaných, které v tšinou aplikují i zkráp né deskové vým níky a dosahují výrazn lepších parametr . Na eském trhu dodává takové jednotky nap . firma Menerga (obr 5.15). Podobn za ízení pro adiabatickou výrobu chladicí vody jsou na eském i sv tovém trhu dostupná. A existuje i plná podpora výrobc pro projektování t chto za ízení.

5.2.4

Stávající realizace

Adiabatické chlazení se v naší republice používá p edevším v pr myslu a zem d lských objektech, p edevším tam, kde jsou technologické požadavky na vyšší relativní vlhkosti vzduchu. Zajímavé je nap íklad použití p ímého adiabatického chlazení v areálu

eské televize na Kav ích horách, kde je

p ímé adiabatické chlazení spolu s venkovním vzduchem jediným zdrojem chladu p i teplotách venkovního vzduchu mezi 10 °C a 15 °C. Tím se ušet í 47 % hodin provozu a p ibližn 100 start kompresor zdroje chladu (3x2 MW) ro n (Lain 2003). V b žných administrativních budovách je zatím uplatn ní p ímého adiabatického chlazení minimální, obecn je trend i minimalizovat osazování pra ek vzduchu pro vlh ení v zimních m sících. V n kterých budovách je osazováno nep ímé adiabatické chlazení, p ípadn

adiabatické zdroje chladné vody (Obrazárna pražského hradu,

Metalimex Praha). 5.2.5

Detailní návrh adiabatického chlazení

P i detailním návrhu adiabatického chlazení je vhodné vycházet z detailního výpo tu energetických a vlhkostních bilancí budovy získaných po íta ovou simulací. Detailní modelování vlastního klimatiza ního systému a komponent se uplatní p edevším p i konstrukci za ízení pro nep ímé adiabatické chlazení. Metodiku pro ešení detailních simulací systému lze nalézt v literatu e (Roel 2000, Kraj í 2003, Duška 2002).

Miloš Lain 2007

75



5.3 Sálavé chlazení s akumula ní hmotou Jak napovídá již název, sálavé chlazení s akumula ní hmotou kombinuje princip sálavého chlazení s akumulací tepla do stavební konstrukce. V angli tin se pro tyto systémy používá pojem „slab cooling“, což v p ekladu znamená chlazení stavební deskou. Velmi rozší en je i pojem aktivace betonu, který vychází z nejb žn jšího systému chlazení železobetonových konstrukcí objektu. Sálavé chlazení dociluje tepelné pohody ve vnit ním prost edí sáláním okolních chladných ploch na lov ka. Krom toho chlazené stavební konstrukce odvád jí p ímo sálavou složku tepelných zisk a vzhledem k tomu že je povrchová teplota konstrukce nižší nežli teplota vzduchu odvád jí teplo i konvekcí. V místnostech bez chlazených vnit ních povrch p sobí sálavá ást tepelných zisk oh ev st n podlah a strop a jejich povrchové teploty jsou v tšinou vyšší nežli teploty vzduchu a sálání t chto ploch je t eba kompenzovat nižší teplotou vzduchu.

Obr. 5.16: Princip funkce sálavého chlazení s akumula ní hmotou (Oleson 2003) U systém s akumula ní hmotou je akumula ní vrstva umíst na mezi aktivní chlazenou vrstvou a vnit ním povrchem. D sledkem této akumula ní hmoty je asový posun zisk a vyrovnání tepelných zát ží b hem dne (obr. 5.16). Chladicí vrstvou m že být jak sí vodních trubek protékaných chladicí vodou - vodní systém, tak sí zabudovaných vzduchovod – vzduchový systém. Sálavé chlazení s akumula ní hmotou se hodí pouze pro nové budovy, nebo sou ástí systému je stavební konstrukce . Výjimkou m že být použití chladicího režimu u stávající budovy se stropním sálavým vytáp ním (Lain 2006). Barrnard (2001) hodnotí po izovací náklady pro systém sálavého chlazení s akumula ní hmotou jako nízké (nižší než pro standardní systém klimatizace), ale pro konkrétní stavbu Národní technické knihovny (kapitola 11) byla nižší cena klimatiza ního systému s FC jednotkami. Provozní náklad i náklady na údržbu by m ly být i u sálavých systém nižší. Sálavé chlazení s akumula ní hmotou je vhodné pro budovy s periodickými tepelnými zisky. Nehodí se pro budovy s vysokými tepelnými zisky a prostory s vysokými nároky na p esné dodržení teploty,

Miloš Lain 2007

76



i vlhkosti. Systém lze kombinovat s ostaními nízkoenergetickým metodami chlazení i s chlazením strojním. 5.3.1

Vodní systém – p edb žný návrh

Jako chladicí látka je ve používána voda o teplotách

Podlaha

okolo 20 °C. K chlazení se nejlépe hodí strop, m že však být využito i st n a p ípadn i podlahy. Pro sálavé

Chladicí voda

systémy s akumula ní hmotou je do akumula ní stavební

konstrukce

zabudována sí

(nej ast ji

železobetonu)

potrubních rozvod

chladicí vody Strop

pr m ru 12 až 25 mm (obr 5.17). Existují i systémy, kde je používáno trubi ek pr m ru

Obr.5.17: ez stavební deskou (chladí strop i podlaha)

p ibližn 2 mm (kapiláry). Kapiláry se osazují pod pom rn tenkou vrstvu a proto je u tohoto systému

akumula ní vrstva výrazn menší. V p ípad , že jsou kapilára p ekryty pouze omítkovou a pod kapilárami je umíst na tepelná izolace jedná se již o systém bez výrazné akumula ní hmoty. Vodní sálavý systém umož uje, díky požadavk m na vysoké teploty chladicí vody, využít nízkopotenciálních zdroj chladu jako je podzemní voda nebo adiabatické chlazení. Zdroje chladu mají mino špi ky díky nižší teplot venkovního vzduchu lepší chladicí faktory i cena el. energie m že být nižší. Výhodou systému je možnost jeho využití v zim

pro vytáp ní. P i návrhu systému je t eba

minimalizovat riziko kondenzace a doporu uje se ponechat p ístupné spoje a p ipojení zabudovaných potrubí. P i p edb žném návrhu lze uvažovat chladicí výkon 30 až 40 W/m2 u chladicího stropu a 20 až 30 W/m2 u podlahy (Bernard 2001). 5.3.2

Vzduchový systém – p edb žný návrh

Chladicí látkou je vzduch vedený sítí vzduchovod v akumula ní vrstv . Tento vzduch m že sloužit pouze k odvodu tepla ze stavení konstrukce, tzv. uzav ený systém. Nebo m že být vzduch po pr chodu konstrukcí p iveden do prostoru jako vzduch v trací, tzv. systém otev ený. Je-li vzduch používán i k v trání je t eba zabránit jeho zne išt ní pr chodem stavební konstrukcí. Lze však využít akumulace tepla do stavební konstrukce i pro tepelnou úpravu v tracího vzduchu a tak zvýšit využití akumula ního potenciálu stavebních konstrukcí. Naopak pro systémy uzav ené lze využívat vzduch, který není díky zne išt ní vhodný jako vzduch v trací, nap íklad vzduch ze rozsáhlých podzemních prostor. Nej ast jší se však používá jako zdroj chladu venkovní tepeln

neupravený vzduch v no ních

hodinách.

Miloš Lain 2007

77



Stejn jako u v tšiny nízkoenergetických systém

je kritickým problémem spot eba el. energie

ventilátor využívaných pro vzduch procházející chladicím stropem. P i tlakových ztrátách vyšších nežli 1000 Pa, je obvykle spot eba el. energie ventilátor vyšší než p i srovnatelném strojním chlazení. P i návrhu systému je t eba zabránit podchlazení objektu v ranních hodinách a vzduchové kanály by m ly být istitelné. Vzduchové systémy umož ují odvod max. 40 W/m2 p i pouze stropním chlazení a max. 60 W/m2 p i oboustranném chlazení (podlaha+strop) (Bernard 2001). 5.3.3

Regulace

Regulace sálavých chladicích systém s akumula ní hmotou je výrazn obtížn jší než u systém bez akumula ní hmoty. Systém má velké zpožd ní a neumož uje pružn reagovat na požadavky. Proto se doporu uje regulovat teplotu chladicí vody ekvitermní regulací. Systém také neumož uje okamžitou reakci p i riziku kondenzace, proto se neosazuje idly kondenzace. Teploty povrchu musí být vždy bezpe n vyšší nežli teplota rosného bodu, v našich klimatických podmínkách se volí obvykle teploty okolo 20°C a nikdy ne nižší než 17°C. 700 case case case case case

600 500

18 19 20 21 24

400 300 200 100 0

< 20

<21

<22

<23

<24

<25

<26

<27

<28

<29

<30

Obr. 5.18: Porovnání etností vnit ních teplot vzduchu podle r zných regula ních strategií (Oleson 2003) Oleson doporu uje ve své studii (Oleson 2005) použití regulace teploty chladicí vody podle aktuální venkovní teploty (ekviterm) bez vazby na teplotu vnit ního vzduchu. Také použití p edpov di po así nebo pr m rných teploty se ukázalo jako zbyte né (obr. 5.18). Další energii lze ušet it p i zvýšení pásma proporcionality regulátoru vnit ní teploty na 2 K. Sálavý systém s akumula ní hmotou má význam tehdy, když je akumula ní hmota využita. Chladicí výkon zdroje chladu odvád jící tepelnou zát ž m že být potom po ur itou dobu omezen. To vede k výraznému snížení pot ebného výkonu zdroje chladu (kapacita zdroje odpovídá pr m rné hodnot zát že, ne špi kám). Extrémem je pak pouze no ní provoz zdroje chladu pro stropní chlazení, p i

Miloš Lain 2007

78



tomto režimu je však výkon chladicího stropu nižší, a je t eba p ipustit v tší kolísání teplot v prostoru. Režim s delšími úseky bez aktivního chlazení je vhodné ov it detailním výpo tem. 5.3.4

Za ízení pro sálavé systémy s akumula ní hmotou a jejich uplatn ní

V eské republice jsou na trhu dostupné systémy pro vodní sálavé systémy s akumula ní hmotou (aktivace betonu), existuje i plná podpora výrobc t chto systém v etn detailních podklad pro projektování (Velta ..). Tyto systémy pozvolna nacházejí své uplatn ní pro objekty s nižšími tepelnými zisky. Systémy pro vzduchové sálavé chlazení nejsou zatím v naší republice standardn nabízeny a s jejich realizací jsem se nesetkal. 5.3.5

Detailní návrh

Sálavé vodní chlazení s akumula ní hmotou není zdaleka tolik závislé na klimatických podmínkách a dynamickém chování budovy jako ostatní systémy nízkoenergetického chlazení. Proto lze i detailní návrh tohoto systému p i b žném provozování provést na základ podklad výrobc a výpo tu tepelné zát že podle b žných projek ních standard . Jiná je situace v p ípad provozu vodního systému v áste n pasivním módu s delším provozem bez zdroje chladu, p i optimalizaci teplot a regulace a v p ípadn

vzduchového sálavého sytému

s akumula ní hmotou. V t chto p ípadech je vhodné provést detailní ešení energetických bilancí prostoru a vedení tepla v chlazené a akumula ní st n po íta ovou simulací. Pro dimenzování a optimalizaci provozu celého systému je v tšinou dosta ující po íta ová simulace vycházející z jednorozm rného vedení tepla ve st n (ESP-r a pod.). Pro detailní ešení a optimalizaci konstrukcí stropu se zabudovanou potrubní sítí je t eba použít 2d p ípadn 3d model vedení tepla.

Miloš Lain 2007

79



5.4 Využití chladu zemského polomasivu Základní metody využívající chladu zem pro chlazení budov jsou: vým níky zem vzduch; vým níky zem voda, využití spodní vody; využití vody ek a jezer. 5.4.1

Vzduchové zemní vým níky

Vzduchový zemní vým ník tepla (ZVT) je potrubí uložené v ur ité hloubce pod povrchem zem , p es které je do budovy p ivád n venkovní vzduch. Díky tomu, že je teplota zeminy v hloubce pom rn stabilní, je v let výrazn nižší nežli teplota venkovního vzduchu a vzduch je ochlazován (Kopecký 2007). Tento d j je pom rn jednoduchý, obtížn jší je již správné dimenzování takového vým níku. Existují dva základní režimy provozu vým níku (Hollmuller 2005, Kopecký 2008) a to režim tlumení amplitudy denního kmitu a režim tlumení amplitudy ro ního kmitu. Hodnoty teplosm nné plochy vým níku jsou uvedeny v tabulce 5.3. Tab. 5.3: Zásady návrhu dimenzí ZVT dle teplosm nné plochy p i pr toku vzduchu (Kopecký 2008)

Rychlost proud ní ZVT dimenzován pro: va [m/s] tlumení amplitudy denního kmitu tlumení amplitudy ro ního kmitu 1,0 1m2 pro 10 m3/h 1m2 pro 5 m3/h 2,0 1m2 pro 15 m3/h 1m2 pro 7 m3/h 4,0 1m2 pro 20 m3/h 1m2 pro 10 m3/h

Zemní vzduchové vým níky tepla se hodí pro nov stav né budovy s nízkými tepelnými zisky, nevyžadující p esnou regulaci teploty a vlhkosti. D ležitým p edpokladem jsou vhodné geologické a dispozi ními podmínky pro zemní vým níky. Nevýhodou zemních vým ník jsou pom rn vysoké po izovací náklady, provozní náklady i náklady na údržbu jsou u nich nízké. P i navrhování systému je t eba minimalizovat tlakové ztráty vým níku a navrhnout systém tak, aby byl istitelný. Nároky na prostor pro zemní vým ník jsou zna né. Doporu ená hloubka trubek je 5 m. P edb žn lze uvažovat se špi kovým chladicím výkonem 45 W/m2 vztaženo na teplosm nnou plochu 40

cooling

35

35

30

30

25 20 15

25 500 W

15 200 W

50

1000 W

20

500 W

DN 2 0 0

Q

cooling

L [m]

L [m]

40

DN 1 6 0

Q

100

200 W

150 V [m 3 / h]

200

250

100

a

150

200

250 300 V [m 3 / h]

350

400

a

Obr. 5.19: P ibližný chladicí výkon ZVT (Kopecký 2008) Miloš Lain 2007

80



vým níku, celkov lze za léto získat 8 až 10 kWh/m2 chladu (Barnadr 2001). Zemní vým níky lze kombinovat s ostatními metodami nízkoenergetického chlazení stejn jako se strojním chlazením. 5.4.2

Za ízení pro využití chladu zemského polomasivu a realizace

Jako zemní vým níky se používá plastových potrubí, existují i speciální potrubí ur ená pro zemní vým níky, ale asto se používá b žných kanaliza ních potrubí. isticí a spojovací šachty se v tšinou montují individuáln . Ostatní prvky systému jsou již standardní, používané pro b žnou vzduchotechniku. V poslední dob se pom rn v hojné mí e za aly osazovat zemní vým níky pro chlazení rodinných dom , jako sou ást systému dodávaných firmou Atrea. Realizace pro v tší objekty jsou pom rn vzácné, stávající systém je v provozu v kulturním dom v eské líp . Nov postavená budova (2007) se zemními vzduchovými vým níky je St edisko ekologické výchovy Slu ákov v Horké nad Moravou. Zde je instalováno 16 trub o pr m ru 200 mm v zemním valu za budovou (obr. 5.20).

Obr. 5.20: P dorys zemního vým níku ekologického centra Slu ákov (Hofmeister 2004)

Miloš Lain 2007

81


6


Pasivní chlazení – p ípadové studie

Tyto t i p ípadové studie dokumentují možnosti použití po íta ových simulací pro r zné stupn návrhu i r zné typy budov s pasivním chlazením.P ípadová studie 6.1 je zpracovávána pro existující rekonstruovanou budovu s vysokou tepelnou masou. Studie 6.2 byla provedena ve velmi raném stádiu p edprojektové studie rozsáhlé universitní budovy s pasivním chlazením. A poslední prezentovaná studie 6.3 eší teplotní podmínky v proskleném propojovacím kr ku s p irozeným v tráním.

6.1 Budova galerie s vysokou tepelnou hmotou budovy Pro ilustraci významu tepelné hmoty budovy m že sloužit studie tepelného chování objektu Sovových mlýn . Tento objekt byl postaven ve 14. století a tomu odpovídají i masivní obvodové stavební konstrukce a klenuté stropy. P i rekonstrukci tohoto objektu na galerii byl proveden návrh klimatiza ního za ízení. P edb žný projekt klimatizace vycházel ze standardních postup výpo tu tepelné zát že a p edpokládal chladicí výkon 100 kW. Instalace za ízení o tomto výkonu by však byla krajn obtížná a p edstavovala by rozsáhlé zásahy do stavebních konstrukcí historického objektu. Praktické zkušenosti s mikroklimatem v masivních stavbách podobného typu však ukazují na možnosti dodržení požadovaných parametr i bez nuceného v trání a klimatizace. Pro posouzení t chto eventualit byla zvolena metoda po íta ové simulace, která m la prokázat varianty provozování galerie bez klimatizace a ur it pot ebné chladicí výkony v p ípad nutnosti nucené úpravy parametr prost edí. Simulace byla provedena pro 6 zón odpovídajících len ní místností galerie v druhém a t etím podlaží. Budova je velmi masivní, obvodové st ny jsou ze smíšeného cihlového zdiva o tlouš ce cca 800 mm s výklenky pro okna. Model

p edpokládá špaletová

okna s vn jšími k ídly osazenými dvojsklem ditherm a vnit ním jednoduchým sklem (stav po rekonstrukci). Stávající vnit ní d ev né okenice budou zachovány. Model zahrnuje jak geometrii vybraných prostor a složení jednotlivých st n, tak optické vlastnosti oken. V

podkroví

budovy

nad

galerií

je

navržen

klimatizovaný depozitá (24 °C), v p ízemí pod galerií bude vybudována restaurace bez klimatizace. Dvorní ást fasády je orientována jižním sm rem. V modelu bylo sou asn sousedními budovami.

Miloš Lain 2007

respektováno i zastín ní Obr. 6.1: Pohled na budovu a ESP-r model

82


6.1.1


Parametry prost edí bez klimatizace

Po íta ovou simulací byly stanoveny parametry prost edí v galerii bez chlazení. Posuzován byl vliv intenzity nuceného v trání venkovním vzduchem, po tu osob v galerii a osv tlení galerie. V této práci jsou prezentovány pouze vybrané grafy pr m r teplot ze všech šesti místností galerie. Obrázek 6.3 dokumentuje vliv uzav ení d ev ných okenic, kterými jsou opat ena všechna okna v galerii. P i provozu galerie s uzav enými okenicemi byl v jedné variant p edpokládán výkon um lého

VLIV INTENZITY V TRÁNÍ 37


35

Intenzita v trání

33

0.1 /hod

31

0.5 /hod

29

1 /hod

27

1,5 /hod

25

Venkovní teplota

23 21 19

Okenice otev eny Po et osob v galerii 0

17 15 po

út

st

t

pá

so

ne

Vybraný týden

VLIV PO TU OSOB 37 35

Po et osob


33

0 osob

31

10 m2/os

29 27

5 m2/os

25

Venkovní teplota

23 21 19

Okenice otev eny

17

Intenzita vým ny v trání vzduchu 0.5 /hod

15 po

út

st

t

pá

so

ne

Vybraný týden

Obr. 6.2: Pr m rná teplota vzduchu pro r zné intenzity v trání (naho e) a po ty osob v galerii (dole) Miloš Lain 2007

83



VLIV ZAV ENÍ OKENIC 41 Okenice

39 37

zav eny


35 33 31

zav eny 45 W/m2

29

otev eny

27 25

Venkovní teplota

23 21 19

Bez osob

17

Intenzita vým ny v trání vzduchu 0.5 /hod

15 po

út

st

t pá Vybraný týden

so

ne

Obr. 6.3: Pr m rná teplota vzduchu pro r zné varianty osv tlení a otev ení/zav ení okenic osv tlení 45 W/m2. V této variant

jsou však teploty výrazn

vyšší oproti stavu, kdy nebylo

p edpokládáno um lé osv tlení. Z výsledk po íta ové simulace galerie bez klimatizace vyplynulo že p ijatelné teploty (pr m r 26 °C a maxima 28 °C) budou dodrženy pouze p i zav ených okenicích bez um lého osv tlení. Takové podmínky však nejsou p i provozu galerie možné. Proto je t eba prostory klimatizovat. 6.1.2

M ení teplot

V rámci ešení problému bylo provedeno i m ení teplot vzduchu v prostorách galerie p ed realizací rekonstrukce. M ení probíhalo v období mezi 29.5. a 16.6.2000, kdy dosahovaly teploty venkovního

34

te

32

t 215

30

t 217

Teplota [°C]

28

t 314

26

t 312

24

te (Dejvice)

22 20 18 16 14

16.6 0:00

15.6 0:00

14.6 0:00

13.6 0:00

12.6 0:00

11.6 0:00

9.6 0:00

10.6 0:00

as

8.6 0:00

7.6 0:00

6.6 0:00

5.6 0:00

4.6 0:00

3.6 0:00

2.6 0:00

1.6 0:00

31.5 0:00

30.5 0:00

29.5 0:00

12

Obr. 6.4: Teploty vzduchu nam ené v objektu a teplota venkovního vzduchu te Miloš Lain 2007

84



vzduchu extrémních hodnot. Nicmén vzhledem k vysoké tepelné akumulaci objektu, lze o ekávat ješt vyšší teploty vzduchu uvnit prostor p i podobných podmínkách na konci léta (viz simulovaný p ípad). B hem m ení nebylo možné zajistit režim provozu místností (probíhající rekonstrukce), proto nemohly být výsledky m ení použity p ímo ke kalibraci modelu. Nam ené teploty vzduchu (až 29 °C) však potvrdily pot ebu chlazení i charakter pr b hu teplot vzduchu v budov . 6.1.3

Pot eba chladu pro klimatizaci galerie

Pro ur ení pot ebných výkon

klimatiza ního za ízení byla provedena simulace s nastavením

ideálního chlazení pro dodržení konstantní teploty vzduchu 26 °C. Byl zvolen režim s uzav enými okenicemi pouze na jižní stran a s um lým osv tlením jedné t etiny plochy galerie. Na základ výsledk simulace (obr.6.5) byl proveden návrh systému v trání a klimatizace a rovn ž byly vypo teny teploty p ivád ného vzduchu a pot ebný citelný výkon chladicího za ízení. P i p ívodu 6000 m3/h venkovního vzduchu a požadované vnit ní teplot 26 °C je maximální pot ebný výkon pouze 19 kW. 6.1.4

Záv r

Pomocí po íta ové simulace galerie v objektu Sovových mlýn bylo prokázáno, že provoz galerie není možný bez chlazení. Hodnota pot ebného chladicího výkonu byla ur ena na 19 kW, což p edstavuje výrazné snížení oproti hodnotám p edb žn ur eným standardním výpo tem. Simulací ur ený skute ný pot ebný výkon je díky zahrnutí akumulace masivní stavby pouhou p tinou p vodního p edpokladu. Navržené a realizované klimatiza ní za ízení je nejen výrazn jednodušší a mén nákladné, ale p edevším s minimálními zásahy do historicky cenného objektu.

Pr b h chladicích výkon Výkon chladicího za ízení

Tepelné zisky

Teplota p ivád ného vzduchu

Vnit ní teplota

25

30

Clazení na teplotu 26 °C Chlazení

Výkon [kW]

20

15 15

10 10

5


25

20

5

0

0

po

út

st

t

pá

so

ne

Vybraný týden

Obr. 6.5: Pr b h pot ebných chladicích výkon Miloš Lain 2007

85



6.2 Nov stav ná budova fakulty architektury Tato p ípadová studie eší parametry prost edí pro p ipravovanou novou budovu fakulty architektury VUT Praze. Budova by m la být navržena jako pasivní z pohledu chlazení bez strojního chlazení a s p irozeným v tráním (s výjimkou konferen ního centra a garáží v podzemí). Výpo ty byly provád ny v rámci p edprojektové architektonické studie a jedná se o p edb žné koncep ní ešení. P edpokládá se detailní ešení chování budovy v dalším stupni, kdy budou k dispozici i detailní stavební podklady. Simula ní výpo ty byly provád ny na modelech typických místností. 6.2.1 Popis budovy a modelu Modelovaná budova je vícepodlažní objekt (8 nadzemních podlaží a 3 podzemní podlaží). Objekt je rozd len na n kolik funk ních celk . V nadzemních podlažích budovy (1. – 8. NP) budou umíst ny posluchárny, ateliéry, u ebny a kancelá e. V budov

jsou integrována 3 zast ešená atria.

V podzemních podlažích jsou umíst ny garáže. Model eší energetickou bilanci prostor vybraných ateliér a kancelá í se zam ením na letní extrémy. Budovu tvo í nosný železobetonový skelet, vnit ní st ny jsou tvo eny p evážn z cihlových, nebo železobetonových p í ek. Vn jší obvodová fasáda je st edn t žká s výrazným podílem prosklených ploch. Budova fakulty architektury je samostatn stojící a bude sousedit severozápadní fasádou s budovou studentského domu (obr 6.6). Simulace jsou provedeny pro dv varianty ešení konstrukce strop

varianta K1

s heraklitem na strop , a varianta K2 bez heraklitu na strop . Ve studii jsou pro fasádu použity celkem 2 typy zasklení venkovní fasády a 1 typ vnit ního zasklení (viz tab. 6.1). V po íta ových simulacích jsou uvažovány dva režimy v trání venkovním tepeln neupraveným

vzduchem.

Varianta

V1

v noci (od 19:00 do 8:00) intenzita v trání 3 /h a p es den (od 8:00 do 19:00) intenzita v trání 1 /h. Varianta V2 v noci (od 19:00 do 8:00) intenzita v trání 3 /h a p es den Obr. 6.6: P dorysné schéma budovy s nazna ením orientace (4.NP s vyzna ením ešených zón) (od 8:00 do 19:00) intenzita v trání 2 /h.

Miloš Lain 2007

86



Tab.6.1: Použitá zasklení, jejich sou initele g a sou initel prostupu tepla U g U - W/m2K 0,4 1,1

. Varianta Ozna ení skla 1

S1

2 3

S2

Zasklení fasády – bez stín ní Planibel Energy 10 mm (kalený) - 20 Argon - Stratophone 4.4.2 Zasklení fasády – s vn jšími žaluziemi 0,15 Vnit ní zasklení 0,86

1,1 5,4

V zadání pro analýzu mikroklimatu byly uvedeny p edpokládané vnit ní tepelné zát že se zadaným pr b hem p sobení b hem dne. Hodnoty vnit ních maximálních tepelných zát ží jsou 15 W/m2 pro kancelá e a až 50 W/m2 pro dvoupatrové ateliery, p edpokládá se p sobení vnit ní tepelné zát že b hem provozu fakulty a to od 7:00 do 21:00, pr m rn cca 8 hodin denn . 6.2.2 Modelované zóny Vzhledem k dostupnosti podklad

a asu byla první p edb žná simulace provedena pro vybrané

kancelá e a u ebny. Celkem bylo zkoumáno sedm místností. T i velkoplošné kancelá e, dva ateliéry a dva atypické dvoupatrové ateliéry. Rozd lení modelu do jednotlivých zón je z ejmé z obr. 6.7. Simulována byla perioda od 1.kv tna do 30.zá í.

Obr. 6.7: Schéma modelu vybraných místností (zón) budovy fakulty architektury v programu ESP-r 6.2.3

Výsledky po íta ové simulace

Pro sedm zón a šest kombinací variant zasklení, v trání a ešení konstrukcí stropu byly vyhodnoceny výsledky po íta ových simulací. Výsledkem po íta ových simulací jsou potom etnost výskytu teplot vzduchu v pracovní dob (uvažováno 8-19 hodin 5 dní v týdnu) a etností výskytu ukazatele procenta nespokojených PPD ( SN EN ISO 7730).

Miloš Lain 2007

87



Provedení stropu s heraklitem se projeví snížením výskytu doporu ených teplot o 2-7 %, nejnep ízniv ji v posluchárn Z7 p i nižší intenzit v trání b hem dne (V1). Intenzita v trání b hem dne má zna ný vliv p edevším u místností s vyššími tepelnými zisky a nep ízniv jšími vnit ními teplotami vzduchu (zóna Z2 zm na o 20 %; zóna Z6 zm na o 18 %) v ostatních p ípadech není vliv intenzity v trání tak vysoký (tab. 6.2). Intenzita v trání b hem dne snižuje i vliv ostatních sledovaných parametr

(heraklit, zasklení). Vliv zasklení je také nejvýznamn jší v nep íznivých

místnostech (Z2, Z6), kde zvyšuje etnost o cca 10 %, v ostatních místnostech je zm na nižší (obr. 6.7). Výsledky ukazují velmi výrazný vliv vnit ní tepelné zát že, která je u sledovaných prostor výrazn jším faktorem nežli orientace a geometrické ešení.

7% 6%

14% Zm na etnosti teplot vzduchu nižších než 26°C

Zm na etnosti teplot vzduchu nižších než 26°C

8%

v trání V1 v trání V2

5% 4% 3% 2% 1% 0%

V1 V2

12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%

Z4

Z5

Z6 Zóna

Z7

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

Zóna

Obr. 6.7: Rozdíl etnosti výskytu teplot vzduchu pod 26°C mezi variantou bez heraklitu a s heraklitem (vlevo) a mezi variantou zasklení S1 a variantou se žaluziemi S2 (vpravo)

6.2.4

Záv r

Z výsledk po íta ové simulace vyplývá, že pro dodržení p ijatelných pracovních podmínek v letním období je nutné maximální omezení vn jších tepelných zisk radiací a to použitím vn jšího stín ní. Použití heraklitu na stropech není vhodné, bylo by vhodné použít jiný systém tlumení hluku, který umožní expozici betonových stropních desek a využití akumulace stropu pro odvod tepelné zát že. Lepších parametr prost edí se dosáhne p i vyšší intenzit v trání b hem dne. P i t chto doporu ených variantách stavby a provozu je potom ve v tšin kancelá í a u eben po dobu více jak 90 % letního období dodržen po et nespokojených nižší než 30 % (není uvažována adaptace). Teploty vzduchu vyšší než 30 °C nastávají pouze ojedin le. Což lze hodnotit jako p ijatelné. Nejnep ízniv jší situace nastává dle o ekávání v zón Z2, jedná se dvoupodlažní ateliér pod st echou s JV orientací a vysokými vnit ními teplenými zisky. Naopak nejnižší teploty jsou v lét v kancelá ích Z4, Z5. P i absolutním

Miloš Lain 2007

88



hodnocení etností výskytu teplot je nutné zohlednit fakt, že p i výpo tu bylo uvažováno s pom rn vysokým využitím prostor a z toho plynoucími vnit ními zisky. P i dalších navazujících výpo tech by m l být kladen d raz na zp esn ní, profilu vnit ních tepelných zisk . Tab. 6.2: Varianty a výsledky po íta ové simulace Intenzita v trání

Provedení Zasklení stropu (g) Varianta . den noc

Po et pracovních hodin s teplotou vzd. pod 26°C Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

V1 S1 K1

1

3

heraklit

0.41

84 % 84 % 47 % 60 %

V2 S1 K1

2

3

heraklit

0.41

89 % 89 % 67 % 77 %

V1 S1 K2

1

3

beton

0.41

82 % 41 % 54 % 87 % 88 % 54 % 68 %

V2 S1 K2

2

3

beton

0.41

87 % 62 % 73 % 91 % 90 % 72 % 80 %

V1 S2 K2

1

3

beton

0.15

88 % 52 % 64 % 93 % 92 % 66 % 75 %

V2 S2 K2

2

3

beton

0.15

92 % 71 % 79 % 94 % 94 % 80 % 84 %

6.3 P irozené v trání spojovací lávky administrativních budov Tato p ípadová studie se zabývá ov ením mikroklimatu v uzav ené prosklené spojovací lávce v nov stav né administrativní budov

Opatov 1, Praha 11. Cílem energetické studie je ov it p irozené

v trání lávky v letním období, parametry vnit ního prost edí a optimalizace velikosti otvor a režimu provozu. 6.3.1

Popis objektu

Modelovaný prostor je vícepodlažní spojovací lávka (6 nadzemních podlaží), která spojuje dv k ídla administrativní budovy (viz obr. 6.8). Spojovací lávka je tvo ena lehkou ocelovou konstrukcí a je kompletn prosklená. Lávka sousedí na východ a západ s administrativní budovou. Prostor lávky je áste n stín n ob ma k ídly administrativní budovy, které s ní bezprost edn sousedí. Navíc jsou na úrovni nejvyššího 6. podlaží umíst ny vodorovné stínicí elementy. Ve studii jsou pro fasádu použity celkem 3 typy zasklení venkovní fasády jedná se o zasklení selektivní s vyšší hodnotou propustnosti sv tla velmi nízkou propustností tepla g. Použití t chto skel je d sledkem požadavku architekta na subtilnost a pr hlednost všech st n lávky a snahou o omezení tepelných zisk a pot eby chlazení. Detailní parametry skel byl získány od výrobce a základní parametry skel jsou v tabulce 6.3. Pro spojovací lávku administrativní budovy jsou vnit ní tepelné zát že pom rn malé vycházejí z po tu osob, instalovaných za ízení (motory výtah ) a osv tlení, celkem je vnit ní zát ž cca 3 W/m2.

Miloš Lain 2007

89



Tab.6.3: Použitá zasklení, jejich sou initel g a sou initel prostupu tepla U . Var. Ozna ení skla Použití skla 1

S1

2

S2

3

Stopray Vision 50 T 10 16 Argon Stratobel 1010.2 – 40 % potisk Stopray Vision 50 T 10 16 Argon Stratobel 1010.2 – 70 % potisk 10 mm Stopray Vision-50 T 15 mm Air - 12 mm Planibel Clear

Zasklení VI.NP.

g 0,19

U W/m2K 1,3

Zasklení VI.NP.

0,14

1,3

Zasklení I.NP. až V.NP.

0,30

1,4

V trání objektu je p irozené otevíratelnými otvory pod stropem I.NP. a pod stropem VI.NP., plocha otvor v I.NP. i v VI.NP. je 9,8 m2 na jižní a 9,8 m2 na severní fasád . Režim otevírání oken je patrný z jednotlivých variant simulace.Okna jsou výklopná ven a opat ena automatickou regulací otevírání. Do prostoru není nucen p ivád n žádný vzduch a zbytek fasády je t sný bez infiltrace.

Obr.6.8:P dorysné schéma administrativní budovy s nazna ením orientace a vizualizace celého objektu s pohledem na spojovací lávku

Miloš Lain 2007

90


6.3.2


Model

Model lávky má 6 zón odpovídacích jednotlivým podlažím (viz obr. 6.9). Model budovy byl dopln n modelem proud ní. Vzhledem k tomu, že nebyly ur eny tlakové sou initel pro p esný výpo et proud ní vlivem v tru, bylo p edpokládáno bezv t í (korek ní faktor 0,05 na rychlost v tru).

Obr.6.9: Model spojovací lávky v programu ESP-r v etn stínících prvk vzduchu budovou 6.3.3

a schéma proud ní

ešení a výsledky

Po íta ová simulace byla provedena pro pražský referen ní rok. Celkem bylo ešeno 6 kombinací vycházejících ze dvou variant zasklení st echy a VI.NP.: S1 a S2 (viz Tab. 6.3) a t í variant provozu: R1- okna stále naplno otev ena (2x 9,8 m2 v I.NP. + 2x9,8 m2 v VI.NP.) R2- stejn jako R1, ale když je teplota vzduchu v I.NP. nižší než 18 °C okna v I.NP. zav ena R3- podobn jako R2, ale plocha všech oken byla snížena na 4,9 m2 Pro variantu zasklení 40 % (S1) a provozu se stále otev enými okny (R1) je maximální teplota vzduchu v VI.NP. objektu 35 °C, ale teploty nad 32 °C nastávají pouze výjime n . Problémem je pom rn vysoký výskyt teplot pod 18 °C. Rozdíl mezi teplotou v VI.NP. a venkovním vzduchem je maximáln 10 K, ale obvykle dosahuje v odpoledních hodinách cca 6 K, minimální rozdíly jsou v ranních hodinách. Pr toky vzduchu objektem jsou maximáln

30 m3/s, b žn

kolem 20 m3/s.

V tšinu dní dochází v no ních a ranních hodinách k opa nému proud ní, kdy je vzduch p ivád n v VI. NP. a odvád n v I.NP. Maximální rychlosti proud ní otvory jsou 1,5 m/s a pr m rné 0,7 m/s.

Miloš Lain 2007

91



Pro variantu zasklení 70 % (S2) a provozu se stále otev enými okny (R1) je maximální teplota vzduchu v VI.NP. objektu 34,6 °C, jinak jsou výsledky tém

shodné s p edchozí variantou. St ední

radia ní teploty v VI.NP. jsou mírn vyšší. Pro variantu zasklení 40 % (S1) a provozu s okny, která se zavírají když je v I.NP. teplota nižší než 18 °C (R2) je maximální teplota vzduchu v VI.NP. objektu 50 °C; tyto vysoké teploty však nastávají v p echodovém období kdy dojde díky nízké teplot p ivád ného vzduchu k zav ení p ívodních otvor , maximální teplota p i otev ených otvorech je 33 °C, ale teploty nad 32 °C nenastávají p íliš asto (75 hodin). Výskyt teplot pod 18 °C se výrazn snížil. Rozdíl mezi teplotou v VI.NP. a venkovním vzduchem je obvykle cca 10 K, minimální rozdíly jsou v ranních hodinách. Pr toky vzduchu objektem jsou maximáln 45 m3/s, b žn kolem 25 m3/s. K opa nému proud ní, kdy je vzduch p ivád n v VI. NP. a odvád n v I.NP. dochází již výjime n . Maximální rychlosti proud ní otvory jsou 2,3 m/s a pr m rné 0,5 m/s. Tab.6.4:Výsledky po íta ové simulace (teploty vzduchu) Teplota R1_S1 vzduchu R1_S2 R2_S1 [°C] od do hodin hodin hodin 49 % 637 17 % 1806 49 % 1796 18 1498 41 % 1493 41 % 2337 64 % 18 26 351 10 % 353 10 % 623 17 % 26 32 0,5 17 % 30 0,8 % 75 2,0 % 32 t max t max otev eno

R2_S2 hodin 602 2298 670 102

R3_S1

16 % 63 % 18 %

hodin 451 2205 853

12 % 60 % 23 %

2,8 %

163

4,4 %

35,0°C

34,7°C

52,0°C

56,0°C

52,3°C

33,1°C

34,7°C

33,1°C

34,6°C

35,9°C

etnosti teplot vzduchu v prostoru atria byly vyhodnoceny ze simulovaných teplot vzduchu pro danou hodinu a podlaží. 6.3.4 Z výsledk

Záv r

po íta ové simulace vyplývá, že p ijatelné podmínky lze v prostoru spojovací lávky

zajistit p irozeným proud ním. Je t eba volit takový systém automatického otevírání v tracích otvor , který zajistí odvod tepelné zát že a zárove bude minimalizovat riziko pr vanu a p íliš nízkých teplot v p ízemí (provoz mezi variantou R1, kdy byla oka stále naplno otev ená a variantou R2, kdy byla okna asto zav ená). V p ípad uzav ení p ívodních otvor m že i v p echodovém období docházet k nár stu vnit ních teplot nad p ípustnou míru. Obecn nejnep ízniv jší je situace v VI.NP., kde jsou teploty vzduchu nejvyšší a na procházející nep ízniv p sobí i sálání okolích ploch. Doporu ení pro technické ešení:

Miloš Lain 2007

92



Otevíratelné otvory by m ly být opat eny automatickou regulací s možností n kolika stup

otev ení.

P i uvád ní do provozu a zkušebním provozu je t eba optimalizovat otevírání otvor s ohledem na rizika pr vanu v I.NP. a zárove riziko nár stu teplot v VI.NP. Pracovníky trvale pracující v I.NP. (recepce, ostraha) doporu ujeme chránit proti možnému pr vanu (nap . áste n uzav ené pracovišt ) a umožnit jim lokální vytáp ní. Proti sálání skel v VI.NP. by bylo vhodné procházející alespo áste n chránit, nap íklad rostlinami i stínícími prvky.

6.4 Záv r Tyto t i p ípadové studie prokázaly možnosti využití po íta ových simulací p i detailním návrhu pasivního chlazení. N které záv ry a závislosti získané v t chto studiích lze považovat za obecné a aplikovat je i u dalších budov. Galerie s velkou tepelnou hmotou pot ebuje chlazení pro dodržení požadovaných parametr b hem provozu, ale chladicí výkon zjišt ný detailním ešením je výrazn nižší než výkonem ur ený b žným projektem. Koncept budovy university s velkou tepelnou hmotou a p irozeným no ním v tráním ov il parametry prost edí a je zásadním podkladem pro další detailní projek ní ešení. Po íta ová simulace prokázala, že p irozené v trání spojovací lávky je dostate né pro odvod tepelné zát že a identifikovala možná rizika p i provozu budovy.

Miloš Lain 2007

93


7


Adiabatické chlazení

V této kapitole jsou stru n prezentovány dv studie související s adiabatickým chlazením. První z nich je p íkladová studie prezentující využití po íta ových simulací energetických a vlhkostních bilancí p i dimenzování v trání a klimatizace pavilonu Pražské zoologické zahrady Indonéská džungle. Ve druhé studii je prezentován zjednodušený model pro posouzení možností nep ímého adiabatického chlazení.

7.1 Pavilon ZOO –Indonéská džungle P ímé adiabatické chlazení se uplatní p edevším tam, kde je požadována vysoká vlhkost vzduchu a zárove

chlazení. P íkladem takové aplikace je adiabatické chlazení pavilonu Indonéská džungle

pražské ZOO. Pro posouzení energetických bilancí nov budovaného pavilonu Indonéská džungle pro ZOO Praha byla použita po íta ové simulace (Barták 2001). Vzhledem k požadované vysoké vlhkosti vzduchu (70 až 90 %) bylo navrženo p ímé adiabatické chlazení

rozst ikováním

vody

v

prostoru,

ímž se snížil maximální

chladicí výkon z p vodních 215 kW na 160 kW. Výrazn

se snížil i po et

hodin s požadovaným chlazením - z p vodních

tém

polovinu.

2000

Výsledky

hodin

na

po íta ové

simulace ur ily i p ibližný po et hodin, kdy je pot ebný vysoký chladicí výkon. Nap íklad výkon vyšší než Obr. 7.1: Model budovy pro energetické a vlhkostní bilance 120 kW se využije pouze 80 hodin v roce. Studie zpracovaná pro tento pavilon byla zajímavá i tím , že s jednalo o energetické simulace ve velmi raném stádiu projektování (úvodní projekt), a energetická koncepce navržená s pomocí této studie byla pak základem pro projektování dalších stup

.

V roce 2007 prob hlo n kolik místních šet ení v pln klimatiza ní systém pavilonu má

provozovaném pavilonu. Realizovaný

adu nedostatk , ale v tšina z nich je zp sobena použitím

nevhodných prvk (voštinové pra ky), špatným uvedením do provozu a se ízením za ízení. N které zm ny p i realizaci byla špatn koordinovány. Nap íklad p esun venkovního výb hu opic, takže nyní je erstvý vzduch pro v trání a klimatizaci nasáván p ímo z tohoto výb hu, což vede k extrémnímu zanášení filtr

a prvk

Miloš Lain 2007

klimatiza ních jednotek. Bohužel se nepoda ilo uvést do provozu trvalé 94



Obr. 7.2: Snížení tepelné zát že pavilonu p ímým adiabatickým chlazením monitorování systému. P i jednorázových m eních v lét 2007 bylo ov eno, že i se všemi nedostatky zajiš uje systém v trání, klimatizace a zvlh ování požadované parametry vnit ního prost edí v letních dnech, práv díky p ímému adiabatickému chlazení pneumatickými tryskami .

Miloš Lain 2007

95



7.2 Studie použití nep ímého adiabatického chlazení V rámci diplomové práce zpracované v Ústavu techniky prost edí na Fakult strojní

VUT v Praze

byl vytvo en zjednodušený simula ní program pro návrh nep ímého adiabatického chlazení (Duška 2002). Sou ástí této práce bylo i srovnání tohoto systému se dv mi základními klimatiza ními systémy využívajícími klasický chladící okruh. 7.2.1

Popis simula ního programu pro nep ímé adiabatické chlazení

Simula ní program byl vytvo en v tabulkovém procesoru Excel (Duška 2002). Výpo et probíhá pro každou hodinu referen ního roku. Simula ní program je možné rozd lit na dva provázané funk ní celky. První provádí energetickou bilanci zóny a stanovuje množství tepla nebo chladu pot ebné pro dosažení požadované teploty v prostoru. Druhá ást je tvo ena bilancí vlhkosti stanovující vlhkost v zón , dosažitelný výkon nep ímého adiabatického chlazení a vázaný chladící výkon standardního chladi e. Výpo et je postaven jako jednozónový simula ní model. Hranice zóny se skládají

z devíti

st n:

t ech

st n

sousedících s vn jším prost edím a šesti

vnit ních

s jiným

vnit ním

uvažována

st n,

sousedících

prostorem

konstantní

(je

teplota

sousedních vnit ních prostor). V zón je možné ur it p t provozních stav v pr b hu dne s odlišným po tem osob,

velikostí

vnit ních

vodních zisk , pr tokem vzduchu

a

celkovým

zisk , erstvého

pr tokem Obr. 7.3: Schéma modelu pro energetické bilance (Duška 2002)

vzduchu. Regulace teploty vzduchu v zón probíhá podle jednoduchého algoritmu. Teplota vzduchu v zón je udržována na zvolené konstantní hodnot tmin s adaptivním zvyšováním požadované teploty, pokud je teplota venkovního vzduchu vyšší než stanovená mez. Jako vstupní hodnoty výpo tu byla použita klimatická data TRY-Praha.

Miloš Lain 2007

96


7.2.2


Simulace nep ímého adiabatického chlazení

Simulace byla vypracována pro jednu standardní kancelá nacházející se v t í podlažní administrativní budov firmy OEZ v Letohrad . Kancelá je umíst na ve druhém pat e, podlahová plocha iní 66 m2, objem 199 m3 a plocha oken p edstavuje 20 m2. Orientace vn jších st n místnosti je jihozápadní a jihovýchodní. Kancelá byla ur ena pro p t zam stnanc , každé pracovišt bylo vybaveno jedním po íta em s monitorem. Simulace této kancelá e byla provedena pro t i klimatiza ní systémy: 1. Centrální vzduchový systém s nep ímým adiabatickým chlazením Klimatizaci jednotka

kancelá e

zajiš uje

s vým níkem

ZZT,

centrální sm šovací

komorou, oh íva em a chladi em na p ívodu (pro p ípadné dochlazení) a sprchovou pra kou pro nep ímé adiabatické chlazení na odvodu. Tento systém bude v dalším textu zkrácen ozna ován jako ADIABATICKÝ. 2. Centrální vzduchový systém Klimatiza ní jednotka se skládá z vým níku ZZT, sm šovací komory, oh íva e a chladi e na p ivád ném vzduchu. Tento systém se od p edešlého liší pouze absencí pra ky pro nep ímé adiabatické chlazení. v dalším

textu

Tento systém bude

zkrácen

CENTRÁLNÍ.

ozna ován

jako

Obr.7.4: Schéma porovnávaných systém (Lain 2003, Duška 2002)

3. Kombinovaný systém s centrálním p ívodem v tracího vzduchu a konvektorovými cirkula ními jednotkami v klimatizovaném prostoru (FC) Tento systém lze považovat za obvyklý zp sob chlazení nových nebo rekonstruovaných administrativních budov. Proto je také použit jako referen ní zp sob pro srovnání s centrálním adiabatickým chlazením. Jde o systém s centrální p ípravou pouze hygienického minima erstvého vzduchu (tepelná úprava pouze zp tným získáváním tepla). Chlazení, pop ípad doh ev v tracího vzduchu a zárove

chlazení a oh ev v traného prostoru je realizováno pomocí vnit ních

konvektorových jednotek (tento systém bude v dalším textu ozna ován jako FAN-COIL).

Miloš Lain 2007

97


7.2.3


Výsledky

Výsledky simulace jsou uvedeny v tabulce 7.1. Zvýšené tepelné zisky pro ADIABATICKÝ systém jsou zp sobeny zvoleným režimem, jednotka pracuje i p i vyšších teplotách s maximálním pr tokem erstvého vzduchu. Tabulka 7.1: Výsledky simulace nep ímého adiabatického chlazení (Duška 2002) System

Tepelné Maximální Maximální Maximální vlhkost v zisky výkon chladícího vlhkost v zón bez extrémních vliv klimatu okruhu zón % W W % %

Spot eba chladu kWh

%

ADIABATICKÝ

4 785

5 175

91

85

79

967

43

CENTRÁLNÍ

3 266

5 678

100

84

76

2 241

100

FAN-COIL

3 266

4 419

78

75

70

3 096

138

D ležitým výsledkem provedené simulace je stanovení výkonu chladi e pro ADIABATICKÝ systém. Z výsledk simulace vyplývá, že pro eské klima není možné pln nahradit chladící systém nep ímým adiabatickým chlazením. Celkový výkon chladi e pro ADIABATICKÝ systém je dokonce v tší než pro systémy FAN-COIL. Nejvyšší výkon chladi e je pot ebný pro CENTRÁLNÍ systém, ale etnost výskytu vysokých výkon

chladícího za ízení je velmi malá. P i detailním rozboru zjistíme, že

odpovídají extrémním stav m klimatu, p edevším vysoké entalpii. Krom

teploty, která byla v tomto simula ním modelu zvolena jako prioritní, je významným

parametrem mikroklimatu vlhkost. P estože p i nep ímém adiabatickém chlazení nedochází k nár stu m rné vlhkosti p ivád ného vzduchu (dokonce p i extrémních vlhkostech venkovního vzduchu dochází ke kondenzaci vodních par na vým níku adiabatického chlazení), je výsledná vlhkost v zón p i využití ADIABATICKÉHO systému vyšší u ostatních systém . To je zp sobeno nižší kondenzací vodních par na povrchu chladi e než u systém bez adiabatického chlazení. Ur itý náhled pro srovnání max. relativních vlhkostí p edstavuje v tabulka 7.1. Z výsledk simulace je z ejmé, že žádný ze sledovaných systém nespl uje zcela požadavky na vlhkost v pracovním prost edí dle Na ízením vlády 178/2001 ve zn ní pozd jších p edpis . Zde je jako mezní hodnota vlhkosti uvedena hodnota 70 %. Neobsahuje-li klimatiza ní systém režim odvlh ování, pak tuto podmínku nelze splnit. Provedeme-li pro vlhkost korekci pro extrémní výkyvy klimatu, zjistíme, že vyhovuje pouze systém FAN- COIL . Ro ní spot eba energie pro chlazení (lépe e eno spot eba energie na výrobu chladu) p edstavuje významnou položku tvo ící provozní náklady klimatiza ních za ízení. ADIABATICKÝ systém p ináší významné úspory p edstavující až 57 % ve srovnání se systémem CENTRÁLNÍM a 69 % ve srovnání se systémem FAN- COIL. Tyto úspory nejsou zanedbatelné a mohou být významným argumentem p i hledání zp sob uplatn ní tohoto systému.

Miloš Lain 2007

98



Rozdíl spot eby chladu mezi systémy CENTRÁLNÍM a FAN-COIL je zp soben omezenou možností využití erstvého vzduchu pro chlazení u systému FAN-COIL. 7.2.4 Z výsledk

Záv r

simulace je z ejmé, že pro naše klimatické podmínky není možné p i striktních

požadavcích na parametry vnit ního prost edí pln nahradit standardní chladicí systém nep ímým adiabatickým chlazením složeným z b žných vzduchotechnických prvk . Jednotka pak musí být osazena standardním chladi em, jehož pot ebný výkon je v extrémních podmínkách tém

shodný

jako pro za ízení bez adiabatického chlazení. Úspory provozních hodin a spot eby chladu jsou však pro systém s nep ímým adiabatickým chlazením zna né.

7.3 Záv r V této kapitole byla prezentovány možnosti detailního ešení dimenzování a optimalizace systém adiabatického chlazení. Lze íci, že existují nástroje pro detailní ešení energetických bilancí systém s adiabatickým chlazením. Adiabatické chlazení m že p isp t ke snížení spot eby energie na chlazení budov.

Miloš Lain 2007

99


8


Studie možností no ního chlazení v eské republice

Pro posouzení možností no ního chlazení v eské republice byla pro vybranou referen ní kancelá zpracována detailní po íta ová simulace pro r zné parametry okrajových podmínek. Simulace byly provedeny pro pražský referen ní rok (P ikryl 2007).

8.1

Parametry modelu

Referen ní kancelá o p dorysných rozm rech 6 x 5 a výšce 3 metry byla uvažována jako místnost obklopená identickými prostory. Vn jší st na, kde jsou umíst na dv

okna, je

v referen ním modelu orientována sm rem na jih. Celková plocha zasklení tvo í 54 % venkovní fasády a celé okno je stín no vn jším stínícím prvkem. Vnit ní prostor kancelá e byl uvažován jako jedna zóna (Obr 8.1).

Zasklení

Obr: 8.1: Model kancelá e s vn jším stín ním v programu ESP-r

Simulace byla provedena v programu ESP-r pro ty i typy zasklení (obr8.2): O1

Standartní dvojité zasklení, 2 x sklo Planibel clear 4 mm, U = 2,85 W/m2 K, stínicí sou initel s = 0,77

O2

Determální zasklení dvojité, sklo vn jší Sunergy-azur 6 mm, sklo vnit ní Planibel clear 4 mm, U = 2,75 W/m2 K, stínicí sou initel s = 0,40

O3

Determální zasklení dvojité, sklo vn jší Sunergy clear 6 mm, sklo vnit ní Planibel clear 4 mm, U = 2,75 W/m2 K, stinící sou initel s = 0,54 Konstrukce podlahy

Jak už bylo e eno v úvodu pro metodu no ního v trání, využití je siln závislé na teplené hmot budovy. Maximální užitek nabízí p i akumulaci do konstrukcí t žkých. Pro model kancelá e byly vytvo eny t i typy podlah: P1

železobeton (0,3 m), U = 2,72 W/m2 K

P2

železobeton (0,15 m), minerální vlna ( 0,01 m), betonová vrstva ( 0,05 m), U = 1,66 W/m2 K

P3

železobeton (0,15 m), minerální vlna (0,01 m), betonová vrstva ( 0,12 m), U = 1,41 W/m2 K

Miloš Lain 2007

100



Obr: 8.2: Optické vlastnosti použitých zasklení O1 (vlevo), O2 (dole), O3 (vpravo) v programu ESP-r Vnit ní zisky Do modelu byly uvažovány produkce tepla od lidí a produkce tepla elektronických za ízení (po íta , tiskáren, apod.). Kancelá svojí rozlohou 30 m² umož uje vytvo ení 2 až 4 pracovních míst. Do modelu byly použity t i p ípady obsazení místnosti: Q1

2 osoby (2 x 62 W), 2 osobní po íta e (2 x 70 W)

Q2

3 osoby (3 x 62 W), 3 osobní po íta e (3 x 70 W) + kopírka (40 W)

Q3

4 osoby (4 x 62 W), 4 osobní po íta e (4 x 70 W) + kopírka (40 W)

asový interval, po který je kancelá obsazena, od 7:00 do 19:00. V dob od 8:00 do 18:00 je uvažována plná obsazenost místnosti. Profil vnit ních zisk byl dopln n polední p estávkou mezi 12:00 až 14:00. Vnit ní zisky jsou uvažovány pouze v pracovních dnech. No ní intenzita v trání Byly vyšet ovány t i r zné intenzity vým ny vzduchu: N1

no ní v trání - p ívod erstvého vzduchu 150 m3/hod, I = 1 1/hod

N2


N3


Tyto intenzity v trání byly navrženy od 19:00 do 7:00. Regulace p ívodu vzduchu tedy spouští režim no ního v trání ihned po skon ení pracovní doby. Intenzita vým ny se b hem noci nem ní a nereaguje Miloš Lain 2007

101



na zm ny teploty v kancelá i. V trání kancelá e probíhá nezávisle na obsazenosti místnosti - vým ny vzduchu uvažujeme pro pracovní dny i víkendy. Denní intenzita v trání Denní vým na vzduchu bude ešena p ívodem venkovního tepeln

neupraveného vzduchu (v

programu RSP-r definováno jako infiltrace): V1

denní vým na - p ívod erstvého vzduchu 150 m3/hod, I = 1 1/hod

V2

denní vým na - p ívod erstvého vzduchu 300 m3/hod, I = 2 1/hod

V3

denní vým na - p ívod erstvého vzduchu 450 m3/hod, I = 3 1/hod Orientace fasády kancelá e

Jsou voleny 4 základní orientace vn jší fasády S1

orientace na jih

S2

orientace na východ

S3

orientace na sever

S4

orientace na západ

Jako referen ní byla zvolena kombinace variant O3 P2 Q2 N2 V1 S1 (ozna eno tu n ).

8.2

Výsledky simulací

Výsledky simulací jsou prezentovány v tabulce 8.1 a ilustra ním grafu na obrázku 8.3. Jako hodnotící kriterium jsou zvoleny etnosti výskytu teplot vzduchu v pracovní dob . Simulace vycházejí z jedné základní varinty každého parametru a s tou jsou pak porovnávány varianty ostatní. Nejsou tedy zpracovávány všechny kombinace jednotlivých parametr . Veškeré výsledky s použitím vn jších žaluzií a relativn

nízkými vnit ními zisky lze hodnotit

z pohledu adaptivní tepelné pohody jako vyhovující. Maximální teploty vzduchu se pohybují kolem 30 °C, teploty nad 26 °C jsou necelých 15 % pracovní doby léta a teploty nad 28 °C v tšinou mén než 5 %. Nejnep ízniv jší jsou varianty s max. vnit ními tepelnými zisky (Q3) a varianty s minimálním no ním chlazením (N1), tyto dv varianty lze považovat za nevyhovující. Relativn

vysoká

etnost nízkých teplot vzduchu je zp sobena p edevším tím, že simulace je

provedena pro období od 1.5 do 30.9 tudíž zahrnuje i p echodové období a neuvažuje vytáp ní. V letním období jsou v tšinou teploty vzduchu uvnit vyšší než 20 °C, p esto riziko p íliš nízkých teplot po ránu hrozí.

Miloš Lain 2007

102



Tabulka 8.1: Výsledky po íta ové simulace varianta

ref.

o1

o2

p1

p3

q1

q3

n1

n3

v2

v3

s2

s3

s4

denní intenzita v trání

1/h

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

3

1

1

1

no ní intenzita v trání

1/h

3

3

3

3

3

3

3

1

5

3

3

3

3

3

32

29,9

30

30

teploty vnit ního vzduchu max.teplota

ºC 30,4 30,6 30,2

30

30,4 29,5 31,1

29,9 28,9 30,8

pr m. teplota v prac.dob

ºC 21,6 21,9 21,3 21,5 21,7 20,8 22,3 23,2 21,1 20,8 20,3 21,5 20,8 21,4 etnost teplot

< 20 °C

hod 480 450 511 472 462 580 407 301 538 582 638 481 553 509

20 - 22 °C

hod 225 229 221 242 237 224 234 218 223 222 210 244 236 236

22 - 24 °C

hod 213 204 227 234 223 215 212 224 213 190 199 204 222 200

24 - 26 °C

hod 209 212 191 200 199 179 198 231 190 182 156 209 194 195

26 - 28 °C

hod 132 146 121 123 136

92

167 187 114 105

83

139

88

134

> 28 °C

hod

30

102 159

34

43

27

46

61

79

49

49

63

42

39

< 20 °C

36% 34% 39% 36% 35% 44% 31% 23% 41% 44% 48% 36% 42% 39%

20 - 22 °C

17% 17% 17% 18% 18% 17% 18% 17% 17% 17% 16% 18% 18% 18%

22 - 24 °C

16% 15% 17% 18% 17% 16% 16% 17% 16% 14% 15% 15% 17% 15%

24 - 26 °C

16% 16% 14% 15% 15% 14% 15% 18% 14% 14% 12% 16% 15% 15%

26 - 28 °C

10% 11% 9%

9% 10% 7% 13% 14% 9%

8%

6% 11% 7% 10%

> 28 °C

5%

4%

3%

3%

8.3

6%

4%

5%

2%

8% 12% 3%

3%

2%

Záv r

Tato studie prokázala možnosti no ního chlazení administrativních budov v eské republice. P i použití vn jšího stín ní, nízkých vnit ních tepelných ziscích a aplikování zásad adaptivního tepelného komfortu, lze zajistit tepelnou pohodu po v tšinu letního období pouze no ním v tráním.

Miloš Lain 2007

103

3%



40 150 m3/h, I= 1 1/h 450 m3/h, I= 3 1/h 750 m3/h, I= 5 1/h externí teplota

Teplota vzduchu [ºC]

35 30 25 20 15 10 5 14.VII

16.VII

18.VII

20.VII

22.VII

24.VII

26.VII

28.VII

datum

Obr: 8.3: Pr b h teplot vzduchu pro varianty no ního v trání (n1, ref., n3)- vybrané období

Miloš Lain 2007

104


9


Administrativní budova se systémem Top-cooling

V této nejrozsáhlejší p ípadové studii je prezentováno ešení v trání klimatizace ve st edn velké administrativní budov , která byla od po átku projektována s d razem na snížení spot eby energie na klimatizaci. V hlavním traktu budovy je vzduchový systém v trání a klimatizace s omezenou kapacitou chlazení (Top cooling). V této kapitole jsou postupn prezentovány po íta ové simulace zpracované p i projektování systému, m ení p i uvád ní do provozu a odstra ování závad a nakonec detailní po íta ové simulace zam ené na optimalizaci a posouzení systému.

Obr. 9.1: Princip stín ní, akumulace a no ního v trání

9.1 Popis budovy Budova sloužila pro úst edí spole nosti

EZ. V budov je uplatn no n kolik prvk

pasivního a

nízkoenergetického chlazení. Pat í sem p edevším venkovní žaluzie na jižní fasád , použití selektivních skel se sv telnou propustností 60% a celkovou energetickou propustností 35%, vysoká tepelná hmota budovy (betonové stropy s žebry) a vzduchový systém umož ující využití no ního chlazení. Zna ná

ást budovy byla p vodn

koncipována

strojního

bez

chlazení,

pouze

s no ním v tráním. Tomu odpovídá i

ešení

v trání a klimatizace celého k ídla budovy (3.NP až 6.NP) jednozónovým vzduchovým systémem bez cirkulace. prost edí

Nicmén

spolu

se

požadavky na vnit ní zvýšením

p vodn

p edpokládaného po tu osob a vybavení vedly k záv ru, že je nutné systém doplnit o strojní chlazení. Výsledkem je systém tzv. top-cooling

Obr.9.2: Vizualizace budovy (Dvo ák 2004)

spo ívající v kombinaci nízkoenergetického a strojního chlazení. Budova získala v zá í 2002 cenu nadace ABF „Stavba roku“ (Dvo ák 2002). ešení se zam ilo na nejv tší kancelá ský trakt se severojižní orientací hlavních fasád.

Miloš Lain 2007

105



9.2 P edb žné simulace v rámci projektu P edb žné simula ní výpo ty (Barták 2000) byly provedeny na jednozónovém modelu reprezentativního výseku o vnit ních rozm rech 15,15 m x 2,55 m x 2,7 m (hloubka x ší ka x výška) ve 3. NP jižního k ídla budovy, jehož podélná osa je orientována od západu k východu. Výsek pokrývá plnou hloubku p íslušné ásti budovy, jeho protilehlé fasády jsou orientovány na sever a na jih. Jak je patrné z grafu na obrázku 9.3, p i no ním i denním v trání intenzitou 3 1/h byly teploty v prostoru vyšší, než je p ípustné pro dodržení tepelné pohody. Záv rem t chto p edb žných simulací bylo doporu ení na osazení strojního chlazení. Pro vybraný segment byly stanoveny pot ebné citelné chladicí výkony pro dodržení vnit ních teplot vzduchu nižších než 28°C. Teploty vzduchu

Teplota [°C]

Vnit ní citelná tepelná zát ž maximáln 2281 W (1561 W bez osv tlení) Pouze v trání venkovním vzduchem s intenzitou 3 vým ny za hodinu

32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 kv ten

Venkovní vzduch

erven

Vnit ní vzduch

ervenec

srpen

zá í

as

Obr: 9.3: Výsledky p edb žných simulací pr b hu teploty vzduchu pro budovu (Barták 2000)

Teplota [°C]

Neklimatizovaná budova bez vnit ní zát že a bez v trání

32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15

kv ten

Venkovní vzduch

erven

ervenec

Vnit ní vzduch

as

srpen

zá í

Obr. 9.4: Pr b h teplot vzduchu pro budovu bez v trání a tepelné zát že (Barták 2000) Miloš Lain 2007

106



9.3 M ení a monitorování V letech 2002 až 2005 probíhalo v této budov monitorování a data ze systému m ení a regulace byla archivována a analyzována. Tato data obsahují teploty vzduchu z ady míst klimatiza ního sytému a nastavení parametr regulace. Dále prob hlo jednorázové m ení povedené v rámci posudku klimatiza ního systému za první zkušební rok provozu (Drkal 2002). Výsledky t chto m ení jsou shrnuty v podkapitolách 9.3.1 až 9.3.8., kde jsou prezentovány i tabulky a grafy z vypracovaného posudku (Drkal 2002). Posledním dopl kovým zdrojem pro kalibraci modelu jsou klimatická data z meteorologické stanice Ústavu techniky prost edí. 9.3.1

M ení teploty vnit ního vzduchu ti (°C) v prostoru kancelá í

M ení bylo provedeno v prostoru kancelá í 2.NP až 6.NP ve výšce 1,65 m nad podlahou, m icí místa jsou vyzna ena na p dorysném schématu kancelá ského podlaží (obr. 9.5). Nam ené hodnoty jsou zaznamenány v tabulce 9.1. Pro p ehled jsou zaznamenány i pr m rné teploty odvád ného vzduchu tom získané m ením podle odst. 9.3.2. Teplota vnit ního vzduchu na ploše jednotlivých podlaží je pom rn dob e vyrovnaná. Maximální rozdíly ∆ti max (°C) se pohybují v rozmezí 0, 6 °C až 1,1 °C, což je p i hodnocení provozního m ení

V S T U P

p ijatelné. Navíc v pr b hu m ení nebylo možné zabránit otevírání oken, což mohlo rozdíly teplot ovlivnit.

A

B

C

D

Obr. 9.5: Schéma m icích míst

Pr m rné teploty vnit ního vzduchu v jednotlivých podlažích vzr stají sm rem k vyšším podlažím (tab. 9.1, obr. 9.6). Tab. 9.1: Teplota vnit ního vzduchu v kancelá ích Podlaží 2. NP 3. NP 4. NP 5. NP 6. NP

A 22,1 22,0 23,1 22,6 22,8

Miloš Lain 2007

B 22,7 23,2 22,7 23,0

ti (°C)

C D 22,7 22,4 21,8 21,6 23,3 22,6 23,1 22,7 23,0 23,5 Pr m rná hodnota

tim (°C) 22,4 22,0 23,0 22,8 23,2 22,7

∆ti max (°C) 0,6 1,1 0,9 0,5 0,7

tom (°C) 22,3 22,4 23,1 22,7 23,3 22,6

107


M ení teploty p ivád ného vzduchu a odvád ného vzduchu v kancelá ích

9.3.2 M ení

bylo

provedeno

na ti

vzduchovodu pod stropem kancelá í vyústkách).

Lze

konstatovat, že pr m rná teplota p ivád ného

vzduchu

tpm

v jednotlivých patrech i v celém objektu je zna n vyrovnaná, blíží se hodnot 17 °C. vzduchu odsávacích

odvád ného

m ené

výustí

v jednotlivých

Lineární (ti )

Lineární (tp)

Lineární (to)

22 21 20 19 18 17 16

teploty tom

to p

23

teplota vzduchu [°C]

v odsávacích

tp o

24

(tp v p ivád cích vyústkách, to

Pr m rné


15 2. NP

v místech

pod

podlažích

3. NP

4. NP

5. NP

6. NP

stropem Obr. 9.6: Teploty vzduchu ti , tp , to v 2.NP až 6.NP velmi

dob e odpovídají pr m rným teplotám vnit ního vzduchu v daném podlaží. Pr m rná teplota odvád ného vzduchu vykazuje jednozna nou tendenci nár stu sm rem k vyšším podlažím (tab.9.2, obr.9.6). Tab. 9.2: Teplota p ivád ného a odvád ného vzduchu v kancelá ích Podlaží 2. NP 3.NP 4. NP 5.NP 6.NP

p ívod odvod p ívod odvod p ívod odvod p ívod odvod p ívod odvod p ívod odvod p ívod odvod

9.3.3

A 17,1 21,7 16,7 22,3 16,4 22,7 16,4 21,8 16,7 23,5

tp , to B 16,9 22,6 16,6 23,3 16,7 23,1 17,7 22,9

(°C) C 17,9 22,7 17,4 22,3 17,8 23,3 17,1 23,0 17,4 23,1

D 17,8 22,5 17,2 22,3 17,1 23,2 16,6 23,0 16,7 23,7

Pr m rná hodnota

tpm to (°C) 17,6 22,3 17,1 22,4 17,0 23,1 16,7 22,7 17,1 23,3 17,1 22,8

∆tp max ∆to max (°C) 0,8 1,0 0,7 0,3 1,4 0,6 0,7 1,3 1,0 0,8

tom - tpm (°C) 4,7 5,3 6,1 6,0 6,2 5,7

M ení rychlosti proud ní vzduchu v p ivád cích vyústkách

M ení bylo provedeno na p ivád cích výustích v 2. NP až 6. NP, v každém míst byly m eny dv sousední výust . Z nam ených hodnot byly vyhodnoceny i pr m rné rychlosti proud ní vzduchu w (m/s) v každém pat e. M ení bylo provedeno, vzhledem k vysokému po tu výustí, pouze na jejich ásti. Jak výsledky ukázaly, poskytl zvolený výb r reprezentativní obraz o pr toku vzduchu p ivád ného do jednotlivých pater (Drkal 2002). Z výsledku m ení rychlosti vzduchu na p ivád cích Miloš Lain 2007

108



výustích nelze p ímo stanovit skute ný pr tok vzduchu v jednotlivých podlažích, ale údaje w = f (NP) lze považovat za

ukazatele rozd lení pr toku p ivád ného vzduchu v jednotlivých podlažích.

Pr m rné rychlosti na jednotlivých patrech wm výrazn klesají sm rem k horním patr m. Pr b h závislosti rychlosti vzduchu na podlaží budovy je dokumentován na obr. 9.7. Chladicí výkon p ivedený do jednotlivých polaží je dán pr tokem vzduchu a rozdílem teplot, hodnoty rozdíl teplot a pr tok vztažených ke st edním hodnotám jsou uvedeny v tabulce 9.4. 9.3.4

Záv ry m ení objektu

Výsledky m ení poskytují podklad pro vyhodnocení

funkce

5

klimatiza ního systému v kancelá ích následovn : -

Pr m rná

teplota

p ivád ného

vzduchu tpm v celém objektu je zna n vyrovnaná. - Pr m rné teploty vnit ního vzduchu

4.5 rychlost vzduchu [m/s]

2.NP až 6.NP. Výsledky lze shrnout

4 3.5 3 2.5

tim vzr stají sm rem k vyšším podlažím. -

Pr m rné

teploty

odvád ného

2 2. NP

3. NP

4. NP

5. NP

6. NP

Obr. 9.7: Rychlost vzduchu wm v p ivád cích výustích

vzduchu tom vzr stají sm rem k vyšším podlažím. - Pr m rné rychlosti vzduchu na p ivád cích výustích wm klesají sm rem k horním podlažím. Lze p edpokládat, že hodnoty rychlostí odpovídají pr toku p ivád ného vzduchu, tj. pr tok p ivád ného vzduchu klesá sm rem k horním podlažím.

Tab. 9.4: Pom rné rozdíly teplot a pom rné pr toky vzduchu Podlaží 2. NP 3. NP 4. NP 5. NP 6. NP

1/ ∆ to* (tom - tpm)min / (tom - tpm) 1,0 0,88 0,77 0,78 0,75

∆ to * (tom - tpm) / (tom - tpm)min 1,00 1,14 1,30 1,28 1,33

w* wm / wm max 1,0 0,9 0,75 0,77 0,57

w*. ∆ to* 1,00 1,02 0,97 0,99 0,76

Z rozboru pom rných teplot a rychlostí vyplývá, že v 2. až 5. NP je p ibližn stejná tepelná zát ž, ale díky p ibližn lineárn klesajícímu pr toku vzduchu sm rem k horním patr m roste teplota vzduchu v kancelá ích i teplota odvád ného vzduchu.

Miloš Lain 2007

109


9.3.5


Porovnání teplot odvád ného vzduchu a m ené teploty vnit ního vzduchu v kancelá ích

Teplota odvád ného vzduchu to (°C) ode tená ze systému MaR ve strojovn vzduchotechniky byla porovnána s teplotou vnit ního vzduchu v kancelá ích ti (°C). Tato teplota byla zjišt na m icími p ístroji. Hodnoty ti získané m ením v prostoru kancelá í a hodnoty to ode tené ve strojovn jsou zaznamenány v následující tabulce 9.5. Z nam ených hodnot je patrný zna ný rozdíl mezi teplotou nam enou v klimatizovaném prostoru (jak jednorázov teplom ry, tak dlouhodob datalogery). Tento rozdíl byl zjišt n opakovan i p i dalších m eních. Tab. 9.5: Teplota odvád ného vzduchu to a teplota vzduchu m ená v kancelá ích ti. Podlaží

A 24,3 24,0 24,0 24,1 24,6

B 23,9 24,2 24,7 25,0 25,7

ti (°C)

C D 2. NP 23,7 23,6 3. NP 24,4 23,6 4. NP 24,6 24,1 5. NP 24,9 24,0 6. NP 25,3 24,7 Pr m rná hodnota tim(°C) Teplota ze systému MaR ve strojovn – za ízení 1 (jih) to1 MaR (°C) Teplota ze systému MaR ve strojovn – za ízení 2 (sever) to2 MaR (°C) Pr m rná hodnota to m MaR (°C) Rozdíl tim - to MaR = 2 °C

tim (°C) 23,9 24,1 24,4 24,5 25,1 24,4 22,3 22,6 22,4

Odchalka teploty odvád ného vzduchu od teploty vnit ní

Odchylka teploty odvád ného vzduchu

6 5 4 3 2 1 0 -12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

Rozdíl teplot privád ného a vnit ního vzduchu

Obr. 9.8: Závislost odchylky idla teploty v odvád ném vzduchu od st ední teploty [K] na rozdílu teplot odvád ného a p ivád ného vzduchu [K]

Miloš Lain 2007

110



Rozdíl teploty m ené idlem MaR na vstupu odvád ného vzduchu do klimatiza ní jednotky a skute ných teplot v prostoru m že být zp soben jak chybou idla, tak ovlivn ním teploty díky ochlazení odvád ného vzduchu vzduchem p ivád ným v neizolovaných horizontálních rozvodech. P i analýze nam ených dat (obr. 9.8) bylo zjišt no, že tento rozdíl teplot závisí na rozdílu teploty p ivád ného a odvád ného vzduchu jen velmi nepatrn a i p i shodné p ivád né a odvád né teplot z stává hodnota rozdílu stále kladná. Z toho vyplývá, že se jedná o špatnou kalibraci idla systému MaR. Tato hodnota byla následn upravena. Dále byl zjišt n rozdíl mezi teplotou venkovního vzduchu m enou systémem MaR a skute nou teplotou vzduchu v okolí budovy. Z rozdílu vyplývá, že idlo venkovní teploty systému MaR není ú inn chrán no proti slune ní radiaci a p i intenzívní slune ní radiací ukazuje zna n vyšší hodnoty. 9.3.6

Kontinuální záznamy funkce klimatiza ního systému a analýzy funkce systému

Z kontinuálních záznam

ze systému MaR a vnit ních teplot zaznamenaných

p ístroji Nomad

Datalogger byly vyhodnoceny jednotlivé provozní stavy a provedena analýza funkce systému klimatizace. Z t chto analýz místních šet ení byla zjišt na ada nedostatk . Díky net snostem ventil docházelo k paralelnímu oh evu a chlazení v p echodových obdobích, což byla jedna z p í in vysokých teplot vzduchu v kancelá ích b hem extrémn teplého jara. Skokové zm ny požadovaných hodnot vnit ní teploty vedly k nestabilit provozu. Teploty vnit ního vzduchu byly m eny záznamníky teploty (datalogger) v n kolika obdobích, a to jak ve všech podlažích 3.NP. až 6.NP, tak v referen ním 5.NP. P ístroje byly rozmíst ny ve výši cca 1,8m nad podlahou na horní ploše sk íní p ibližn v místech ozna ených A až C na schématu obr. 9.5. Pr b hy teplot v 3. až 5. NP jsou velmi blízké, rozdíly se pohybují v rozmezí 0,5 až 1 °C. 6. NP se odlišuje od ostatních podlaží výrazn ji, a to až cca o 2 °C. Záznamy se velmi dob e shodují s výsledky manuálních m ení popsaných výše. Rozptyl nam ených hodnot v jednotlivých podlažích je v rozmezí 1°C. Z uvedených m ení vyplývá záv r pro 6.NP a ostatní podlaží: Regulace na jednotnou teplotu p ivád ného vzduchu ve všech podlažích p i konstantním pr toku vzduchu m že zajistit vyrovnaný pr b h vnit ní teploty v podlažích, ve kterých je p ibližn stejný charakter zm ny tepelné zát že, tj. ve 2. NP až 5.NP. 6.NP v období bez oslun ní a p i nízké teplot venkovního vzduchu je pom rn více vychlazováno než ostatní podlaží (2. až 5 NP). Proto i p i relativn nízkém pr toku vzduchu v tomto období se teplota vnit ního vzduchu liší od ostatních podlaží jen o cca 1°C. Za intenzivního oslun ní a vyšších teplot venkovního vzduchu je venkovní tepelná zát ž podstatn vyšší než u nižších pater, a v d sledku toho je p i stejné teplot p ivád ného vzduchu dosahováno zna n vyšší teploty uvnit prostoru 6.NP. Tento problém lze odstranit bu zvýšením pr toku vzduchu nad hodnotu odpovídající projektované (1/5 celkového pr toku vzduchu), nebo instalací dodatkového chladicího systému.

Miloš Lain 2007

111


9.3.7


P ehled použitých m icích p ístroj

M ení teploty a vlhkosti vzduchu: Elektronický teplom r Anritsu typ Anritherm HFT 88, idla teploty vzduchu (pevné a pružné idlo), idlo povrchové teploty Univerzální m icí p ístroj Ahlborn 2295-2, idlo vlhkosti Aspira ní Assmann v psychrometr Labora Sklen ný rtu ový teplom r 0-50 °C/0,1 °C Datalogger Omega OM-Nomad a OM-SP2000 M ení tlaku: Elektronický mikromanometr Airflow MEDM 500 Aneroid Metra M ení rychlosti proud ní (pro stanovení pr toku vzduchu): Lopatkový anemometr Lambrecht φ 100 mm

9.3.8

Záv r m ení a monitorování

Pro další práce prezentované v této kapitole jsou st žejní tyto záv ry: •

Teploty vzduchu v jednotlivých podlažích jsou velmi vyrovnané.

•

5.NP lze považovat za reprezentativní pro administrativní ást budovy od 3.NP. do 5.NP.

•

Pr tok vzduchu p ivád ný do 5. NP odpovídá

tvrtin

celkového pr toku vzduchu

p ivád ného do této ásti objektu, což odpovídá projektovanému pr toku. •

Teploty p ivád ného vzduchu m ené systémem MaR odpovídají teplotám nam eným na vyústkách.

•

Teploty odvád ného vzduchu m ené systémem MaR neodpovídají vnit ním teplotám vzduchu.

•

Hodnoty teplot vzduchu m ené záznamníky teploty v referen ních bodech dob e reprezentují st ední teploty vzduchu v podlaží. 9.3.9

Podklady pro kalibraci modelu

Z hodnot nam ených záznamníky teploty a systémem MaR byly pro 5.NP vyhodnoceny vnit ní teploty vzduchu a chladící výkony (z pr toku vzduchu a teploty p ivád ného vzduchu). Parametry vn jšího prost edí (teplota, vlhkost, rychlost a sm r v tru, p ímá a difúzní slune ní radiace) byly p evzaty z meteorologické stanice Ústavu techniky prost edí (Obr.9.9).

Miloš Lain 2007

112


23-IX.

22-IX.

10 21-IX.

-6 20-IX.

12

19-IX.

-4

18-IX.

14

17-IX.

-2

16-IX.

16

15-IX.

0

14-IX.

18

13-IX.

2

12-IX.

20

11-IX.

4

10-IX.

22

9-IX.

6

8-IX.

24

7-IX.

8

6-IX.

26

5-IX.

10

4-IX.

28

Teplota [°C]

Výkony systému Vnit ní teplota vzduchu klimatizace (m .) Venkovní teplota vzduchu (lab)

12

3-IX.

Citelný chladicí výkon [kW]

Cladicí výkon (m .)


Obr. 9.9: Parametry budovy vyhodnocené z nam ených hodnot

9.3.10 Chyby a nejistoty m ených a vyhodnocených hodnot Chyby m ení teplot vzduchu laboratorními kalibrovanými stín nými teplom ry byly p i zahrnutí jak náhodných, tak i systematických chyb stanoveny na ±0,1 K. Chyby dlouhodobého m ení teploty vzduchu kalibrovanými dataloggery jsou ±0,2 K. Chyba m ení pr toku vzduchu vztažené k pr toku p ivád ného do 5.NP je ±293 m3/h. Z t chto hodnot byla vypo tena chyba nam eného výkonu ±0,7 kW.

Miloš Lain 2007

113



9.4 Detailní po íta ové simulace Detailní po íta ové simulace vybraného podlaží k ídla C budovy slouží pro nalezení optimálního provozu systému v trání a klimatizace. Simulace byly zpracovány v dob , kdy byla budova již v provozu, a model byl kalibrován podle nam ených dat. 9.4.1

Model budovy

Jako referen ní bylo zvoleno páté podlaží bloku C budovy. Pro velkoplošnou kancelá v tomto podlaží byl sestaven po íta ový model (viz obr.9.10) . Simulace byly provád ny programem ESP-r. Podlahová plocha simulované kancelá e je 595 m2 a objem 1 606 m3.

Stropní deska o

tlouš ce 240 mm je z hutn ného betonu s žebry, na ní je položena tepelná a kro ejová izolace. Ta je z minerální vlny o tlouš ce 80 mm a podlahová deska 40 mm. Obvodové st ny jsou t žké betonové o tlouš ce 250 mm s tepelnou izolací na vn jší stran . Tuto izolaci tvo í 100 mm minerální vaty se vzduchovou mezerou a obkladovými

Obr.9.10: Po íta ový model podlaží 5 (bez stol a žeber)

fasádními panely. N které prvky byly pro pot eby simulací mírn zjednodušeny. Žebrování stropu bylo nahrazeno t emi fiktivními žebry s povrchovou plochou shodnou s žebry skute nými a s tepelnou hmotou odpovídající 80% tepelné hmoty skute ných žeber. Pracovní stoly byly nahrazeny souvislou deskou. Ve zvolené ásti budovy je n kolik samostatných kancelá í odd lených sklen nými p í kami. Model byl však vytvo en jako jednozónový se zanedbáním t chto konstrukcí. V kancelá i pracuje 52 osob (cca 11m2 celkové podlahové plochy na osobu) vybavených po íta i

a

LCD

monitory.

Nominální výkon po íta e s monitorem byl uvažován 190 W. Zadané zisky od osv tlení odpovídaly 20 W/m2 na ploše 187 m2.

asový profil vnit ních zisk

vychází z b žného využití kancelá e, a to tak, aby odpovídal osmihodinové pracovní dob zam stnanc . Obr.9.11: Pohled na strop a odkrytý kanál p ívodu vzduchu Miloš Lain 2007

114


9.4.2


Kalibrace modelu

Kalibrace modelu se používá p edevším pro up esn ní okrajových podmínek, které p i zadání simulace nejsou známy. P i ešení energetických bilancí klimatizovaných budov jsou takovýmto parametrem p edevším vnit ní teplené zisky. Jak bylo ukázáno v kapitole 2.3.5, je rozsah reálných vnit ních zisk pom rn zna ný. Navíc se ukazuje, že b žné podklady používané pro projektování klimatiza ních systém v tšinou vnit ní zisky volí na horní hranici. Dalším neznámým parametrem mohou být detailní parametry systému v trání a klimatizace a regulace. Pro kalibraci bylo využito nam ených hodnot (viz 9.3.9). Kalibrace probíhala ve t ech stupních. V prvním stupni byl kalibrován pouze model budovy a její vnit ní zát že. V tomto prvním stupni kalibrace bylo cílem najít takové parametry budovy (p edevším vnit ní zisky), které odpovídají nam eným pr b h m teplot a chladicích výkon . Pro tuto kalibraci byl použit pouze model budovy, systém v trání a klimatizace byl reprezentován ideální regulací chladicího výkonu dodávaného p ímo do vzduchu v zón . Vnit ní teplota ve sledované zón byla nastavena tak, aby její pr b h odpovídal nam eným hodnotám. Prom nnými, jejichž hodnota byla hledána, jsou p edevším velikost a asové rozložení P vodní

Po kalibraci

zisk .

30 28

Cílem kalibrace je

26

najít

24

Tepelná zát ž [W/m 2]

vnit ních

sou initel

22

korigující

20

vnit ních zdroj tak,

18

aby bylo dosaženo

16 14

tém

12

hodnot

10

výkon

shodných chladicího

výkonu, a to jak

8 6

celkové

4

chladu, tak pr b hu

2

chladicích

0 0

3

6

9

12 Hodina

15

18

21

24

spot eby výkon

(obr. 9.13).

Obr. 9.12: Vnit ní zisky kancelá e p ed a po kalibraci Z nam ených hodnot byl vyhodnocen chladicí výkon podle rozdílu teplot p ivád ného a odvád ného vzduchu a pr toku. Profil vnit ních zisk p ed a po kalibraci reprezentuje obrázek 9.12. Sou initel použitý pro korekci nominálních výkon po íta

a monitor je 50 %. Výsledná hodnota 17,2 W/m2 je pom rn nízká. Je

to zp sobeno áste n tím, že výkon je vztažen na celkovou podlahovou plochu kancelá e v etn komunikací. V dob zpracování projektu m ly po íta e nižší tepelné výkony a byly b žn používány CRT monitory a s tím bylo po ítáno i v prvních simulacích. V této budov byly však všude použity

Miloš Lain 2007

115



malé LCD panely, které mají výrazn nižší tepelný výkon. Navíc po et osob pracujících na tomto podlaží byl nakonec nižší, než bylo p vodn p edpokládáno (místní šet ení ukázalo celkem 44 osob). Druhým parametrem, který byl p i kalibraci modelu budovy sledován, bylo ešení sou initele p estupu tepla konvekcí u betonového stropu a žeber. P i standardním ešení se v simula ním programu používají vztahy pro výpo et sou initele p estupu tepla (hc) odvozenýé z p irozené konvekce pod stropní deskou. V p ípad , že dochází v prostoru k nucenému proud ní, je p estup tepla konvekcí u stropu výrazn vyšší (viz 2.5.2, Zmrhal 2005, Beausoleil-Morrison 2000). Celkem bylo v rámci kalibrace zpracováno 25 variant provozu. Výsledné varianty jsou prezentovány v grafech na obrázku 9.13. P i porovnávání výsledk simulace budovy s nam enými parametry systému nelze o ekávat detailní shodu pr b hu chladicích výkon . Rozdíly jsou dány jak nejistotou m ení, tak výrazným zjednodušením chování systému v trání a klimatizace v tomto stupni simulace. Jako základní parametr shody byl zvolen celkový chladicí výkon p ivedený do prostoru za vybrané referen ní období. Cílem bylo i dosažení p ibližné shody pr b hu vnit ních teplot a pr b hu chladicích výkon v referen ním období. Zajímavý je vliv sou initele p estupu tepla konvekcí. P i použití standardního sou initele je shoda pr b hu chladicích výkon a celkové dodané energie, ale výrazn vyšší teplota stropu a podlahy. U výsledk s vyšším p estupem tepla konvekcí jsou teploty stropu a podlahy tém vzduchu, ale pr b h chladicích výkon

shodné s teplotou

je výrazn odlišný, a to p edevším v no ních hodinách.

Vzhledem k tomu, že nam ené hodnoty povrchových teplot stropu se blížily teplotám vzduchu (kontrolní m ení 2004), byl pro další výpo ty použit model se zvýšenými sou initeli p estupu tepla konvekcí.

Miloš Lain 2007

116

30


28



Chladicí výkon (sim.)

Vnit ní teplota vzduchu (m .)

Vnit ní teplota vzduchu (sim.)

Teplota stropu (sim.)

Teplota podlahy (sim.)

29

26

28

24

27

22

26

20

25

18

24

16

23

14

22

12

21

10

20

8

19

6

18

4

17

2 0 5-IX.


30

16

102% 6-IX.

7-IX.

8-IX.

9-IX.

Teplota [°C]


10-IX.

11-IX.

12-IX.

15 13-IX.



30

Vnit ní teplota vzduchu (m .)


30

28

Teplota stropu (sim.)

Teplota podlahy (sim.)

29

26

28

24

27

22

26

20

25

18

24

16

23

14

22

12

21

10

20

8

19

6

18

4

17

114%

2 0 5-IX.

6-IX.

7-IX.

8-IX.

9-IX.

10-IX.

16 11-IX.

12-IX.

15 13-IX.

Obr. 9.13: Pr b hy teplot vzduchu a chladicích výkon b hem referen ního období v porovnání kalibrovaného modelu budovy a nam ených dat pro standardní ešení hc (naho e) a hc s uvažováním nuceného proud ní (dole)

Miloš Lain 2007

117


9.4.3


Model systému klimatizace

V dalším stupni byl model budovy rozší en o model systému v trání a klimatizace. V programu ESP-r byly ešeny samostatn pr toky vzduchu (flow network) a energetické toky p edávané v systému (plant network). Ob tyto sít byly ešeny paraleln spolu s budovou.

t

Venkovní vzduch

potrubí bypassu 6

potrubí ZZT 6 t

ventilátor

bypass 3

Ventilátor

Regulace prutoku on/off casový plán

ZZT 3 prutok

Regulace pr toku on/off

prutok casový plán

node 1 Zp tné získávání tepla 12

sm š. box 1

chlad

Regulace teploty PID

Chladi 4

t

Potrubí 6

Z Ó N A

Potrubí odvodu 6

Obr. 9.14: Schéma modelu systému v traní a klimatizace s ozna ením komponent programu ESP-r Venkovní vzduch je p ivád n p es komponentu potrubí (izolované ocelové potrubí délky 10 m) do komponenty vým ník zp tného získávání tepla (plocha vým níku je 40 m2 a byla nastavena tak, aby ú innost vým níku odpovídala hodnot udávané výrobcem). Dále je osazen chladi (je použit model p edpokládající p ímé p edávání chladicího výkonu do vzduchu) a ventilátor s prom nným pr tokem vzduchu (v základním provozu dv hodnoty 0,6 nebo 1,2 m3/h - podle asového programu). Chladi je ovládán PID regulací dle teploty vzduchu v zón . Další regulace ovládá obtok (bypass) zp tného získávání tepla. Vzhledem k omezeným možnostem programování systém v programu ESP-r, bylo zprovozn ní modelu nesmírn

asov

náro né a bylo provád no p ímo na pracovišti ESRU

Strathclyde University. Po íta ové simulace budovy byly provád ny s krokem 10 minut a simulace klimatiza ního systému s krokem jedna minuta. Model budovy se systémem v trání a klimatizace byl op t kalibrován podle nam ených dat referen ního týdne. Základním parametrem kalibrace bylo jak nastavení regulace teploty, tak modifikace systému. V modelu systému byly krom jiného upraveny okrajové podmínky na vstupním potrubí tak, aby byla zohledn na vyšší teplota nasávaného venkovního vzduchu v blízkosti budovy oproti referen ní teplot na meteorologické stanici. Výsledný pr b h teplot a chladicích výkon

je

znázorn n na obrázku 9.15. Z obrázku je patrná velmi dobrá shoda jak chladicích výkon , tak vnit ních teplot vzduchu po v tšinu referen ního období. Vzhledem k chybám m ení a nutnému mírnému zjednodušení modelu lze íci, že výsledný model reprezentuje chování budovy a jejího klimatiza ního systému.

Miloš Lain 2007

118


30


Vnt ní teplota vzduchu (m .)


Chladicí výkon (m .)


18

111%

26

16

24

14

22

12

20

10

18

8

16

6

14

4

12

2

10 5-IX.

6-IX.

7-IX.

8-IX.

9-IX.

10-IX.



28

20

0 12-IX.

11-IX.

Obr. 9.15: Pr b hy teplot vzduchu a chladicích výkon b hem referen ního období pro výsledný kalibrovaný model budovy a systému Venkovní teplota vzduchu (sim.)

Hmotnostní pr tok vzduchu Cool

Hmotnostní pr tok vzduchu fan_R

|

Hmotnostní pr tok vzduchu fan_B

VZT celkový pr tok vzduchu

30

| | 1.4

29 1.2

Pr tok vzduchu [kg/s]

28 1

27 26

0.8

25 0.6

24 23

0.4

22 0.2

21 20

13-IX.

12-IX.

11-IX.

10-IX.

9-IX.

8-IX.

7-IX.

6-IX.

5-IX.

4-IX.

3-IX.

0

Obr. 9.16: Pr b hy pr tok vzduchu b hem referen ního období pro výsledný kalibrovaný model budovy a systému - porovnání p edpoklad z m ení a výsledk simulace

Miloš Lain 2007

119


9.4.4


Simulace chování budovy a systému v trání a klimatizace

Dalším krokem bylo použití kalibrovaného modelu budovy a systému pro optimalizaci provozu. Pro optimalizaci provozu bylo použito letní období (kv ten až zá í) s využitím typických referen ních klimatických dat (TRY). P i optimalizaci je hledán takový provoz systému v trání a klimatizace, který zajistí tepelnou pohodu pracovník p i minimální spot eb energie. Bylo vypracováno a následn porovnáváno základních jedenáct variant provozu systému. Varianty 0 až 5 se liší pr toky vzduchu v denních a no ních hodinách. Ve variantách 6 až 10 je pak postupn omezován chladicí výkon chladi e. Extrémem je varianta 10, kdy je maximální výkon chladi e nulový, budova je provozována pouze v režimu no ního chlazení. V rámci optimalizace jsou používány 3 varianty pr toku vzduchu (vychází ze skute nosti, že v trání objektu zajiš ují dv klimatiza ní jednotky a každá má dva základní provozní stavy). Maximální pr tok obou jednotek odpovídající jednomu patru je 1,49 m3/s, minimální pr tok odpovídá 0,62 m3/s a provozu jedné jednotky na max. pr tok a druhé na min. pr tok odpovídá 1,06 m3/s. Po átek denního provozu byl ve v tšin variant volen v 5:00 hod., jen ve variant

3 za ínal denní

provoz až v 8:00 hod. Konec denního provozu je v prvních t ech variantách ve 22:00 hod. a v ostatních variantách je uvažován ve 20:00 hod. Krom denní a no ní doby provozu je volen rozdílný pr tok vzduchu v dob energetických špi ek, tj. v dob , kdy je venkovní teplota vzduchu vyšší než teplota požadovaná v klimatizovaném prostoru. Citelný výkon chladi e byl v prvních variantách cca 20 kW a pro varianty 6 až 8 byl postupn omezován na 15, 10 a 5 kW. Vzhledem k výraznému zvýšení vnit ních teplot pro variantu s chladicím výkonem max. 5 kW byla dopln na varianta s chladicím výkonem omezeným na 7 kW. Základními výsledky simulací jsou pro každou variantu pr b hy

4500

2

ventilátor pro jednotlivé pr toky vzduchu.

y = 231.75x + 4000 1088.3x + 1082.7 2 R = 0.9888

Tyto hodnoty jsou dále p evedeny na spot ebu el.

3500

citelných chladicích výkon (jak chladi e, tak v trání),

energie. Spot eba el. energie na strojní chlazení je provedena

integrací

citelných

chladících

výkon

zvýšených o 20% na latentní teplo odvedené díky

P íkon [W]

vnit ních teplot vzduchu a po ty hodin provozu

3000 2500

kondenzaci vlhkosti na chladi i a vyd lených chladicím faktorem

3.

Spot eba

el.

energie

2000

ventilátor

klimatiza ních jednotek vychází z podklad výrobce a projektu rozvod

vzduchu. Tlaková ztráta rozvod

a

1500 0.5

1

1.5

2

klimatiza ní jednotky je p i plném pr toku 950 Pa. Pro 5

Pr tok vzduchu [kg/s]

hodnot pr tok vzduchu a jim odpovídajícím tlakovým

Obr.9.17: Závislost p íkonu ventilátoru na pr toku vzduchu

ztrátám

byla

vyhodnocena

závislost

el.

p íkonu

ventilátoru na pr toku vzduchu vztažená na jedno podlaží. Proložená závislost je polynom druhého Miloš Lain 2007

120



ádu. Tímto polynomem byly p epo teny hodnoty pr toku vzduchu ventilátorem na el. p íkon a integrovány p es letní období. Samostatnou variantou je varianta ozna ená FC. Tato varianta slouží pro porovnání stávajícího vzduchového systému s fiktivním systémem ventilátorových konvektor (Fan-Coil), který se b žn používá pro administrativní budovy. Vzduchotechnický systém zajiš uje pouze p ívod hygienického minima vzduchu (50 m3/h na osobu, tj. celkem 0,72 m3/s) v dob od 7:00 do 21:00. P edpokládá se ponechání stávajícího systému v trání a klimatizace. Ten m že zajistit p i sníženém pr toku citelný chladicí výkon max. 8,7 kW a zbylých max. 18,8 kW bude odvedeno osmi ventilátorovými konvektory (zvolen typ HFC 5). Požadovaná teplota byla nastavena na 24,5 °C. Spot eba el. energie pro výrobu chladu je podob jako u vzduchového systému vypo tena za p edpokladu 20% podílu vázaného tepla a chladicího faktoru 2,5. Spot eba el. energie na pohon ventilátor

se skládá

ze spot eby centrální jednotky pro p ívod erstvého vzduchu (v provozu jen v pracovní hodiny) a ze spot eby ventilátor cirkula ních jednotek 914 W. Tyto hodnoty jsou integrovány pro celé simulované období. Výsledky všech variant jsou znázorn ny v tabulce 9.6 a v grafu na obrázku 9.18. Vzhledem k tomu, že

ást variant byla ešena s omezeným chladicím výkonem, jsou výsledky

dopln ny i o etnosti výskytu teplot vzduchu (obr.9.19).

Chlazení

14 000

Ventilátor

Spot eba el. energie [kWh]

12 000

10 000

8 000

6 000

4 000

2 000

0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 FC

Varianta

Obr.9.18: Porovnání spot eby el. energie jednotlivých variant provozu Miloš Lain 2007

121



Tabulka 9.6: Porovnání jednotlivých variant provozu Varianta provozu Za átek denního provozu Konec denního provozu Pr tok vzduchu den Pr tok vzduchu noc Pr tok vzduchu ve špi kách Max. výkon chlazení

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

FC

h.

5

5

5

8

5

5

5

5

5

5

5

7

hod.

22

22

22

20

20

20

20

20

20

20

20

21

m /s

3

1.06

1.49

1.49

1.49

1.49

1.49

1.49

1.49

1.49

1.06

1.06

0.72

m /s

3

0.62

0.62

0.62

0.62

0.62

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

0

m /s

3

1.06

1.49

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

1.06

0

kW

ne

ne

ne

ne

ne

ne

15

10

5

7

0

ne

Výsledky Celková spot eba chladu Pr m rná teplota vzduchu Pr m. teplota vzduchu (*) Max. teplota vzduchu (*) Min. teplota vzduchu (*) Spot eba chladu chladi e Maximální výkon chladi e Pr m. teplota p iv.vzduchu(*) Po et hodin provozu chladi e

kWh

19 490 20 204 19 531 19 283 19 479 19 906 19 844 19 699 19 447 19 554 18 691 12 844

°C

23.1

22.5

23.0

23.2

23.1

22.7

22.7

22.8

23.1

22.9

23.8

23.7

°C

23.5

22.9

23.5

23.7

23.5

23.2

23.3

23.4

23.7

23.6

24.5

24.0

°C

26.3

25.8

25.8

25.9

25.8

25.8

26.1

26.9

28.9

28.0

31.7

24.5

°C

18.6

17.0

18.6

19.4

18.7

17.8

17.8

18.3

18.3

18.3

18.3

18.6

kWh

8 079

6 274

8 050

9 062

8 224

6 695

6 412

5 789

4 333

5 124

0

12 843

kW

19.6

19.6

19.8

19.8

19.8

19.6

14.9

10.1

5.2

7.0

0.0

27.4

°C

17.3

18.6

18.1

17.8

18.1

18.5

18.6

19.0

19.8

19.1

21.3

hour

972

734

932

1 055

958

819

861

967

1 172

1 075

118

1 528

8 914 10 620 9 207

8 743

9 115

9 842

9 842

9 841

9 839

9 549

9 546

5 034

3 232

3 625

3 290

2 678

2 565

2 315

1 733

2 050

6

5 137

Spot eba el. kWh ventilátor Spot eba el. kWh chlazení Celková spot eba kWh el. Spot eba el. chlazení Celková spot eba el.

2 510

3 220

12 145 13 130 12 427 12 368 12 405 12 520 12 407 12 157 11 573 11 598 9 552 10 171 129%

100%

128%

144%

131%

107%

102%

92%

69%

82%

82%

205%

93%

100%

95%

94%

94%

95%

94%

93%

88%

88%

73%

77%

etnosti teplot (*) mén n ž 20

h

0

11

0

0

0

3

3

3

3

3

3

od 20 do 22

h

66

173

66

27

60

117

115

115

111

113

85

od 22 do 24

h

390

459

396

355

387

432

423

385

345

356

277

od 24 do 26

h

793

611

792

872

807

702

710

717

600

665

390

od 26 do 28

h

5

0

0

0

0

0

3

34

184

117

330

více než 28

h

0

0

0

0

0

0

0

0

11

0

169

(*) vztaženo na pracovní dny a hodiny

Miloš Lain 2007

122



100%

Kumulativní etnost teplot nižších než

90% 80%

Varianta 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

Teplopta vzduchu [°C]

Obr.9.19: Kumulativní etnosti vnit ních teplot vzduchu pro jednotlivé varianty 9.4.5

Záv r detailních simulací

Z prezentovaných výsledk detailní po íta ové simulace je patrné, že r zné režimy provozu výrazn neovliv ují celkovou spot ebu elektrické energie. Varanty 0, 2, 3, 4, 5 mají tém

shodnou celkovou

2

spot ebu el. energie (21 kWh/m ), i když se liší podíl spot eby na chlazení a na pohon ventilátor . Mírn vyšší spot ebu má varianta 1 s vysokými pr toky vzduchu. K poklesu spot eby el. energie dochází až p i omezování chladicího výkonu. Za optimální lze považovat variantu 9, kde byl citelný chladicí výkon omezen na 7 kW (11,7 W/m2) a teploty vzduchu nep ekro í 28 °C. Z výsledk je z ejmé, že systém „Top-cooling“ kombinující denní i no ní v trání, vysokou tepelnou hmotu budovy a strojní chlazení je t eba provozovat v režimu s omezenou kapacitou chlazení, kdy dochází ke kolísání vnit ních teplot. Detailní simulace potvrdily i pot ebu strojního chlazení. P i režimu bez chlazení dochází k p ekro ení teplot odpovídajících tepelné pohod i p i použití adaptivního modelu tepelné pohody pro neklimatizované budovy. To je zp sobeno áste n i relativn malým pr tokem v tracího vzduchu, pro no ní v trání se doporu ují intenzity dvojnásobné. P i porovnání spot eb el. energie s alternativním ešením ventilátorovými konvektory se ukazuje, že vzduchový systém má ve všech provozech s chlazením vyšší spot ebu elektrické energie, a to i když instalovaný chladicí výkon je výrazn

nižší. To je zp sobeno vysokou spot ebou el. energie

ventilátor . Tento problém je b žný (viz kapitola 5), pro systémy no ního v trání by m ly být tlakové ztráty rozvodu vzduchu malé.

Miloš Lain 2007

123



9.5 Záv r Tato p ípadová studie prokázala možnosti detailního

ešení systému v trání a klimatizace

administrativní budovy metodou po íta ové simulace. Kalibrovaný model ásti budovy a systému v trání a klimatizace byl použit pro optimalizaci provozu i hledání obecných záv r . Pro hybridní systémy kombinující pasivní prvky (stín ní, vysoká tepelná hmota budovy, no ní v trání) a klimatiza ní systém (nucené v trání, strojní chlazení) je d ležité správn dimenzovat kapacitu zdroje chladu. Taková budova by m la být provozována v režimu, kdy dochází ke zm nám vnit ní teploty dle venkovní teploty. Spot eba el. energie ventilátor p edstavuje zna ný podíl celkové spot eby el. energie na chlazení, a proto je d ležité navrhovat vzduchotechnickou sí a klimatiza ní jednotky s nízkou tlakovou ztrátou. Vhodné je použití p irozeného v trání nebo kombinovaného nuceného a p irozeného v trání.

Miloš Lain 2007

124



10 Rozsáhlá administrativní budova - SOB Group V této p ípadové studii jsou prezentovány jak po íta ové simulace použité p i návrhu a optimalizaci systému v trání a klimatizace velmi rozsáhlé administrativní budovy v Praze, tak uvád ní tohoto systému do provozu a provád né rozsáhlé monitorování. Budova má kvalitní vn jší stín ní, neizolované betonové stropy a rozsáhlý vzduchový systém, který umož uje i no ní v trání.

10.1 Popis budovy Úst edí SOB Group v Praze 5 je architektonicky i funk n unikátní budovou. Stavba má p dorys 220 x 75 m. Jedná se o jeden z nejv tších dosavadních developerských projekt v historii eské republiky. Výstavba byla zahájena v roce 2005, kolaudace prob hla na ja e roku 2007. Objekt poskytuje pracovní místa pro více než 2500 zam stnanc .

Obr. 10.1: Typické podlaží : 1 - velké atrium, 2 - malé atrium, 3 - sv tlík Budova je osmipodlažní, z toho p t nadzemních a t i podzemní podlaží. Hlavní podélná osa je, co se tý e orientace na sv tové strany, vedena ve sm ru východ–západ. Objekt je umístn n ve volném prostoru. Hlavní vstup do budovy je umíst n ve východní stran p ímo u výstupu ze stanice metra Radlická. Další vchody jsou na stran západní a u vjezdu do garáží. V p vodních plánech výstavby

Miloš Lain 2007

125



byla uvažována ty i identická nadzemní podlaží. Od této myšlenky bylo upušt no a z kapacitních d vod se vystav lo patro páté s ustupujícím p dorysem. Objekt jako celek je možno za adit do kategorie st edn t žkých staveb s akumula ní schopností do nosných železobetonových konstrukcí, kterými jsou stropy, podlahy a nosné sloupy. Obvodový pláš je z p evážné ásti prosklený, dopln ný lehkými st nami. Z vn jší strany je sklen ná fasáda dopln na stavitelnými žaluziemi a d ev ným dekora ním obložením. Objekt je p dorysn rozd len na šest sekcí A až F. Má t i velké atria se zasklenou st echou, která navazují na prostory dvorany. Ze zasedacích místností a kancelá í je výhled do malých otev ených atrií, která procházejí všemi patry. Hlavním kontrastem k zvoleným materiál m st n (p evážn surový beton, p ípadn bílá omítka), sklen né fasád a šedé podlahové krytin , je velké množství zelen , sloužící v horních patrech i jako ochrana proti slune nímu zá ení. Vstupní prostory dvorany tvo í prostory reprezentativní a komunika ní, tj. recepce, jídelna, kavárna a oddychové zóny. Pracovní místa zam stnanc jsou rovnom rn rozmístn na ve velkoplošných kancelá ích. V okrajových ástech u malých a velkých atrií nalezneme menší zasedací místnosti, konferen ní místnosti a samostatné kancelá e pro vedoucí pracovníky. Zázemí zam stnanc (WC a kuchy ky, šatny, úklidové místnosti) jsou soust ed ny u výtah a prostor schodiš . Specifickou ástí budovy je 5. NP. V rámci myšlenky zelené budovy byly na st echu vysázeny terasovité venkovní zahrady s množstvím listnatých strom , které jsou p ístupné zam stnanc m. Budovu tvo í nosný železobetonový skelet a vnit ní vyzdívané st ny z tvárnic Ytong. Obvodový pláš je z v tší ásti prosklený, dopln ný lehkými st nami s otevíratelnou št rbinou. Delší fasády objektu jsou orientovány na jih a na sever. Všechny prosklené plochy orientované na jižní, východní a západní sv tovou stranu jsou proti p ímé slune ní radiaci stín né horizontálním stínicím prvkem. Prostor atrií je opat en proskleným zast ešením, které je rovn ž pln zastín no. 10.1.1 Technický popis základních ástí VZT systému P i koncepci systému v trání a klimatizace bylo dodrženo rozd lení budovy do šesti sekcí A až F. Toto d lení do jednotlivých sekcí je nikoliv podle podlaží, ale podle p dorysných celk . V jednotlivých sekcích zajiš uje distribuci upraveného vzduchu jak systém s prom nným pr tokem vzduchu (VAV boxy) pro vnit ní zasedací místnosti a velkoplošné kancelá e, tak systém s konstantním pr tokem vzduchu (VAC boxy) propojeným s cirkula ními konvektorovými jednotkami (dále jen FCU) u obvodové fasády. FCU pracují s cirkula ním vzduchem s ty trubkovým zapojením, které umož uje jak chlazení, tak i vytáp ní (obr.10.2). Veškerý potrubní systém je umíst n v podlaze, stejn jako koncové prvky (podlahové vy st VAV systému i podlahové konvektorové jednotky (FC)). Koncové prvky mají možnost t ístup ové regulace, FCU zm nou otá ek, VAV boxy stupn m pootev ení regula ní klapky. Regulace umož uje v p ípad individuální pot eby možnost vypnutí FCU nebo VAV boxu, p i emž však z stává zaru en p ívod minimální hygienické dávky

erstvého

vzduchu na osobu. Na st eše každé sekce je umíst na dvojice klimatiza ních jednotek (dále VZT) pro

Miloš Lain 2007

126



p ívod a odtah vzduchu. Tyto jednotky zajiš ují p ívod tepeln upraveného vzduchu pro celou sekci (velkoplošné kancelá e, zasedací místnosti, konferen ní místnosti i zázemí). P ívodní i odtahové ventilátory jednotek jsou opat eny frekven ními m ni i otá ek. Odtah odpadního vzduchu je ešen z ásti p es zázemí pracoviš (WC, kuchy ky, sklady a pracovišt IT) jednou jednotkou, v tšina vzduchu je však odsávána p es malá a velká atria (Ivanová 2007). Celkem m že být do každé sekce p ivedeno až 12 m3/s vzduchu. Pro 6 sekcí to dohromady p edstavuje 72 m3/s, což odpovídá intenzit v trání 1,65 1/h. Maximální pr tok odpovídá dvojnásobku hygienického minima (50 m3/h na osobu).

Obr. 10.2: Schéma systém klimatizace budovy – jedna sekce (A)

Miloš Lain 2007

127



10.2 Po íta ové simulace V rámci projektu

SOB kladl odborný konzultant již od za átku velký d raz na nízkoenergetickou

koncepci budovy. Vzhledem k tomu, že konzultantem byla pro všechny stupn

ešení jedna osoba,

poda ilo se tyto zásady dodržet. Základním nástrojem pro hledání optimálních ešení jsou po íta ové simulace a studie. Pro objekt

SOB byly pro návrh energetické koncepce budovy a optimalizaci jednotlivých prvk

zpracovány celkem ty i studie. První, velmi rozsáhlá studie „Environmental Strategy AssessmentCSOB Headquarters, Prague“ byla zpracována v roce 2004 firmou Buro Happold. Tato komplexní studie nastavila základní parametry budovy a koncepce systém s ohledem na energetické bilance, osv tlení, akustiku a proud ní (McLaughlin 2004). V dalším stupni byly následn vypracovány t i energetické po íta ové simulace zam ené na optimalizaci zdroje chladu, ov ení koncových prvk klimatizace a optimalizaci zasklení st ech atrií. 10.2.1 Energetická simulace celé budovy Model celé budovy pro energetické bilance byl výrazn zjednodušen (Lain 2005). Model je vytvo en pouze pro nadzemní podlaží a atria. Ve studii je použito celkem 12 typ dvojskel a 1 jednoduché sklo. Z hlediska tepelných a radia ních vlastností se jedná o 10 typ zasklení. Pro tato zasklení byl ze zadaných propustností, odrazivostí a pohltivostí p i kolmém dopadu slune ní radiace stanoven pr b h t chto vlastností v závislosti na úhlu dopadu slune ní radiace. Simula ní model uvažuje použití stínících prvk

na všech fasádách, krom severní fasády a st ech atrií. Tyto stínicí prvky byly

navrženy tak, aby v letním období nebyly fasády vystaveny p ímé slune ní radiaci. Hodnoty vnit ních tepelných zát ží vycházely z podklad projektanta a investora, p i emž max. zát ž pro velkoplošné kancelá e odpovídá 49 W/m2

(vztaženo

kancelá í). Toto

na

plochy

íslo je pom rn

velké, což je zp sobeno p edevším uvažováním s tepelným uvažovanou

výkonných výkonem

po íta 210 W

rezervou).

(s

Vnit ní

tepelná zát ž vztažená na celkovou plochu podlah jednotlivých podlaží byla potom 35 až 39 W/m2. Denní profil

je

pom rn

vyrovnaný,

s maximální zát ží od 8:00 do 18:00 a mírným raním náb hem, poledním útlumem a ve erním dob hem.

Miloš Lain 2007

Obr. 10.3: Zjednodušený model budovy pro energetické simulace

128



Vzhledem k tomu, že hlavní d raz byl kladen na celkovou energetickou bilanci budovy, byla simulace provedena pro celou budovu rozd lenou na zóny podle podlaží. V 1.PP – 2.PP byly do simulace zahrnuty pouze ásti propojené s atrii. 5.NP bylo vzhledem ke geometrii modelu rozd leno na dv zóny. Prostor budovy byl tedy rozd len celkem na 7 zón. Model budovy byl z d vod technických možností programu zjednodušen (obr. 10.3). Vlastní tvar zón se tudíž pln neshoduje s tvarem budovy, ale všechny základní fyzikální charakteristiky (p dorysná plocha, plochy jednotlivých fasád a jejich objem) z stávají zachovány. Tato metodika umož uje modelov

ešit daný úkol p i

zachování energetických bilancí. Pro v trání objektu se p edpokládá p ívod erstvého venkovního vzduchu jehož pr tok odpovídá hygienickým požadavk m. Do atria je krom toho p ivád n i vzduch ze sousedních zón. V modelu je zahrnut p ívod erstvého vzduchu do jednotlivých zón a p ívod vzduchu do atria ze všech zón. Tato koncepce modelu zahrnuje tudíž energie pot ebné na tepelnou úpravu p ivád ného erstvého vzduchu. Ve výsledcích není zahrnuto latentní teplo vzniklé kondenzací na reálném chladi i, ani tepelné zisky ventilátor a ztráty potrubních rozvod . V trání v základní variant se p edpokládá pouze v dob užívání kancelá í. Energetické simulace budovy byly provedeny v programu ESP-r pro 8 variant provozu a typický klimatický rok pro Prahu (TRY). Uvažováno bylo letní období od 1.5. do 31.9. Výsledky jsou shrnuty v tabulkách 10.1, 10.2 a v grafu na obrázku 10.5. Ukázka pr b hu teplot pro vybrané varianty je demonstrována na obrázku 10.4. Tab. 10.1: Varianty ešení a výsledky po íta ových simulací. Teplota mimo v prac. prac. dob dobu

Chlazení Víkend

No ní v trání

Omezení chladicíh o výkonu

Max. citelný Spot eba chladu chladicí výkon pro léto pro celou budovu kW

MWh

Var.

Ozna ení

1

Stále 24

24

24

NE

NE

NE

2 851

100% 1 599

100%

2

Stále 26

26

26

NE

NE

NE

2 543

89%

1 181

74%

3

Prac 24

24

NE

NE

NE

NE

2 964

104%

1 542

96%

4

Predch 22

22,24

22

NE

NE

NE

2 686

94%

1 676

105%

5

Postup 26

22-26

22,24

NE

NE

NE

2 666

94%

1 518

95%

6

Omez 24 Nocni + Omez Nocni +24

24

24

NE

NE

80%

2 319

81%

1 592

100%

24

24

NE

ANO

80%

2 317

81%

1 222

76%

24

24

NE

ANO

NE

2 774

97%

1 228

77%

7 8

Tab. 10.2: Max. teploty vzduchu v jednotlivých podlažích pro varianty s omezeným chlazením Var. Ozna ení

Atrium

1NP

2NP

3NP

4NP

5NP

6

Omez 24

25.8

26.2

26.0

25.9

26.1

24.0

7

Nocni+Omez

25.5

25.9

25.6

25.5

25.9

24.0

Miloš Lain 2007

129



VARIANTA 1 – Stále 24 Tato varianta s nastavenou teplotou vzduchu na 24 °C po celých 24 hodin v pracovní dny byla zvolena jako varianta základní. Jak je patrné z tab. 10.1., maximální pot ebný citelný chladicí výkon je 2850 kW a spot eba chladu 1599 MWh. Teplota v jednotlivých kancelá ských podlažích z stává na konstantní hodnot , pouze v atriu a v 5.NP. v noci poklesne. Tomu odpovídá i pot eba chlazení ve v tšin pater 24 h denn . Lze p edpokládat, že akumula ní schopnost st n se projevuje pohlcováním sálavé složky tepelných zisk b hem dne a jejich uvol ováním konvekcí v noci. Teploty b hem soboty a ned le z stávají ve v tšin podlaží do 30 °C, pouze v „lehkém“ 5.NP rostou až ke 40 °C. To odpovídá p edpokládané reakci pom rn masivní budovy s dobrým stín ním do 4.NP oproti stavu v 5.NP bez pot ebné akumula ní hmoty. Tepelné zisky jsou v jednotlivých podlažích tém

shodné,

mírn se zvyšují v posledním 4. NP. VARIANTA 2 – Stále 26 Tato varianta s nastavenou teplotou vzduchu na 26 °C po celých 24 hodin v pracovní dny je velmi podobná p edchozí variant , jen hodnoty chladicích výkon jsou nižší. VARIANTA 3 – Prac 24 Tato varianta odpovídá režimu chlazení pouze v pracovní dob . Tento režim je asto volen v klimatizovaných prostorách. Porovnání variant však ukazuje, že takový provoz klimatizace v budov s nezanedbatelnou hmotou pro tepelnou akumulaci, má nejvyšší požadavky na výkon zdroje chladu. A spot eba chladu je pouze o 4 % nižší, než p i nep etržitém chlazení. Tento režim nelze pro daný objekt v žádném p ípad doporu it. VARIANTA 4 – Predch 24 Tato varianta s nastavenou teplotou vzduchu 24 °C v dob od 9:00 do 21:00 a p edchlazením na 22 °C po zbytek dne a noci p edstavuje ur ité jednoduché p edchlazení. Výsledný max. pot ebný chladicí výkon se opravdu díky akumulaci budovy snížil o 6 %, ale spot eba chladu je nejvyšší ze všech srovnávaných variant. VARIANTA 5 – Postup 26 Tato varianta navazuje na p edchozí s tím rozdílem, že byl nastaven postupný nár st požadované teploty vzduchu z 22 °C na 24 °C a 26 °C. Toto asové rozložení bylo voleno s ohledem na snížení max. pot ebných chladicích výkon . Výsledný maximální pot ebný citelný chladicí výkon je mírn nižší, než v p edchozí variant . Použitá metoda postupných krok s ideální regulací teploty však pln neodpovídá realit klimatiza ního systému, proto bylo p istoupeno k variant 6. VARIANTA 6 – Omez 24 Koncepce této varianty je v zásad odlišná od variant p edchozích. Teplota vzduchu byla, stejn jako ve variant 1 nastavena v pracovní dob na 24 °C po celých 24 hodin, ale chladicí výkon ve všech podlažích krom atria byl omezen na 80 % výkonu vypo teného ve variant 1.

Miloš Lain 2007

130



Tato koncepce lépe reprezentuje skute nost, kdy je výkon zdroje chladu nižší, než pot ebný výkon, p i emž teplota vzduchu p i extrémních zát žích roste. Akumulace tepla (chladu) budovou zp sobuje pozvolný r st teploty. Výsledky této varianty ukazují, že p i takto omezeném chladicím výkonu je max. zvýšení teploty vzduchu v prostoru cca 2 K a teploty vzduchu se ve špi kách pohybují kolem 26 °C. Maximální pot ebný citelný chladicí výkon je velmi nízký a spot eba chladu je tém

shodná se

základní variantou. 1NP t

2NP t

3NP t

4NP t

5NP t

Atrium t

Venkovní

34


32 30 28 26 24 22 20 12.7

13.7

14.7

15.7

16.7

17.7

18.7

19.7

Den

1NP t

2NP t

3NP t

4NP t

5NP t

Atrium t

Venkovní

34


32 30 28 26 24 22 20 12.7

13.7

14.7

15.7

16.7

17.7

18.7

19.7

Den

Obr.10.4: Pr b h teplot vzduchu v jednotlivých podlažích pro variantu 6 (naho e) a 7.

Miloš Lain 2007

131



VARIANTA 7 – Noc+Omez Varianta 7 i 8 je dopln na o v trání budovy v no ních hodinách pracovních dn stejným pr tokem venkovního vzduchu jako je používáno pro v trání b hem dne. Varianta 7 je v ostatních ohledech shodná s p edchozí variantou 6. Ukazuje se, že no ní v trání výrazn zlepší provoz budovy. Teploty vnit ního vzduchu v no ních hodinách poklesnou i v letních extrémech pod 22 °C. Sníží se tak i max. teploty b hem dne, které se ve špi kách pohybují do 26 °C (viz tab. 10.2 a obr.10.4). Maximální pot ebný citelný chladicí výklon je nepatrn nižší než v p edchozí variant , ale spot eba chladu se snížila výrazn . Tato varianta je vyhodnocena jako nejlepší z hlediska pot ebného zdroje chladu i spot eby chladu. Ale jak ukazuje ada studií, el. energie spot ebovaná na provoz ventilátor bývá v tší, než úspory el. energie na provozu zdroje chladu. VARIANTA 8 – Noc+24 Tato varianta p edstavuje kombinaci no ního v trání se základní variantou chlazení na 24 °C. No ní v trání i v tomto p ípad mírn snížilo maximální pot ebný citelný chladicí výklon na 2 774 kW a výrazn snížilo spot ebu chladu na 1 228 MWh. Po íta ová simulace energetické bilance celé budovy prokázala, že p i vhodném zp sobu regulace lze pro budovu snížit výkon zdroje chladu cca o 20 % oproti základní variant , kterou lze považovat za odpovídající dimenzování v b žné projek ní praxi. Tím se sníží citelný výkon zdroje chladu o 532 kW. P edpokladem je nastavení regulace na teplotu vzduchu 24 °C. V p ípad špi kových zát ží vzroste díky akumula ní schopnosti objektu teplota vzduchu o max. 2 K, p i emž teplota 26 °C nebude p ekro ena. Na základ

srovnání výsledk

jednotlivých variant simulace (obr. 10.5) je

doporu eno budovu provozovat v režimu odpovídajícímu variant 6 nebo 7 s chlazením na 24 °C a p ípadn dopln né o no ní v trání. M rná spot eba chladu vztažená na p dorysnou plochu budovy bude 29 kWh/m2 (pro variantu s no ním chlazením 23 kWh/m2) a m rný výkon 43 W/m2. Max. chladicí výkonPorovnání ([kW] variant

Spot eba chladu [MWh]

Citelný chladicí výkon budovy [kW], Spot eba chaldu [MWh]

3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 1

2

3

4

5

6

7

8

Obr.10.5: Porovnání jednotlivých variant

Miloš Lain 2007

132



10.2.2 Energetická simulace vybraných kancelá í V této etap

byly ov eny pot ebné

chladicí výkony koncových prvk

ve

vybraných kancelá ích. Simulace byla provedena pro t i vybrané maloplošné kancelá e. Dv kancelá e jsou typické s fasádou orientovanou na jih a jedna je atypická se t emi prosklenými fasádami (jih, východ a západ) viz obr. 10.6. Po íta ové simulace byly provedeny pro vybrané varianty a na rozdíl od Obr. 10.6: Model vybraných kancelá í p edchozí etapy, bylo ešení zpracováno jak pro typické, tak pro extrémní klima (léto 2003). Z výsledk prezentovaných v tabulce 10.3 je patrné, že m rné citelné chladicí výkony i spot eby chladu jsou výrazn vyšší, než pr m rné hodnoty celých pater z p edešlé simulace (kap. 10.2.1). To je zp sobeno jak vybranou polohou kancelá í, tak vyšší tepelnou zát ží na plochu (nejsou zahrnuty plochy chodby, WC apod.). Tab. 10.3: Varianty ešení a výsledky po íta ových simulací. Max. chladicí výkon [W/m2]

Ro ní spot eba chladu [kWh/m2]

Varianta

Klima

Typ. 3.NP.

Typ. 4.NP.

Atyp. 4.NP.

Typ. 3.NP.

Typ. 4.NP.

Atyp. 4.NP.

1 2 6 7 1 2 6 7

TRY TRY TRY TRY 2003 2003 2003 2003

127 118 78 78 143 136 87 87

129 119 78 78 142 135 87 87

128 115 95 95 161 150 117 117

64 50 63 50 98 84 97 88

58 43 57 50 96 80 95 89

50 34 49 42 94 72 93 83

Miloš Lain 2007

133



10.2.3 Optimalizace zasklení atrií T etí po íta ová simulace energetických bilancí se soust edila na optimalizaci zasklení st ech atrií. Koncepce stín ní vn jšími pohyblivými lamelami navržená v projektu na základ energetické studie (McLaughlin 2004), je z hlediska tepelných zisk i osv tlení ideální, ale její praktická realizace je velmi obtížná. Dlouhé pohyblivé lamely jsou díky prom nlivým klimatickým podmínkám velmi zatíženy, z ehož vyplývá vysoká pravd podobnost poruchy. Vzhledem k velikosti st ech musí být konstrukce lamel velmi masivní a i p i otev eném stavu zastíní zna nou ást st echy. Proto bylo hledáno jiné vhodné ešení. Jako vhodná varianta se jeví použití pevných lamel pro

ást st echy a selektivního zasklení

s vysokou propustností slune ního zá ení a nízkou propustností zá ení tepelného (viz. kap. 2.3.6), p ípadn instalace vnit ní rolety. Po íta ová simulace porovnávala tepelnou pohodu v horní ásti atria pro r zné varianty ešení zasklení (Lain 2005). Energetická simulace v programu ESP-r byla provedena pro vybrané západní atrium s ástí obvodové fasády (obr.10.7). Toto atrium bylo

Obr.10.7: Model atria

rozd leno na zóny odpovídající jednotlivým podlažím. Rozd lením atria na zóny kombinované s nuceným proud ním vzduchu lze získat p edstavu o teplotách v jednotlivých podlažích. Metoda však neumož uje detailní ešení rozložení teplot v jednotlivých zónách, ani ešení rozložení teplot bez pr toku vzduchu atriem. V modelu je zahrnut p ívod erstvého vzduchu do I.NP a p ívod upraveného vzduchu z jednotlivých podlaží. P ívod

erstvého vzduchu je zajiš ován pouze v pracovní dob , ale prov trávání atria

vzduchem z kancelá í je nep etržité. ešení bylo provedeno pro dv varianty provozu (varianta 1 a 2 dle 10.2.1) a 4 zp soby zasklení viz tabulka 10.4. Tab. 10.4: Varianty zasklení atria (v závorce uvedeny hodnoty initele g). Ozna ení

Zasklení severní 1/3 st echy

Zaklení 2/3 plochy st echy

S1

Planibel Energy (0,4) + rostliny

Planibel Top (0,56) + vn jší žaluzie

S2

Planibel Energy (0,4) + rostliny

Planibel Energy (0,4)

S3

Planibel Energy (0,4) + roleta

Planibel Energy (0,4) + vnit ní roleta

S4

Stopray Safir (0,32)

Stopray Safir (0,32)

Miloš Lain 2007

134



Základním kriteriem pro hodnocení variant efektivnosti zasklení jsou parametry prost edí ve 4.NP a 5.NP, kde jsou atriem vedeny chodby. Výsledky po íta ových simulací ukázaly, že díky vysokým pr tok m vzduchu atriem (p es atria je odvád na v tšina v tracího vzduchu p ivád ného do budovy) jsou pro všechny varianty teploty vzduchu ve 4. a 5.NP vyhovující. Pro všechny varianty bez vn jšího

Teplota v V.NP. atria - varianta V1_S4 40

St ední radia ní teplota

Teplota vzduchu

Venkovní vzduch

38 36 34 32

Teplota [°C]

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 12.7 13.7 14.7 15.7 16.7 17.7 18.7 19.7 20.7 21.7 22.7 23.7 24.7 25.7 26.7

Den

Obr.10.8: Teploty v 5.NP atria pro výslednou variantu V1 S4 stín ní dochází k intenzivnímu sálání od st echy i vnit ních stínících prvk . St ední radia ní teplota je výrazn vyšší než teplota vzduchu. Díky tomu nejsou parametry tepelné pohody p íliš p íznivé. V tabulce 10.5 jsou uvedeny etnosti ukazatele PMV pro jednotlivé varianty. Vzhledem k tomu, že chodba není trvalým pracovišt m, jsou voleny vyšší hodnoty PMV. Tab. 10.5: Po ty hodin pracovní doby s výskytem ukazatele PMV pro jednotlivé varianty Varianta PMV V1_S1 V1_S2 V1_S3 V1_S4 V2_S1 V2_S2 V2_S3 V2_S4 Tepelný komfort mírn chladno Tepelný komfort neutráln Tepelný komfort mírn teplo Teplo Tepelný diskomfort -horko

Miloš Lain 2007

-1

87

78

84

82

12

8

7

9

0

1134

862

844

931

708

587

572

649

1

407

463

442

470

875

672

636

684

2

0

221

244

145

33

304

305

270

0

4

14

0

0

57

108

16

135



Výsledky simulace ukazují, že p vodní varianta stín ní jedné t etiny st echy vn jší žaluzií jako jediná zajistí podmínky tepelné pohody na chodbách v 5.NP atria, a to jak p i provozování budovy s teplotou 24 °C, tak s teplotou 26 °C. P i odstran ní vn jších žaluzií se zvýší teploty vzduchu a sou asn se výrazn zvýší i st ední radia ní teploty v 5.NP atria. Použití selektivního skla podle varianty S4 lze hodnotit jako vyhovující v p ípad , že bude omezeno sálání st echy atria na chodbu nap íklad stínícími prvky. Toto ešení bylo následn využito p i realizaci. St echa Stín ní kancelá í a komunikace Kancelá e 5.NP Velkoplošné kancelá e v 4.NP Chodba v 4.NP.

Obr. 10.9: Pohled pod st echu atria

Miloš Lain 2007

136



10.3 M ení a optimalizace provozu Jak již bylo n kolikrát e eno, hlavním cílem v trání a klimatizace v administrativní budov je zajišt ní teplené pohody osob. Tato rozsáhlá budova má naprosto unikátní charakter díky propojení v tšiny prostor. Pouze malá ást kancelá í a jednací místnosti jsou odd leny sklen nými p í kami. Velkoplošné kancelá e jsou otev eny do velkých i malých atrií. Z pohledu v trání a klimatizace jsou velkou výhodou velmi vyrovnané parametry prost edí v celém objektu, nevýhodou pak obtížné individuální nastavení parametr prost edí jednotlivých osob. P i uvád ní do provozu a zkušebním provozu (léto 2007) se ukázalo, že hlavním problémem je optimalizace teplot vzduchu a pocit pr vanu. V této kapitole bude stru n prezentováno m ení, monitorování a optimalizace p i uvád ní budovy do provozu. Uvád ní budovy a systému v trání, vytáp ní a klimatizace do provozu by m lo sestávat ze dvou základních krok . Prvním krokem je p ebírání budovy a systému investorem, zprovozn ní systému a ov ení jeho funkcí. To probíhá áste n b hem realizace stavby, áste n p ed a p i kolaudaci, p ípadn formou reklamací v dob záruky. Sou ástí prvního kroku jsou i povinné revize a testy stejn jako kontrola a regulování základních parametr (pr tok vzduchu apod.). Cílem je p edat investorovi pln funk ní budovu a systém, které odpovídají projektové dokumentaci. Druhým krokem by m l být zkušební provoz budovy a systému. B hem zkušebního provozu by m ly být odhaleny skryté vady a nedostatky zp sobené jak chybami p i realizaci díla, tak nedostatky projektu. Dále by m la být b hem zkušebního provozu provedena optimalizace nastavených parametr za ízení v etn

provozních režim s cílem zajišt ní tepelné pohody osob v budov p i minimálních

provozních nákladech. Zkušební provoz by m l probíhat po dobu minimáln

jednoho roku

(optimalizace a ov ení provozu pro r zné klimatické podmínky) a m l by být ízen skupinou odborník schopných optimalizace provozu. Pro systémy navržené jako nízkoenergetické je zkušební provoz naprosto nezbytný. Pro budovu prezentovanou v této studii jsem m l v rámci diserta ní práce možnost zú astnit se zkušebního provozu ízeného Ing. Žemli kou a podílet se na optimalizaci provozu jak jako odborný konzultant, tak i provád ným m ením a výpo ty. 10.3.1 Optimalizace teploty vzduchu Budova

SOB p edstavuje velmi rozsáhlý objekt, v n mž je v tšina kancelá í, chodeb a ostatních

prostor neuzavírateln propojena. P edpokládá se rovnom rná teplota v celém objektu a možnosti individuální regulace teploty jsou tudíž velmi omezené. To klade velké nároky na optimální nastavení teploty. Teplota je ve velkoplošných kancelá ích m ena systémem MaR ve 187 místech (1- 4.NP). Ve zkušebním provozu od kv tna do íjna 2007 byly zaznamenávány hodnoty v p timinutových intervalech. Z analýzy t chto teplot vyplývá, že teploty jsou velmi vyrovnané, minimální teploty v monitorovaném období jsou blízké 22 °C a maximální 26 °C ve v tšin prostor, viz tab. 10.6.

Miloš Lain 2007

137



(Ivanová 2007). Celý objekt má mírný teplotní gradient s výškou, p ibližn 0,5 K mezi 1.NP a 4.NP . Teploty v atypickém 5.NP jsou však výrazn odlišné. Tab. 10.6: Maximální a minimální teploty vzduchu za monitorované období Sekce

1.NP

A B C D E F

26,1 26,1 26,0 26,1 25,3 26,5

A B C D E F

20,7 22,1 20,9 21,7 21,6 21,5

2.NP

3.NP

4.NP

Maximální teploty vzduchu [°C] 26,1 26,6 26,2 25,9 26,0 26,5 26,2 26,3 26,9 26,1 26,0 26,4 25,5 25,5 26,7 26,5 26,4 26,5 Minimální teploty vzduchu [°C] 20,6 21,1 21,5 22,1 22,0 22,0 21,3 22,2 22,0 21,4 22,1 22,8 21,9 22,0 22,1 22,3 22,3 22,0

5.NP

Celá budova

29,7 25,6 30,1 28,0 25,3 28,7

25,8

21,3 20,4 20,0 21,5 20,6 20,9

21,0

Pro regulaci a volbu režim celého objektu se vychází z údaj dvou vybraných referen ních idel v 3.NP. Analýza m ených dat ukázala, že idla byla vhodn vybrána a shoda s pr m rnou teplotou celé budovy je velmi dobrá. P i optimalizaci systému MaR byl na základ reakcí uživatel

hledán optimální pr b h teploty

vnit ního vzduchu a nastavení regulace. Výsledkem je požadavek na ranní teplotu 23 ± 1 °C (po no ním chlazení venkovním vzduchem), p i emž teplota b hem dne postupn roste a v odpoledních hodinách je nastavena na 26 ± 0.2 °C. P ipravuje se vle ná regulace teploty podle venkovní teploty vzduchu dle adaptivního modelu tepelné pohody. Dále byl optimalizován chod cirkula ních jednotek (FC), a to snížením maximálních otá ek a paralelním snižováním otá ek podle nastavení regula ního ventilu vým níku, a chod VAV box . Ukázalo se, že kritickým bodem pro klimatizaci objektu je kapacita koncových prvk , jak podlahové vyústky systému VAV, tak cirkula ní jednotky FC nelze provozovat na plný výkon. To je dáno p edevším skute ností, že projektovaná teplota p ivád ného vzduchu 16 °C je pro podlahové vyústky a jejich funkci p íliš nízká. Z teplotního hlediska jsou velmi specifické kancelá e v 5.NP. Vyzna ují se vysokým podílem zasklení a malou tepelnou hmotou. Teploty v pr b hu dne zde mají výrazn jiný pr b h než v ostatních ástech budovy. Pot eba chlazení nastává již p i venkovní teplot 14 °C. Napojení t chto kancelá í na jeden systém se zbytkem objektu lze hodnotit jako chybu projektu. 10.3.2 M ení tepelné pohody osob Ve zkušebním provozu vycházelo hodnocení tepelné pohody osob ze stížností a individuálních rozhovor

s pracovníky. K plošnému dotazníkovému pr zkumu nebylo p istoupeno vzhledem

Miloš Lain 2007

138



k situaci v objektu. Bylo ov eno, že ada stížností na tepelnou pohodu a pr van je siln ovlivn na psychologickými aspekty pobytu pracovník v kancelá ích, a to jak objektivními (p edstava pr vanu v otev ených kancelá ích), tak subjektivními (nespokojenost s prací ve velkoplošné kancelá i). Psychologické aspekty jsou výrazn v tšina pracovník

ovlivn ny faktem, že naprostá

byla do objektu p est hována z kancelá í, kde

dlouhodob pracovali a jejich nespokojenost s prost edím se odráží v pocitech špatné tepelné pohody. Detailní kontrolní m ení tepelné pohody prob hlo na 4 pracovištích. V této práci jsou prezentovány výsledky celkem t ech m ení. Byla m ena teplota vzduchu, relativní vlhkost, teplota kulového teplom ru a bylo provedeno detailní m ení teploty, rychlosti proud ní a intenzity turbulence pro sedící osoby (v souladu s SN ISO 7730). Použitá za ízení : •

Multipoint FloW Analysis system sestávající ze t í nesm rových idel typu T54T21, stativu na upevn ní

idel, konektoru,

proudové redukce, kabeláže, po íta e, DACCard-500* karty a OmniSEnce aplika ního sofrwaru. •

Kulový teplom r

•

Vícekanálové univerzální

idlo na m ení pr m rné teploty

vzduchu a relativní vlhkosti M ení dne 31.7.2007 bylo provedeno v následujících pracovištích :

Obr. 10.10: idla Multipoint FloW Analysis system

1-sekce F, 4.NP u sv tlíku 2- sekce F, 4.NP v blízkosti FC 3-sekce B, 1.NP v krajní ásti velkoplošné kancelá e u velkého atria M ené hodnoty t

místní teplota vzduchu snímána Multipoint FloW Analysis systémem [°C]

w

místní st ední rychlost proud ní vzduchu [m/s]

Tu

místní intenzita turbulence [%]

tx

teplota vzduchu snímaná stín ným teplom rem v míst m ení vlhkosti [°C] relativní vlhkost vzduchu [%]

tk

teplota kulového teplom ru [°C]

Miloš Lain 2007

139



Stupe obt žování pr vanem DR je vyvozen podle následujícího vztahu ( SN ISO 7730):

DR = (0,34 − t ).( w − 0,05) 0,62 .(0,37.w.Tu + 3,14) .................................................(10.1) t..............místní teplota vzduchu [°C] w ............st ední rychlost proud ní vzduchu v míst umístn ní idla [m/s] Tu ..........místní intenzita turbulence (%) Hodnocení nam ených výsledk Teplota zjišt ná

erným kulovým teplom rem vykazovala na všech místech m ení minimální

odchylky od teploty vzduchu. Kontrolní m ení povrchových teplot st n a strop

ukázalo též

minimální odchylky t chto teplot od teploty vzduchu. St ední radia ní teplota je tudíž tém

shodná

s teplotou vzduchu a operativní teplota bude rovn ž shodná s teplotou vzduchu. M ení 1 až 3 bylo provedeno za plného provozu v dob p ítomnosti zam stnanc . M ení bylo provedeno v n kolika bodech (Ivanová 2007) a výsledky jsou uvedeny v tabulkách 10.7 až 10.10. Tab. 10.7: Pr m rné hodnoty díl ích m ení a celkové pr m rné hodnoty pro pracovišt 1 Pracovišt

1

1

1

M ení . 1

2

3

Pr m rné všech m ení

hodnoty

w [m/s]

Tu [%]

T [°C]

DR [%]

kotníky

0,06

62,

26,5

1,4

kolena

0,08

52

26,0

3,7

hlava

0,06

64

25,6

1,6

kotníky

0,17

34

26,6

10,4

kolena

0,11

33

26,0

6,3

hlava

0,13

34

25,5

8,5

kotníky

0,10

52

26,3

5,5

kolena

0,33

49

25,9

33,3

hlava

0,11

42

25,5

6,8

kotníky

0,11

49

26,5

5,8

kolena

0,17

45

26,0

14,4

hlava

0,10

47

25,5

5,6

M ení na pracovišti .1 (tab.10.6) ukázalo mírn vyšší teploty vzduchu v i parametr m nastaveným centráln systémem MaR. Pr m rné rychlosti proud ní se v jednotlivých m eních pohybují v rozsahu 0,1 až 0,2 m/s, p i emž jsou spln ny podmínky dané Na ízením vlády .178/2001 Sb. ve zn ní na ízení vlády .523/2002 Sb. a na ízení vlády .441/2004 Sb. Procento nespokojených se v pr m ru pohybuje pro oblast kotník a hlavy pod 10 %, tj. spadá do kategorie A, oblast kolen už spadá do kategorie B, tudíž muže být vnímána náchyln jšími osobami jako pr van.

Miloš Lain 2007

140



Tab. 10.8: Pr m rné hodnoty díl ích m ení a celkové pr m rné hodnoty pro pracovišt 2 Pracovišt

2

2

2

M ení . 1

2

3

Pr m rné hodnoty

M ení na pracovišti

w [m/s]

Tu [%]

T [°C]

DR [%]

kotníky

0,16

39,5

25,8

11,7

kolena

0,17

36,2

25,6

12,5

hlava

0,13

26,5

25,5

7,8

kotníky

0,06

58,0

26,1

2,3

kolena

0,08

47,3

25,7

3,7

hlava

0,08

53,6

25,3

4,0

kotníky

0,06

62,5

25,6

3,0

kolena

0,07

56,9

25,6

3,7

hlava

0,06

73,2

25,5

2,1

kotníky

0,10

53,4

25,8

5,7

kolena

0,11

46,8

25,6

6,7

hlava

0,09

51,1

25,5

4,6

. 2 (tab.10.8) má podobné výsledky jako p edešlé m ení. Procento

nespokojených se v celkovém pr m ru pohybuje pro oblast kotník , kolen a hlavy pod 10 %, tj. spadá do kategorie A. Tab. 10.9: Pr m rné hodnoty díl ích m ení a celkové pr m rné hodnoty pro pracovišt 3 Pracovišt

3

3

3

3

M ení . 1

2

3

4

Pr m rné hodnoty

Miloš Lain 2007

v [m/s]

Tu [%]

T [°C]

DR [%]

kotníky

0,13

52,5

24,5

10,2

kolena

0,13

48,2

24,2

11,1

hlava

0,11

51,3

23,8

9,6

kotníky

0,07

72,5

24,4

4,0

kolena

0,10

55,6

23,9

7,2

hlava

0,12

49,3

23,5

9,9

kotníky

0,05

60,3

24,8

1,1

kolena

0,05

42,3

24,4

7,2

hlava

0,06

44,2

24,1

2,4

kotníky

0,05

56,2

24,9

1,4

kolena

0,06

58,9

24,4

7,2

hlava

0,06

53,6

23,9

2,3

kotníky

0,07

60,7

23,9

3,8

kolena

0,08

51,1

23,5

7,8

hlava

0,09

52,3

23,1

6,9

141



M ení na pracovišti . 3 (tab.10.9) ukázalo, že se teplota vzduchu pohybuje v rámci rozmezí teplot stanovených systémem MaR, výjimkou je teplota snímaná p i m ení v bezprost ední blízkosti parapetu. Záv ry m ení tepelné pohody V budov byl nastaven poždNam ené hodnoty teplot vzduchu v horních patrech, tj. na pracovišti 1 a 2 p esahují nastavenou horní hranici 25,3 °C, na pracovišti 3 klesají pod nastavenou dolní hranici 23,7 °C. Na pracovišti 1 a 2 p esáhla teplota vzduchu teploty žádané systémem MaR. Teplota vzduchu byla však hodnocena zam stnanci jako pln vyhovující. V dob chodu klimatizace jsou FC jednotky nastaveny tak, aby se p i otev ení okna automaticky vypínaly. Automatické vypnutí v d sledku otev ených oken a rovn ž malý po et FC jednotek v rámci jedné sekce m že zp sobit zvýšení místní teploty na pracovišti v i teplot požadované systémem MaR. Pr m rné rychlosti proud ní vzduchu se v díl ích m eních pohybují v rozmezí 0,1 až 0,2 m/s, pro pracovišt 2 jsou dokonce pod hranicí 0,1 m/s. Tudíž pracovišt 1, 2 a 3 z tohoto pohledu zcela vyhovují Na ízení vlády .178/2001 Sb. ve zn ní na ízení vlády .523/2002 Sb. a na ízení vlády .441/2004 Sb. Souhrnným ukazatelem tepelné pohody na pracovišti je procento osob obt žovaných pr vanem. V p ípad , že se hodnoty DR pohybují do 20 %, je pracovišt vyhovující. Celkové pr m rné hodnoty stupn obt žování osob pr vanem dle m ení na jednotlivých pracovištích nep ekro ily hodnotu 10 %. Posuzovaná pracovišt jsou klasifikována do kategorie A, tudíž je lze považovat za pln vyhovující dle SN EN 7730. 10.3.3 Spot eby el. energie V objektu

SOB byly osazeny elektrom ry (t ída p esnosti 1 dle

SN EN 62053-21) s íta i puls

napojené na systém MaR pro veškeré zdroje chladu. Pro analýzy jsou následn používány hodnoty ze zdroj

pro centrální VZT jednotky, zdroj

pro cirkula ní jednotky (FC) a áste n i zdroje pro

klimatizaci po íta ových sál (IT). Dále je k dispozici pr b h odb rových maxim a m sí ní spot eba el. energie celého objektu. Tyto hodnoty slouží pro stanovení spot eby zdroj chladu a jejího podílu na celkové spot eb objektu. Celková spot eba el. energie budovy zahrnuje všechny spot eby jako osv tlení, VZT, chlazení, kotelna, gastro aj. a je m ena hlavními elektrom ry. Úst edí je jako celek napojeno na systém PRE a.s., který umož uje zjiš ování odb r technického maxima v pr b hu zvoleného asového intervalu. Hodnoty technického maxima v ase jsou uvedené v jednotkách MW a je možné je získat pro libovoln zvolený asový interval. Údaje spot eb elektrické energie jsou k dispozici jako celková m sí ní spot eba uvád ná v kWh, jež je podkladem pro fakturované hodnoty. Technické maximum je v daném

asovém intervalu zaznamenáváno jako

hodnota maximální v MW, integrací v ase je možný p epo et na kWh. Z toho vyplývá, že je možné porovnat podíl spot eby chladících jednotek na celkové spot eb objektu.

Miloš Lain 2007

142



Chladící jednotky pro FCU jednotky pro VZT Spot eby elektrické energie Chladící SOB Chladící jednotky pro IT Ostatní spot eba objektu

Spot eby elektrické energie [MWh]

1 200 1 000 800 600 400 200 0 ervenec

Srpen

Zá í

Obr. 10.11: El. spot eby SOB

Tabulka 10.9: Celkové spot eby el. energie Celk. spot eba Chladící objektu jednotky FCU [kWh] [kWh] ervenec Srpen Zá í

985 165 1 031 007 850 177

68 928 51 548 11 994

Chladící jednotky IT [kWh]

Chladící jednotky VZT [kWh]

Celk. spot eba chlazení [kWh]

39 528 99 123 72 469

70 050 50 751 17 622

178 506 201 422 102 085

Z celkové spot eby v pr b hu monitorovaného letního období byl nejvyšší podíl spot ebované elektrické energie chladícími jednotkami v m síci srpnu. Tento podíl inil 20 %. Pro detailní porovnání pr b hu spot eby el. energie celého objektu a spot eb zdroj chladu bylo t eba korigovat dostupný pr b h technických maxim tak, aby integrace t chto hodnot odpovídala údaj m faktura ního elektrom ru. Z takto upravených hodnot byl pak vyhodnocen podíl spot eby chladicích jednotek pro klimatizaci objektu (FC+VZT) na celkové spot eb chladu objektu (obr. 10.12). Typický pr b h spot eb elektrické energie chladícími jednotkami s ohledem na asový režim chodu je znázorn n na obrázku 10.13. Potvrzuje se, že chod chlazení IT je nezávislý na chodu ostatních technologií. Chladící jednotky pro VZT a FC mají od 2.00 do 24.00 hod., kdy je do budovy p ivád n pouze erstvý venkovní vzduch, nulovou spot ebu. O víkendu, kdy FC a VAV boxy b ží v tlumeném režimu, tj. spínají se pouze v p ípad , kdy je p ekro eno rozhraní teplot 21 °C až 28 °C, dochází ke kratšímu spínání jednotek chlazení.

Miloš Lain 2007

143



Percentuální podíl chlazení na celkové spot eb el. energie

etnost dvouhodinových interval

281

273

300

227

250

200

335

322

350

menší než 5% <5% ÷10%) <10% ÷ 20%) <20% ÷ 30%) 30%

174

150

87

100

50

97

81

88

25

12

7

25 0

0

ervenec

Obr. 10.12:

srpen

zá í

etnosti procentuelních podíl spot eby el. energie pro zdroje chladu na klimatizaci SOB

Obr. 10.13: Pr b h el. spot eby jednotlivých zdroj chladu

Miloš Lain 2007

144



Spot eby elektrické energie chladících jednotek ur ených pro FC a VZT nemají na spot eb celého objektu tak velký podíl, jak se p vodn p edpokládalo. Je t eba poznamenat, že uvažované spot eby zahrnují jen elektrickou energii odebranou samotnými chladícími jednotkami. Vzhledem k osazení elektrom r nelze ur it spot ebu ob hových erpadel a ostatních sou ástí celého systému chlazení. Podíl chlazení na celkové spot eb

objektu je výrazn jší p edevším v období letních extrém .

Maximální nam ený podíl na celkovém odb ru odpovídá ve špi kách 37 %. Vzhledem k tomu, že spot eba chladicích jednotek se zaznamenává ve 2 hodinovém intervalu, m že být extrémní hodnota i vyšší. Závislost mezi venkovní teplotou a spot ebou je sice prokazatelná, nedá se však vyjád it matematickou závislostí, která by byla dostate n p esná. Pokud se zam íme na celkové m sí ní spot eby chlazení, tvo í v závislosti na venkovní teplot 12 až 20 % m sí ních fakturovaných spot eb elektrické energie. 10.3.4 Ov ení výkon zdroje chladu Ve zkušebním provozu byla nastavena vnit ní teplota v rozmezí 23 °C až 26 °C. Ve ve erných hodinách se objekt chladil venkovním vzduchem. No ní chlazení venkovním vzduchem bylo využíváno jen v p ípad , když byla venkovní teplota nižší minimáln o 4 K oproti teplot vnit ní. Tab. 10.10: P íkony zdroj chladu (hodnota z po íta ové simulací byl zvýšena o 20 % na odvod vázaného tepla) Technologie

Maximální chladící výkon [kW] Projekt

VZT

3 127

FCU

2 292

CELKEM

5 419

Simulace

Instalovaný

Vyhodnocený

3 325

1 396

1 692

812

5 017

2 208

P íkon kompresor [kW] 444,5

Celkový p íkon [kW] 623,7

Max. chladící výkon p i 32 °C [kW] 1 086,9

2 780 2 780

Tab. 10.11: Parametry instalovaných zdroj chladu Technologie

VZT

FCU

Ozna ení jednotky REVERSO

P íkon ventilátor [kW] 179,2

REVERSO

179,2

444,5

623,7

1 086,9

UNICO

274,4

385,4

659,8

1 150,8

Celkem

632,8

1 274,4

1 907,2

3 324,6

MAXIMO

100,8

265,5

366,3

846,0

MAXIMO

100,8

265,5

366,3

846,0

Celkem

201,6

531

732,6

1 692,0

Z pr b hu spot eb el. energie lze porovnáním s jmenovitým p íkonem zjistit využití zdroj chladu pro klimatizaci budovy (tab. 10.12). Celkové maximální využití jednotek je, vyjdeme-li z dostupných údaj , 43,6 %. Tato hodnota vychází ze jmenovitého p íkonu, který pravd podobn maximálnímu p íkonu v dob

Miloš Lain 2007

odpovídá

náb hu jednotky. Když touto hodnotou korigujeme jmenovitý

145



instalovaný výkon získáme p ibližn hodnotu „vyhodnoceného“ maximálního chladicího výkonu (tab.10.10). Tab. 10.12: Vyhodnocení využití zdroj chladu

Vyhodnocený max. p íkon jednotek [kW] Instalovaný p íkon jednotek Využití jednotek

[kW] [%]

VZT

FC

838

492

1 907 44 %

733 67 %

Spole n FCU+VZT VZT FCU 801 1 907 42 %

1 153

44 %

352 733 48 %

Z výsledk po íta ové simulace ur ený pot ebný chladicí výkon zdroje chladu je 2 780 kW. To vedlo ke snížení p vodn

projektované spot eby zdroje chladu 5 419 kW o cca 10% na 5 017 kW.

Z nam ených spot eb el. energie (za dv hodiny) a z nich vyhodnocených el. p íkon zdroj chladu bylo ur eno jejich max. využití 43,6 %, což odpovídá chladicímu výkonu 2 208 kW. Tato hodnota je nižší než hodnota zjišt ná výpo tem. To m že být áste n zp sobeno tím, že v dob maximálních letních extrém roku 2007 nebyla budova ješt pln obsazena a áste n i chybou metody. Vzhledem k tomu, že cílem tohoto rozboru je ov ení správnosti rozhodnutí o snížení kapacity zdroje chladu, je dosta ující tento zjednodušený postup. Pro další navazující detailní výzkum bude t eba získat od výrobce podrobné údaje a p ípadn provést detailní m ení energie dodané zdroji chladu. 10.3.5 Teploty v atriu V prostorech komunikací v 5.NP atrií nebylo provedeno samostatné m ení tepelné pohody ani monitorování teplot. Ale z místních šet ení a rozboru stížností pracovník vyplývá, že parametry prost edí na komunika ních plochách v 5.NP atria jsou naprosto vyhovující. Systém MaR monitoruje pouze teploty ve vzduchovodu odvád jícím vzduch z 5.NP a atria. Pr b h t chto teplot je znázorn n na obrázku 10.14. V pr b hu celého monitorovaného období od 26. 7. 2007 do 30. 9. 2007 p ekro ila teplota vzduchu na odtahu v západním atriu hodnotu 32 °C jen t ikrát. T chto maximálních hodnot 33,7 °C dosahovala teplota m eného vzduchu p i venkovní teplot 33,5 °C. Porovnání teplot nam ených v 5.NP atria a teplot simulovaných (kap. 10.2.3) je málo vypovídající. A to jak díky rozdílnému pr b hu parametr venkovního klimatu, tak p edevším vzhledem k nejasnému provozu systému v trání a klimatizace b hem m ené periody. P esto lze oba pr b hy porovnat. Základním rozdílem jsou výrazn

nižší nam ené teploty vzduchu v no ních hodinách. To je

zp sobeno tím, že v reálném provozu se využívá no ního v trání, ale v po íta ových simulacích byl uvažován provoz bez no ního v trání. Jinak je pr b h teplot podobný. P i realizaci bylo použito zasklení dle simulované varianty S4. Toto ešení bylo navíc dopln no o vnit ní látkovou roletu (varianta S3). Z tohoto d vodu jsou v grafu na obrázku 10.14 demonstrovány varianty ob .

Miloš Lain 2007

146



36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 29.6


Venkovní vzduch

6.7

13.7 20.7 27.7

Atriun V2 S4

3.8

10.8 17.8 24.8 31.8

Arium V2 S3

7.9

14.9 21.9

Den

Obr. 10.14: Teploty v západním atriu v 5.NP - porovnání m ení teploty (naho e) a výsledk simulace (dole)

Miloš Lain 2007

147



10.3.6 Záv r P i zkušebním provozu v roce 2007 bylo provedeno ov ení funkce systému v trání a klimatizace a optimalizace jeho parametr . Uvád ním do provozu a samotnou optimalizací se poda ilo využitím potenciálu VZT systému a systému MaR nastavit takové režimy chodu objektu, které spl ují stanovené požadavky na komfort zam stnanc , p i emž vykazují, v rámci možností, nejnižší spot eby energie. V porovnání s p vodním projektem VZT se m nil nejen asový chod jednotek, byly sníženy i hodnoty maximálních pr tok p ivád ného vzduchu. Analýzou spot eb elektrické energie chladícími jednotkami v pr b hu monitorovaného období se zjistilo, že na celkových m sí ních spot ebách celého objektu mají až 20% podíl. Teplotní analýzou se potvrdila správnost výb ru referen ních idel. Na základ nejnižší odchylky od pr m rné teploty v objektu se dále potvrdil výb r 3.NP jako referen ního. I p i omezení pr tok p ivád ného vzduchu VZT jednotek na 95 % otá ek frekven ního m ni e se i v nejvyšších špi kách poda ilo dodržet požadované parametry prost edí (maximální teploty vzduchu 26 °C ). Maximální využití chladících jednotek v letním období je 67 % pro Fan-coily a 43 % pro VZT (dohromady celkem 44 %). Po íta ová simulace navrhovala instalaci zdroje chladu o výkonu 2 780 kW, v etn tepla citelného i vázaného. Maximální chladící výkon p ibližn vypo tený na základ m ených p íkon byl pro monitorované období 2 171 kW. Rozhodnutí snížit instalovaný chladící výkon v i p vodním projektem dimenzovaným výkon m bylo správné.

10.4 Záv r Tato p ípadová studie prokázala význam po íta ových simulací p i návrhu systému v trání

a

klimatizace administrativní budovy s prvky pasivního a nízkoenergetického chlazení. V rámci zkušebního provozu byla provedena jak optimalizace systému v trání a klimatizace, a to p edevším vzhledem k parametr m vnit ního prost edí, tak byla ov ena správnost projek ních rozhodnutí založených na výsledcích po íta ových simulací. Monitorováním a m ením byly získány podklady pro ov ení jak parametr prost edí, výkon zdroje chladu, tak i teplot v 5.NP atria. V celém procesu projektování a výstavby a uvád ní do provozu se ukázala jako neocenitelná role konzultanta, který zajistil p enos základních koncepcí nízkoenergetického chlazení mezi jednotlivými stupni projektové dokumentace i výstavby. Výsledky po íta ových simulací se díky n mu výrazn promítly do navržených ešení. A p edevším zajistil a koordinoval zkušební provoz a optimalizaci parametr systému v trání a klimatizace budovy. ada poznatk získaných p i zkušebním provozu této rozsáhlé budovy má obecný charakter a m že být použita p i ešení dalších nov stav ných i rekonstruovaných budov.

Miloš Lain 2007

148



11 Návrh systému sálavého chlazení s akumula ní hmotou V této p ípadové studii jsou prezentovány po íta ové simulace zpracované b hem projektu nov stav né budovy Státní technické knihovny, a jejichž cílem bylo ov it vnit ní prost edí a navrhnout režim provozu.

11.1 Koncept technické knihovny Nová budova Státní technické knihovny je stav ná v areálu

VUT v Praze 6 Dejvicích. Koncepce

budovy vychází z minimalizace tepelných zisk , vn jším stín ním a uspo ádáním budovy. V budov je osazen systém sálavého chlazení s využitím akumulace chladu do stropní desky (aktivace betonu) a nucené v trání je pouze minimální. Dob e prov traná dvojitá fasáda spolu s otevíratelnými okny a centrálním atriem umož uje i p irozené v trání a p ípadné no ní chlazení. 11.1.1 Budova - popis Budova má dev t podlaží z nichž t i jsou podzemní a celá budova je rozd laná do n kolika samostatných funk ních celk . Hlavní ást je vlastní knihovní prostor umíst ný v t etím až šestém nadzemním podlaží podél jiho-východní, jiho-západní a severo- západní fasády.

ást prostoru je

vy len na pro studovny, ítárny a po íta ové studovny. V severo-východní ásti za atriem jsou

45np

kan4np

4np

Atrium

34np

umíst ny kancelá ské prostory. V p ízemí a druhém NP jsou prodejní plochy, restaurace a pasáže.

klim4np

Obr. 11.1: P dorys budovy a její rozd l ní (4 NP.) Miloš Lain 2007

149



V podzemí se nalézají parkovací plochy. Nosný skelet je z monolitického železobetonu, stropní desky jsou k ížem p edpjaté a sloupy mají mohutné hlavice. Vnit ní p í ky jsou lehké ze sádrokartonu nebo skla. Fasáda je dvojitá odv traná. Vnit ní fasáda je z dvojskla se zd nými parapety. Vn jší fasáda je ze sklen ných profil Profilit. Budova knihovny je samostatn stojící, jihovýchodní fasádou sousedí s budovou Fakulty strojní VUT. P dorys objektu, v etn jeho orientace, je z ejmý z obrázku 11.1. 11.1.2 Systém chlazení vytáp ní a v trání. Pro vytáp ní a chlazení je v budov pro t etí až šesté podlaží použito aktivace betonu. Systém spo ívá v p edchlazení (p ípadn

p edeh evu) betonové stropní desky zabudovanými smy kami trubek

(Obr. 11.2). P i aktivaci betonu (chlazení stavebních desek) se kombinuje sálavé chlazení s akumulací chladu do masivní betonové desky (viz kap 4.1). P i sálavém chlazení je pak množství v tracího vzduchu omezeno pouze na hygienické minimum (25 m3/os). Vzduch je p ivád n do prostor knihovny a odvád n p es atrium. P edevším v kancelá ích na severovýchodní fasád se p edpokládá p irozené v trání okny. Pro po íta ové u ebny, a restaura ní a obchodní prostory je navrženo b žné chlazení ventilátorovými konvektory (FC). Jedním z d vod použití systému s akumulací chladu do stavební konstrukce je snaha o maximální využití zdroje chladu a minimalizaci jeho kapacity. V no ních hodinách bude zdroj chladu využit k chlazení stavebních desek a b hem dne bude zdroj chladu sloužit pro b žnou klimatizaci po íta ových

u eben

a

provozoven. Projektant vycházel p i návrhu systému z hodnot pro p edb žný návrh, prezentovaných v kapitole 4 této práce. Detailní ešení dynamického chování p i st ídavém

chlazení

p ekra uje

možnosti b žného projektování a Obr. 11.2: Pohled na položenou vodní smy ku v podlaze tech. knihovny p ed betonováním. vyžaduje detailní ešení využívající po íta ovou simulací.

Miloš Lain 2007

150



11.2 V traná dvojitá fasáda V první

ásti práce byla ešena dvojitá zasklená prov trávaná fasáda objektu Státní technické

knihovny. Po íta ovou simulací byla ov ena teplota v meziprostoru dvojité fasády se zam ením na letní extrémy. Ur ení vnit ní teploty respektive rozdílu mezi teplotou venkovní a teplotou ve fasád je d ležité pro posouzení zjednodušujících okrajových podmínek pro celkový model budovy NTK. Ukázalo se totiž, že simula ní ešení dvojité fasády v rámci modelu celé budovy by bylo nesmírn technicky náro né, a p i vhodn navržené fasád do zna né míry i zbyte né. Druhým d vodem k vypracování této první simulace je zhodnocení možnosti využití „mezifasádního“ vzduchu pro v trání, p ípadn no ní v trání prostor knihovny a kancelá í.

a)

b)

c)

Obr. 11.3: a) model vybraného segmentu fasády b) model proud ní bez bo ních št rbin (komín) c) model proud ní fasádou se zahrnutím bo ních št rbin (Crack nebo Door) 11.2.1 Model Pro ešení teplotních podmínek v mezifasádním prostoru byl sestrojen model segmentu dvojitého zaskleného plášt s jižní orientací (Obr.11.3 a). Modelovaná fasáda je vícepodlažní segment, kde každé podlaží je zastoupeno jednou zónou. Spodní hrana zasklení je ve výšce 3,5 m nad zemí, horní Miloš Lain 2007

151



hrana p e nívá o 1,2 m nad st echou. Celková výška fasády je 20,4 m. Jedná se o p ti zónový model s hmotnými stínícími prvky o výšce 1,4m v mezifasádním prostoru v jednotlivých zónách. Tyto stínící žaluzie jsou na skute né stavb použity podél celého obvodového plášt (krom severní ásti fasády). Vnit ní

pláš

je

zasklen

dvojsklem

se 2

sou initelem prostupu tepla U = 2,8 W/m K a g = 0,61. Vn jší pláš

je z

tvárnic Profilit

(Pilkington) U = 5,5 W/m2K a g = 0,82. 11.2.2 Model proud ní Geometrický model byl dopln n o modely p irozeného

proud ní

vzduchu

zahrnující

p edevším proud ní zp sobené rozdílem hustot a proud ní

zp sobené

ú inky

proud ní

eší tlakové pom ry v jednotlivých

podlažích

s respektováním

jak

v tru.

Model

spodních

a

horních v tracích otvor , tak št rbin mezi

vnit ní fasáda - dvojsklo stín ní vn jší fasáda - Profilit

jednotlivými profily vn jší fasády. Pro detailní Obr: 11.4: Model pro ov ení v trací št rbiny a p dorysný detail fasády ešení byl model proud ní zpracován ve t ech variantách. První varianta reprezentuje fasádu, jako by byla otev ená pouze ve spodní a horní ásti, bez uvažování svislých št rbin mezi jednotlivými sklen nými profily vn jší fasády (Obr.11.3 b). Tento model slouží jen pro koncep ní ov ení ešení a má zjistit zda by takováto úrove

zjednodušení mohla být

dostate ná. Pro tento model je používán zjednodušený název „Komín“. Druhý a t etí model je již výrazn komplikovan jší, protože v každém podlaží jsou komponenty reprezentující št rbiny mezi profily vn jší fasády (Obr. 11.3 c). v druhé variant modelu umož ují tyto komponenty (typ opening) pouze jednosm rné proud ní daným prvkem v jeden okamžik. V t etí finální variant modelu proud ní je použito komponent (typ door), které umož ují a eší i obousm rné proud ní v jeden asový okamžik. Obousm rné proud ní jedním otvorem m že vznikat u vyšších otvor a to díky rozdílné hustot v jednotlivých výškách. Dále bylo na malém modelu ov eno i nahrazení n kolika paralelních otvor na skute né fasád (Obr. 11.4) jedním otvorem v každém segmentu (Hanák 2007).

Miloš Lain 2007

152



11.2.3 Rozbor výsledk po íta ové simulace fasády Po íta ová simulace byla provedena pro letní období typického roku v Praze (TRY). P i detailním ešení problému jsou výsledky po íta ové simulace prezentovány v n kolika krocích. Prvním krokem bylo porovnání t í variant modelu v trání fasády. Výsledky ešení (Obr. 11.4) ukázaly, že rozdíly mezi variantou bez bo ních otvor (komín) a s bo ními otvory (opening, door) jsou velmi výrazné. St ední teploty po výšce fasády (aritmetický pr m r teplot vzduchu všech zón fasády) i maximální teploty jsou v denních hodinách vyšší pro provedení „komín“ a rozdíl dosahuje asto až 6 K. Oproti tomu rozdíly pro p ípad v trané fasády s r znými komponentami reprezentujícím obvodové št rbiny jsou velmi malé (max rozdíl 1K) a jen výjime n dochází k oboustrannému proud ní št rbinou, p i kterém se projeví rozdíl obou model . Záv rem lze íci, že model bez bo ních otvor p edstavuje p íliš velké zjednodušení a jeho výsledky se pro ešení reálného p ípadu nehodí. Oproti tomu použití komponenty s obousm rným proud ním není pro ešení této fasády nezbytn nutné. Pro další analýzy bylo využit tedy pouze model t etí, který zahrnuje bo ní v trání jednotlivých zón fasády a umož uje i obousm rné proud ní t mito otvory (door). Pr b h st ední teploty po výšce fasády a venkovní teploty

t_st _komín05

38

t_st _opening05

t_st _door05

Klima

36 34 32

Teplota [°C]

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 7.8.

8.8.

9.8.

10.8.

11.8.

12.8.

13.8.

14.8.

15.8.

16.8.

17.8.

18.8.

19.8.

20.8.

21.8.

Den

Graf S.1

Obr. 11.4 : Pr b h st ední teploty po výšce fasády – porovnání model proud ní Dalším krokem bylo vyhodnocení vlivu v tru. P i detailním ešení p irozeného proud ní vlivem v tru je t eba získat korek ní koeficienty, respektující tvar a pozici budovy, stejn jako její okolí vzhledem k tlakovým ú ink m v tru na danou fasádu. Pro zjednodušený p ípad osam le stojící budovy tvaru kvádru lze provést výpo et podle parametrických vztah (Grosso 1992). Tento výpo et je sou ástí programu ESP-r a koeficienty pro osam le stojící budovy byly zohledn ny. Získání detailních koeficient

vyžaduje náro né m ení na modelu v aerodynamickém tunelu nebo ešení pomocí

po íta ové simulace proud ní (CFD). Miloš Lain 2007

153



Pr b h rozdílu st ední teploty po výšce fasády a venkovní teploty

t_st _door0

t_st _door05

t_st _door1

6 5 4 3

∆T [K]

2 1 0

-1 -2 -3 -4 -5 7.8.

8.8.

9.8.

10.8.

11.8.

12.8.

13.8.

14.8.

15.8.

16.8.

17.8.

18.8.

19.8.

20.8.

21.8.

Den

Graf S.D.3

Obr. 11.5 : Pr b h rozdílu st ední teploty po výšce fasády a venkovní teploty – vliv korekce v tru D íve než se k takovému kroku p istoupí, je vhodné provést citlivostní analýzu, která ov í, jak výrazn závisí výsledné hodnoty ešeného problému na p esném ur ení tlakových ú ink v tru. P i citlivostní analýze je provád na simulace s uvažováním r zných korek ních sou initel rychlosti v tru a výsledné hodnoty se navzájem porovnají. V tomto p ípad byl volen korek ní faktor 1 (vysoká expozice), faktor 0,5 a faktor 0,001(bezv t í). Z výsledk simulace (Obr. 11.5) vyplývá , že korekce v tru nemá zásadní vliv na výsledky. Teploty jsou velmi podobné p i korekci 1 a 0,5; p i korekci 0,001 jsou teploty mírn vyšší. Odchylky st edních teplot vzduchu jsou max 20%, pr m rné 1,5 %. Citlivostní analýza ukázala, že rychlost v tru nemá zásadní vliv na výsledné teploty vzduchu v meziprostoru fasády a výsledky simulací lze považovat za reprezentativní i bez ešení detailních tlakových koeficient . Výsledky po íta ové simulace byly zpracovány do graf jak pro celé letní období, tak pro vybraný m síc, vybraných 14 dní a detailní pr b h vybraného dne. Detailní rozbor výsledk

po íta ové

simulace byl proveden na základ pr b h :

o St ední teploty po výšce fasády (pr m r teplot ve fasád v danou hodinu) o Rozdílu st ední teploty po výšce fasády a venkovní teploty o Maximální teploty ve fasád (nejvyšší teplota jedné z p ti zón v daný asový okamžik) o Rozdílu maximální teploty ve fasád a venkovní teploty Dále byl vypracován graf znázor ující teplotní profil po výšce fasády (obr.11.7) v každou hodinu simulované periody. Vzhledem k rozsahu výsledk jsou v této práci prezentovány jen vybrané reprezentativní grafy (obr. 11.6). Miloš Lain 2007

154



6 5 4 3

T [K]

2 1 0

-1 -2 -3 -4 -5 1.5. 10.5. 19.5. 28.5. 6.6. 15.6. 24.6.

3.7.

12.7. 21.7. 30.7. 8.8. 17.8. 26.8. Den

4.9.

13.9. 22.9. 1.10.

Obr. 11.6 : Pr b h rozdílu st ední teploty vzduchu po výšce fasády a venkovní teploty pro celé léto Teplota po výšce fasády

Teplota po výšce fasády

Výška fasády [m]

Výška fasády [m]

16

Výška fasády [m]

16

16

11

11

Teplota po výšce fasády

11

1

1

1

18 20 22 24 26 28 30

6

18 20 22 24 26 28 30

6

18 20 22 24 26 28 30

6

T epl ota [°C]

T epl ota [°C]

T epl ota [°C]

Obr. 11.7: Vertikální teplotní profil pro vybraný den v 11:30, 14:30, 16:30

Miloš Lain 2007

155



11.2.4 Záv r simulace dvojité fasády Po íta ové simulace ov ily vhodnost použití atypické prov trávané fasády pro objekt Národní technické knihovny. Teploty vzduchu v mezifasádním prostoru jsou mírn vyšší, ale po v tšinu letního období se blíží teplotám venkovního vzduchu. Po dobu 76 % letního období je teplotní rozdíl v intervalu od -0,5 K do +2 K a po dobu 90 % léta se pohybuje v intervalu -1,5 K až +2,5 K. Maximální rozdíly jsou -4,5 a +5,5 K (Obr. 11.8).

etnost v letním období

25%

20%

15%

10%

5%

0% -4.3 -3.8 -3.3 -2.8 -2.3 -1.8 -1.3 -0.8 -0.3 0.25 0.75 1.25 1.75 2.25 2.75 3.25 3.75 4.25 4.75 5.25

Rozdíl st ední teploty ve fasád a venkovní teploty [K]

Obr. 11.8 : etnost výskytu teplotních rozdíl st ední teploty po výšce fasády a teploty venkovního vzduchu v letním období

Miloš Lain 2007

156



11.3 Národní technická knihovna - model budovy Pro ešení energetických bilancí budovy knihovny a dimenzování systému stropního chlazení s akumula ní hmotou byl sestaven model v programu ESP-r. Vzhledem k tomu, že hlavní d raz byl kladen na ešení celkové energetické bilance v prostorách knihovny, byl model sestaven pro nadzemní ást knihovny. Tato ást budovy byla rozd lena do t inácti zón (Obr. 11.9). •

ty i zóny pro jednotlivá podlaží knihovny – 3 NP, 4 NP, 5 NP, 6 NP.

•

ty i zóny pro jednotlivá podlaží kancelá í – kan 3NP, kan 4 NP, kan 5 NP, kan 6 NP.

•

Dv zóny pro klimatizované po íta ové u ebny – klim3NP, klim4NP.

•

Dv zóny pro dvoupatrové studovny – 34NP, 45NP

•

Jedna zóna pro atrium.

Model budovy byl vzhledem k technickým možnostem použitého software zjednodušen. Vlastní tvar jednotlivých podlaží se v podstat shoduje s tvarem budovy, jen zak ivené tvary fasády musely být nahrazeny rovnými úseky.

Obr. 10.9: Model budovy knihovny v programu ESP-r 11.3.1 Model proud ní vzduchu Proud ní vzduchu budovou je reprezentováno sítí proud ní (flow network) Schéma sít je znázorn no na obrázku 11.10. Vzduch je p ivád n do jednotlivých podlaží knihovny, po íta ových u eben, dvoupatrových studoven i atria. Odvod vzduchu je pouze z horní ásti atria. To znamená, že vzduch p ivedený do po íta ových místností nebo studoven prochází vždy p íslušným podlažím knihovny a Miloš Lain 2007

157



z ní je spolu se vzduchem do této zóny p ímo p ivedeným odveden do atria. Proud ní vzduchu budovou je uvažováno jako nucené s konstantním pr tokem vzduchu. Teplota p ivád ného vzduchu je maximáln 22 °C (i tato teplota byla jedním z optimalizovaných parametr , z p vodních 25 °C byly vzhledem k velké tepelné zát ži zm n na na 22 °C). Pokud je venkovní teplota nižší než 22 °C je p ivád n tepeln neupravený venkovní vzduch. Dále byl dopln n model v trání kancelá í, který p edpokládá intenzity v trání 5 1/h v dob kdy je teplota venkovního vzduchu od 20 do 24 °C; 3 1/h v dob kdy je teplota venkovního vzduchu od 24 do 26°C; 1,5 1/h v dob kdy je teplota venkovního vzduchu nižší než 20 °C; 0,7 h-1 v dob kdy je teplota venkovního vzduchu vyšší než 26 °C.

0.8 kg/s

2.6 kg/s

25°C

1.9 kg/s

45NP

0.8 kg/s

25°C

0.9 kg/s

25°C

0.7 kg/s

Poc4

0.7 kg/s

25°C

1.0 kg/s

34NP

1.0 kg/s

25°C

1.2 kg/s

Poc3

0.6 kg/s

25°C

0.6 kg/s

6NP

5NP

2.6 kg/s

2.7 kg/s

2.6 kg/s 4NP

3NP

25°C

Atrium

25°C

25°C

7.4 kg/s

1.8 kg/s

0.3 kg/s

Obr. 11.10: Model proud ní vzduchu budovou 11.3.2 Vnit ní tepelné zát že Jak již bylo zmín no v p edchozích kapitolách má p esné ur ení vnit ní tepelné zát že velký význam pro správné dimenzování nízkoenergetického chlazení. V budov Národní technické knihovny, kde jsou díky vn jšímu stín ní, dvojité fasád , a velké hloubce objektu vn jší zisky minimální, se ukázaly jako zásadní zisky z um lého osv tlení. V p vodních podkladech byla uvedena tepelná zát ž od osv tlení 18 W/m2, což je však pro budovu se stropním chlazením p íliš velký výkon. Po d kladné analýze se ukázalo, že skute ný výkon (p íkon) osv tlení, které bude v provozu v denních hodinách, je díky velké ploše zastav né regály a ásti prostor osv tlených p irozen a ásti chodeb pouze 7,5 W/m2 (Tab. 11.1). Po íta ové u ebny mají výrazn vyšší vnit ní tepelné zisky, proto bylo již od p vodního konceptu po ítáno s dopl kovým chlazením pro tyto u ebny. Velmi nízká tepelná zát ž se p edpokládá v kancelá ích; to je zp sobeno tím, že zna ná ást kancelá ského traktu bude sloužit jako skladovací prostor a hodnoty tepelné zát že jsou vztaženy na celkovou podlahovou plochu traktu.. P edpokládá se p sobení vnit ní tepelné zát že b hem provozu knihovny a to od 7:00 do 21:00. Miloš Lain 2007

158



Tab.11.1: Vnit ní tepelné zát že v prostorách knihovny Osoby

Místnost

2

m /os 22 40 (v etn chodeb) 22 3,2

Knihovna Kancelá e Studovny Po íta ové u ebny

Osv tlení 2

W/m 3,2 1,6 3,2 21,6

2

W/m 7,5 3 7,5 8

Technologie W/m2 1,43 2,28 1,43 31,75

11.3.3 Model stropního chlazení V prostoru knihovny a ítáren je uvažováno stropní chlazení s akumulací do stavební konstrukce, tzv. aktivace betonu (slab cooling). V modelu je do betonové desky je v hloubce 150 mm p ivád n v no ních hodinách (od 20:00 do 8:00) chladicí výkon 40 W/m2, což odpovídá teplotám chladicí vody 18/21 °C s rozte í trubek 150 mm (Obr. 11.11). Plocha chladicích strop p edstavuje p ibližn 71 % celkové plochy stropu. Vzhledem k výsledk m simulace byla dopln na aktivace betonu i po dobu jedné hodiny b hem dne (13:30-14:30).

Stropní chlazení je

ešeno v programu ESP-r

jednorozm rným nestacionárním vedením tepla. Pro ešení celkového provozu budovy a sytému je toto ešení dostate n p esné a není t eba detailních 2D i 3D model . V po íta ových u ebnách je požadována teplota 26 °C (p edpoklad použití klimatizace) po dobu provozu knihovny (7:00-21:00). V kancelá ích nebylo uvažováno žádné chlazení. Po íta ová simulace knihovny, studoven a kancelá í je tedy ešena v režimu pevn daných tepelných tok a výsledkem je pr b h teplot. Oproti tomu po íta ové u ebny mají zadanou požadovanou teplotu a výsledkem je pot ebný chladicí výkon. Po íta ová simulace ur í pot ebné citelné chladicí výkony klimatizace nutné pro dodržení této teploty. V kancelá ích nebylo uvažováno žádné chlazení. 11.3.4 Ov ení modelu V n kolika krocích bylo provedeno up esn ní zadávaných podmínek, a to p edevším vnit ních zisk v prostoru knihovny. Dále bylo provedeno ov ení použitých sou initel p estupu tepla konvekcí. Pro stropní chlazení se

asto uvažuje zvýšení sou initele p estupu tepla oproti volné konvekci u

nechlazených ploch. Ov ení bylo provedeno analýzou citlivosti modelu na sou initel p estupu tepla. Analýza prokázala, že vnit ní teploty se výrazn nem ní pro r zné sou initele p estupu tepla stropu. Pro ov ení modelu chladicího stropu (chladicí výkon 40 W/m2) byly sledovány teploty uvnit chladicího stropu. Z grafu na obrázku 11.11 je patrné že teplota kolísá mezi 18 °C a 23 °C, p i emž v tšinou se pohybuje mezi 20 °C a 22 °C. V dob chlazení teplota klesá a v dob , kdy chlazení v provozu není teplota stoupá. Tento pr b h teplot odpovídá režimu s teplotou chladicí vody 18°C a omezenou kapacitou zdroje chladu.

Miloš Lain 2007

159


III.NP


IV.NP

V.NP

Provoz chlazení

30 28 26

Teplota [°C]

24 22 20 18 16 14 12 10 12.7 13.7 14.7 15.7 16.7 17.7 18.7 19.7 20.7 21.7 22.7 23.7 24.7 25.7 26.7

Den Obr. 11.11: Pr b h teplot uvnit stropu zón knihovny b hem vybraného období s vyzna ením doby provozu chlazení s chlazením v noci a denním p ichlazováním

11.3.5 Výsledky po íta ové simulace Simulace byla zam eny pouze na letní období a simulována byla perioda od kv tna do zá í. Režim byl uvažován pouze chladicí, vytáp ní v simulaci není uvažováno. Výsledky po íta ové simulace jsou prezentovány pro dv základní varianty provozu chladicích strop . Ve variant 1 (V1) je stropní chlazení v provozu na plný výkon (cca 40 W/m2 ) v no ních hodinách (od 20:00 do 8:00) a jednu hodinu b hem dne (13:30-14:30). Stropní chlazení se vypne pokud teploty vzduchu v knihovn klesnou pod 20 °C. Ve druhé variant (V2) stropní chlazení je v provozu jen v noci (20:00 -8:00 hod). Výsledky po íta ové simulace byla zpracovávány do ady graf a tabulek (Lain 2006), z nichž jsou zde prezentovány pouze vybrané (obr.11.12, obr.11.13 a tab.11.2). Pro hodnocení tepelné pohody by, p edevším u sálavých systém , m la být používána operativní teplota zahrnující teplotu vzduchu, st ední radia ní teplotu a rychlost proud ní vzduchu. Z výsledk simulací byly operativní teploty vyhodnoceny, ale vzhledem k velmi dobré shod operativních teplot a teplot vzduchu jsou jako výsledky prezentovány teploty vzduchu.

Miloš Lain 2007

160



Teplota vzduchu - varianta V 2 35.0

III.NP 34.NP

IV.NP 45.NP

V.NP Venkovní vzduch

VI.NP P ivád ný vzduch

33.0


31.0 29.0 27.0 25.0 23.0 21.0 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 12.7

13.7 14.7 15.7 16.7 17.7 18.7

19.7

20.7 21.7 22.7 23.7 24.7 25.7

26.7

Den

Obr. 11.12: Pr b h teploty vzduchu v jednotlivých podlažích knihovny b hem vybraného období p i provozu chlazení stropu pouze v noci (varianta 2) Teplota vzduchu - varianta V 1 35.0

III.NP 34.NP

IV.NP 45.NP

V.NP Venkovní vzduch

VI.NP P ivád ný vzduch

33.0


31.0 29.0 27.0 25.0 23.0 21.0 19.0 17.0 15.0 13.0 11.0 12.7

13.7 14.7 15.7 16.7 17.7 18.7

19.7

20.7 21.7 22.7 23.7 24.7 25.7

26.7

Den

Obr. 11.13: Pr b h teploty vzduchu v jednotlivých podlažích knihovny b hem vybraného období p i provozu chlazení stropu v noci a jednu hodinu b hem dne (varianta 1)

Miloš Lain 2007

161



Tab. 11.2: Výsledky simulace, etnosti teplot vzduchu v knihovn a studovnách

teplota vzduchu v rozsahu

Varianta 1

Zóna

III.NP

IV.NP

V.NP

VI.NP

34.NP

45.NP

U ebny U ebny 3.NP 4.NP

30.8

27.1

27.0

27.8

28.4

26.9

28.6

26.6

26.4

maximální teplota

°C

< 20

hodin

2941

468

356

493

571

1454

1497

451

598

od 20 do 24 hodin

501

2172

2168

2062

1799

1670

1498

1049

1039

od 24 do 27 hodin

176

1051

1171

1105

1215

572

650

2196

2059

od 27 do 28 hodin

38

5

1

36

95

0

40

0

0

od 28 do 30 hodin

36

0

0

0

16

0

11

0

0

4

0

0

0

0

0

0

0

0

2%

0%

0%

1%

3%

0%

1%

0%

0%

Venkovní vzduch

III.NP

IV.NP

V.NP

VI.NP

34.NP

45.NP

30.8

27.9

27.6

28.4

29.0

27.5

28.9

26.7

26.5

30 < Období kdy je teplota nad 27 °C Varianta 2

teplota vzduchu v rozsahu

Venkovní vzduch

Zóna

U ebny U ebny 3.NP 4.NP

maximální teplota

°C

< 20

hodin

2941

252

196

329

394

1308

1425

420

567

od 20 do 24 hodin

501

1990

1954

1886

1656

1593

1471

1046

1022

od 24 do 27 hodin

176

1382

1474

1345

1415

792

734

2230

2107

od 27 do 28 hodin

38

72

72

123

174

3

48

0

0

od 28 do 30 hodin

36

0

0

13

57

0

18

0

0

4

0

0

0

0

0

0

0

0

30 <

11.3.6 Záv r - simulace budovy Po íta ové simulace ov ily možnost použití sálavého chladicího systému s akumula ní hmotou (aktivace betonu) pro p ipravovaný objekt Národní technické knihovny. Simulace byly provedeny pro léto typického roku, p i mž bylo p edpokládáno plné vytížení knihovny. Pro tyto podmínky se maximální vnit ní teploty vzduchu v lét budou pohybovat okolo 27 °C, pokud bude v provozu denní p ichlazování. V p ípad pouze no ního chlazení betonu okolo budou maximální teploty blízké 28 °C. Nejnep ízniv jší je situace v VI.NP knihovny a studovn ve IV. a V. NP. V p echodovém období hrozí v no ních hodinách nebezpe í podchlazení objektu.

Miloš Lain 2007

162



V neklimatizovaných kancelá ích hrozí p ekro ení p ijatelných teplot z pohledu tepelné pohody v letních extrémech. Proto je t eba zajistit ešení situace, a to bu

snížením tepelné zát že (stín ní,

mén osob…) nebo chlazením (nap . aktivací betonu).

11.4 Záv r Tato p ípadová studie prokázala možnosti po íta ových simulací energetických bilancí budov pro detailní návrh a optimalizaci budov se sálavým chlazením s akumula ní hmotou provozovaných v cyklickém režimu. Budova technické knihovny je správn navržena a systém stropního chlazení je schopen zajistit tepelnou pohodu osob v letních m sících. Dalším krokem je p ipravované monitorování budovy a optimalizace jejího provozu po jejím dokon ení.

Obr. 11.14: Budova technické knihovny v roce 2007

Miloš Lain 2007

163



12 Záv ry Tato diserta ní práce podala p ehled metod nízkoenergetického a pasivního chlazení budov s d razem na budovy administrativní. Pro jednotlivé metody a základní okrajové podmínky byly zpracovány rozsáhlé rešerše, analýzy a syntézy. Pasivní nebo nízkoenergetické chlazení m že p edstavovat jediný zdroj chladu v administrativních budovách, ale to pouze v p ípad , pokud má budova malou tepelnou zát ž, není požadována p esná regulace teploty i vlhkosti vzduchu a budova je navržena i postavena a provozována v souladu s t mito zásadami. Investor stavby a uživatel objektu musí akceptovat vnit ní klima odpovídající adaptivní tepelné pohod . Ta odpovídá maximálním teplotám 28°C pro b žný rok a až 29°C pro extrémní rok. V pr b hu roku však m že i u správn

navržené budovy s pasivním nebo nízkoenergetickým

chlazením nastat relativn krátké asové období (zpravidla jen n kolik hodin), kdy jsou p ekro eny i tyto teploty. Standardní p ístup k parametr m vnit ního prost edí a tepelné pohod

vede k požadavk m na

maximální letní teploty 26°C. Tato hodnota je však prost ednictvím pasivního i nízkoenergetického chlazení pom rn obtížn dosažitelná. V budovách s pasivním i nízkoenergetickým chlazením je pro posuzování vnit ního prost edí vhodn jší užití adaptivního tepelného komfortu, který je založen na schopnosti lidského t la adaptovat se na klimatické podmínky. Vzhledem k charakteru chování budovy a systému u nízkoenergetického chlazení je vhodné posuzovat budovu spíše na základ etnosti výskytu ur itých teplot, než podle maximálních vnit ních teplot. Pasivní a nízkoenergetické chlazení využívá p irozeného zp sobu odvodu tepelné zát že, a proto je velmi siln závislé na venkovních klimatických podmínkách. Rozsáhlé analýzy prokázaly, že klima v eské republice je pro využití pasivního a nízkoenergetického chlazení budov vhodné. Jak no ní chlazení, tak i adiabatické chlazení m že výrazn p isp t ke snížení spot eby energie budov na chlazení. Vnit ní tepelná zát ž je jedním ze základních parametr

pro návrh nízkoenergetických systém .

Systémy pasivního a nízkoenergetického chlazení mohou zajistit tepelnou pohodu jen v prostorech s malou tepelnou zát ží. Analýza vnit ní tepelné zát že administrativních budov prokázala, že existují technická ešení pro snížení tepelné zát že od osv tlení. Snížení tepelné zát že zp sobené výpo etní technikou by m lo být jednou z priorit dalšího výzkumu. V p ípad , že výkony a aplikace výpo etní techniky porostou stávajícím tempem, nebude širší uplatn ní pasivního a nízkoenergetického chlazení v administrativních budovách možné. Technologie, které by mohly p isp t ke snížení tepelné zát že od

Miloš Lain 2007

164



výpo etní techniky, jsou p edstavovány zejména vodním chlazením procesor a po íta

a úspornými

režimy. Pln pasivní budova z pohledu chlazení je t žká budova, tedy budova s velkou tepelnou hmotou. Okna a prosklené plochy by m ly být co nejmenší, ale sou asn dostate n velké, aby zajistily p irozené osv tlení a p irozené v trání v denních i no ních hodinách. Oslun ná okna by m la mít vn jší stín ní, na jižní fasád je možné použít pevných stínících prvk , na východní a západní stran nastavitelných vn jších žaluzií. Cílem by m lo být dosažení co nejnižších vnit ních tepelných zisk , což výrazn ovliv uje nap íklad velká podlahová plocha p ipadající na zam stnance, malé tepelné výkony výpo etní techniky, energeticky úsporné osv tlení. Budova by m la být navržena tak, aby bylo možné p í né prov trání a v trání vlivem rozdílu hustot (svislé šachty i atria, propojení místností a chodeb), a to jak p i denním, tak i p i no ním v trání. M la by být p ijata taková opat ení, která umožní no ní v trání (okna horní ásti výklopná tak, aby nedocházelo k zatékání p i dešti a nehrozilo nebezpe í vniknutí cizích osob apod.). Investor a uživatel budovy by m l zam stnanc m umožnit tepelnou adaptaci v letním období (lehké oble ení, otevírání oken). Okolí a povrchy budovy by m ly být provedeny tak, aby nedocházelo k nár stu teplot vzduchu a výraznému tepelnému ostrovu. K tomu lze krom jiného p isp t i vhodným využíváním vodních ploch, osazení zelení apod.. Parametry vnit ního prost edí by m ly být v rámci projektování ov eny energetickou simulací, p i emž by m la následovat optimalizace režimu. Budovy navržené podle t chto zásad nemají žádnou spot ebu energie na chlazení p i dodržení adaptivního tepelného komfortu. Z toho plyne záv r, že by práv

takové budovy a systémy m ly být navrhovány v maximální mí e. Na druhou stranu

nedostatkem t chto budov je, že p irozené v trání neumož uje uplatn ní zp tného získávání tepla. Z tohoto d vodu v zimních m sících nar stá spot eba na vytáp ní. Další možností je navržení budovy v souladu se zásadami pro pasivní chlazení, p i emž je sou asn použit nucený p ívod, p ípadn i odvod vzduchu. V trací systém by m l být navržen tak, aby jeho tlakové ztráty byly co nejnižší a spot eba el.energie ventilátor nebyla v tší, než p ípadná spot eba chlazení. Pr toky vzduchu odpovídající legislativním požadavk m (50 m3/h na osobu) odpovídají intenzit v trání cca 2 1/h. Takové pr toky jsou však nedosta ující pro ú inné denní a no ní v trání a pro odvod tepelné zát že. Doporu ené intenzity v trání odpovídají 5 až 15 1/h. Tento systém m že pracovat jako no ní v trání, m že rovn ž využívat p ímého i nep ímého adiabatického chlazení nebo zemních vým ník . Vždy je vhodné navrhovat a optimalizovat tento systém pomocí po íta ové simulace energetických bilancí. Spot ebu energie na chlazení budov m že rovn ž výrazn snížit sálavé chlazení s akumula ní hmotou. Podobn jako ostatní metody nízkoenergetického chlazení se hodí pro budovy s nižší tepelnou zát ží, Miloš Lain 2007

165



kde se p edpokládá teplotní adaptace osob v letním období. Sálavé chlazení je navíc díky vysokým požadovaným teplotám vody ideální pro využití nízkopotenciálních zdroj chladu, jako je adiabatická p íprava chladicí vody nebo využití spodní vody i zemních vým ník . V p ípad , že jsou metody pasivního návrhu budovy kombinovány se strojním chlazením, je nesmírn d ležité správné dimenzování a provoz tohoto strojního chlazení. P i p edimenzovaných výkonech strojního chlazení je vysoké riziko, že celková spot eba el. energie bude vyšší, než p i použití pouze strojního chlazení. U budov s vysokou tepelnou hmotou je d ležité p ipustit kolísání teploty b hem 24 hodin tak, aby tepelná hmota byla v maximální možné mí e využita pro snížení spot eby energie strojního chlazení. N které systémy nízkoenergetického chlazení lze dob e kombinovat se strojním chlazením a snížit tím kapacitu zdroje chladu a spot ebu energie (no ní v trání, sálavé chlazení, zemní vým níky). U adiabatického chlazení nep ináší kombinace se strojním chlazením p íliš velké úspory, a to díky nutnosti odvodu vázaného tepla chladi em. Pro porovnání nízkoenergetického chlazení se standardním chlazením se jako zásadní problém ukazují nedostate né podklady o energetických parametrech klimatiza ních za ízení. Další oblastí výzkumu by m la být snaha o zjišt ní skute ných spot eb el. energie instalovaných klimatiza ních systém a zdroj chladu administrativních budov. A to p edevším m ením a monitorováním budov a jejich systém . V této p edkládané diserta ní práci jsou prezentovány zásady a doporu ení pro p edb žný návrh nízkoenergetického chlazení. No ní chlazení s vysokou tepelnou hmotou budovy dokáže odvést 20 až 30 W/m2 periodické tepelné zát že a snížit teplotu v prostoru o 2 až 3 K . P ímé adiabatické chlazení dokáže ochladit p ivád ný vzduch na teploty blížící se teplot mokrého teplom ru (ú innosti pra ek 80%) a spot eba vody bývá p ibližn 1,3 l/MJ chladicího výkonu. Nep ímé adiabatické chlazení m že ochladit p ivád ný vzduch i pod teploty mokrého teplom ru (až 120 %) v p ípad použití zkráp ných vým ník . Spot eba vody odpovídá p ibližn 1,5 l/MJ chladu. P i p edb žném návrhu sálavých systém s akumula ní hmotou lze uvažovat chladicí výkon 30 až 40 W/m2 pro strop a 20 až 30 W/m2 pro podlahy. U zemního chlazení lze p edb žn

uvažovat špi kový chladicí výkon 45 W/m2 vztaženo na

teplosm nnou plochu zemního vým níku a celkov 8 až 10 kWh/m2 chladu za sezónu. Detailní návrh a optimalizace systém pasivního a nízkoenergetického chlazení by se m l provád t na základ po íta ových energetických simulací budovy, pop ípad pomocí zjednodušených simula ních program ur ených pro jednotlivé nízkoenergetické metody chlazení.

Miloš Lain 2007

166



Jak ukázala ada prezentovaných studií, detailní návrh a optimalizace systém využívajících prvky nízkoenergetického chlazení metodou po íta ové simulace vede ke správnému dimenzování a provozu t chto systém . Po íta ová simulace m že být použita ve všech stupních p ípravy projektu. V raných stádiích (p edprojektová studie, úvodní projekt) musí být provedena ur itá zjednodušení díky nedostate ným podklad m, ale výhodou je možnost radikálních zm n v koncepci budovy a systému. V pozd jších etapách (provád cí projekt, realizace) jsou již dostupné detailní podklady, ale nelze již zpravidla provád t v tší zm ny v koncepci budovy i systému. Po íta ové simulace, m ení a monitorování skute ných budov a analýzy získaných hodnot ukazují, že výrazných úspor m že být dosaženo nejen instalací nízkoenergetického chlazení, ale i optimalizací návrhu a provozu klimatiza ních systém . Velmi problematické z pohledu spot eby energie je i projektování, realizace, uvád ní do provozu a vlastní provozování systém

v trání

klimatizace.

Stávající situace v eské republice je s ohledem na využití nízkoenergetických zp sob kritická. Snaha investor

o snížení náklad

chlazení

ve všech stupních p ípravy realizace staveb vede

k up ednost ování standardních ešení p ed ešeními komplexními, bez ohledu na spot ebu energie. Proti tomu práv metody nízkoenergetického chlazení vyžadují velmi komplexní p ístup. K ur itému zlepšení situace by mohla p isp t nová legislativa Evropské unie. Na základ výsledk této práce je t eba iniciovat další výzkumy a ve ejnou diskuzi vedoucí ke zvýšení pozornosti v nované spot eb energie budov pro chlazení. Jednotlivé díl í výsledky této práce byly úsp šn prezentovány na ad národních i mezinárodních konferencích a seminá ích. Záv ry této práce mohou napomoci ke zkvalitn ní vnit ního prost edí budov a úsporám spot eby energie v letních m sících. Bylo identifikováno n kolik oblastí, kterým by m la být v nována cílená pozornost v rámci dalších výzkum , které by mohly p isp t k dalšímu snížení spot eb energie budov na chlazení.

Miloš Lain 2007

167



Literatura citovaná v diserta ní práci Akbari, H. (2005) Energy Saving Potentials and Air Quality Benefits of Urban Heat IslandMitigation.. Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, (http://repositories.cdlib.org/lbnl/LBNL-58285/) Akbari, H.; Davis, S.; Dorsano, S.; Juany, J.; Winnett, S. (1992) Cooling Our Communities: A Guidebook on Tree Planting and Light-Colored Surfacing, U. S. Environmental Protection Agency, Office of Policy Analysis, Climate ChangeDivision. Akbari, H.; menon, S.; Rosenfeld, A. (2007) Global cooling: effect of urban Albeno on global temperature. Proceedings of 2nd PALEC konference and 28th AIVC Conference, Heliotopos Conferences, Ahtens, pp 6-9, ISBN: 978-960-6746-04-8 Allard, F.; Ghiaus, C.; Mansouri, Y. (2003) Natural Ventilation Strategies, NAS EnerBuild RTD proceedings Workshop, pp. 46-64, ISBN 8023907425 Allard, F.; Santamouris, M. (2002) Natural ventilation in buildings a design handbook. James & James Ltd, 356 s, ISBN 1873936729 ASHRAE (2004) Handbook – HVAC System and Equipment, ISBN 1-931862-48-6 ASHRAE (2005) Handbook – Fundamentals, ISBN 1-931862-71-0 Barnard, N.; Jaunzens, D. (2001) Low Energy Cooling – Technology Selection and Early Design Guidance. Building Research Establishment Ltd, London, 109 p. Bartak, M.; Drkal, F.; Hensen, J.;Lain, M., 2001, Design Support Simulations For The Prague Zoo "Indonesian Jungle" Pavilion, Proc. Building Simulation 2001, IBPSA, pp.841-845. Barták, M.; Drkal, F. (2000) Analýza vnit ního klimatu budovy AB Michle, Zpráva . 00099/216, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze Beausoleil-Morrison, I. (2000) 'The Adaptive Coupling of Heat and Air Flow Modelling Within Dynamic Whole-Building Simulation'. PhD Thesis, Glasgow, University of Strathclyde. Behne, M. (1997) Alternatives to Compressive Coolingin Non-Residential Buildings to Reduce Primary Energy Consumption, Final report, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California. Beranová, R.; vedoucí práce Huth, R. (2002) Pražský tepelný ostrov: intenzita a dlouhodobé zm ny za r zných synoptických podmínek, Diplomová práce, Katedra meteorologie a ochrany prost edí, Matematicko-fyzikální fakulta, UK v Praze, s. 84, http://home.tiscali.cz/podnebi. Clarke, J.A. (1985) Energy simulation in building design, Adam Hilger Ltd, Bristol (UK). ,ISBN 0-85274-797-7. Costelloe B.; Finn D. (2003) Indirect Evaporative Cooling Potential in Air–Water Systems in Temperate Climates. Energy and Buildings 35, Elsevier, pp.573–591, ISSN: 0378-7788. Costelloe, B.; Finn, D (2003) Energy pergormance of indirect evaporative cooling application in maritime temperate climates. Proc. International Congres of Refrigeration 2003, IIR, Washington DC, ISBN 2-913149-32-4 de Dear, R.J.; Branger, G.S. (2002) Thermal comfort in naturally ventilated buildings: Revisions to ASHRAE Standard 55, Energy and Buildings, vol 34, no 6, pp 549-561 Drkal, F.; Jelen, M.; Lain, M.; Mareš, L. (2002) Posudek klimatiza ního systému pro kancelá e C v objektu Vodní stavby bohemia, Výzkumná zpráva, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Dunovská, T. (1999) Numerické modelování a po íta ová simulace tepelné balance v technice prost edí, Diserta ní práce, VUT. 118 s.

Miloš Lain 2007

168



Duška, M. - Drkal, F. - Hensen, J.(2007) Statistical Evaluation of Equipment Gain Measurement as Boundary Conditions for Energy Simulation, Building Performance Simulation 2007, Praha, eská technika - nakladatelství VUT, s. 145-152. ISBN 978-80-01-03796-6. Duška, M. - Drkal, F. - Lain, M. (2004) Tepelné zisky z vnit ních vybavení administrativních budov, Vytáp ní, v trání, instalace, ro . 13, . 5, s. 198-201. ISSN 1210-1389. Duška, M. Drkal, F. Lain, M. (2004) Tepelné zisky z vnit ního vybavení administrativních budov, sborník p ednášek Klimatizace a v trání 2004, Praha, Spole nost pro techniku prost edí, s. 165-174. ISBN 80-02-01598-3 Duška, M., vedoucí práce Lain,M. (2002) Alternativní zp soby chlazení kancelá ských prostor, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Dvo ák, J. (2002) Hlavni správa CEZ: no ní chlazeni. Simulace budov a techniky prost edí 2002, IBPSA-CZ, Praha, s. 15-17, ISBN 8002015150. ESRU, (2001) Building and Plant Energy Simulation Environment. User Guide Version 9 Series, ESRU Publication. University of Strathclyde, Glasgow, ESRU, (2002) Building and Plant Energy Simulation Environment, User Guide Version 10 Series, ESRU Publication. University of Strathclyde, Glasgow. Fanger, P.O.; Fortun, J. (2002) Extension of the PMV model to non-air-conditioned buildings in warm climates, Energy and Buildings 34, p. 533-536, www.elsevier.com Grosso, M., Wind pressure distribution around buildings: a parametrical model, Energy and Buildings 18 (1992), pp. 101–131. Hanák, V., vedoucí práce Lain, M. (2007) Technická knihovna v Praze 6, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Hassid, S. (2000) Evaluation of passive cooling strategies for Israel. Environmental & Water Resources, Engeneering Department. pp.228-235 Heap, R.D. (2001) Refrigeration and air conditioning – the response to climate change, Bulletin of the IIR - No 2001-5. Hemzal, K. (2007) P enosové jevy v technice prost edí.Skripta, Nakledatelství VUT, ISBN 978-8001-02924-4 Hensen, J.L.M. (1991) On the thermal interaction of building structure and heating and ventilating system, PhD Thesis, Eindhoven University of Technology Hofmeister, O., Kopecký, P., Tywoniak, J. (2004) SLUNAKOV Ecological Education Center – Basic information, internal report, Prague Hollmuller, P., Lachal, B. (2005) Buried pipe systems with sensible and latent heat exchange: validation of numerical simulation against analytical solution and long-term monitoring. Proceedings of 9th conference of IBPSA, Montreal, 2005. Hopfe, C.J.; Struck, C; Harputlugil, G.U.; Hensen, J. (2006) Computational Simulation Tools for Building Services Design- Professional’s Practice and Wishes.. 17. Konference Klimatizace a v trání 2006, pp. 297-302. Houghton, J. (1998) Globální oteplování. Praha : Academia , 230 s. ISBN 80-200-0636-2 Chmel, P.; Drkal, F.; Lain, M. (2004) Tepelné zisky od slune ní radiace oknem.Klimatizace a v trání 2004, Praha, Spole nost pro techniku prost edí, s. 32-37. ISBN 80-02-01598-3. Chyský, J (1995) Výpo et teplot vzduchu v místnostech bez klimatizace v letních podmínkách., Vytáp ní, v trání, instalace, ro . 4, . 1, s. 40-44. ISSN 1210-1389. Chyský, J. (1995) Výpo et teplot vzduchu v místnosti bez klimatizace v letních podmínkách. VVI 1/95, Spole nost pro techniku prost edí, str. 40-44, ISSN 1210-1389 Chyský, J., Hemzal, K., a kol. (1993) V trání a klimatizace- Technický pr vodce. 3. vyd. Bolit, Praha, 490 str. ISBN 80-901574-0-8 Humphreys, M.;A., 1981, The dependence of comfortable temperature upon indoor and outdoor climate, Bioengineering, Thermal Physiology and comfort, Elsevier, Oxford Miloš Lain 2007

169



IEA, 1995, Review of Low Energy Cooling Technologies, Natural resources Canada, Ottawa, Canada, 88 p. Ivanová, M.; vedoucí práce Lain,M. (2007) Monitorování klimatizace úst edí SOB, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Kabele, K.; Urban, M.; Adamovský, D. (2007) Hodnocení energetické náro nosti budov – Národní kalkula ní nástroj. Fakulta stavební, katedra technických za ízení budov, VUT v Praze, (http://tzb.fsv.cvut.cz). Kaiser, J.; vedoucí práce Lain,M. (2003) P vodní vzduchotechnické systémy historických objekt , Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Kodytek, Z.; Lain, M. (2005) Kontrola klimatiza ních systém . Seminá k projektu Phare CZ20003/004-338.02.02 Implementace Sm rnice EU o energetické náro nosti budov v R, 38 s. Kolokotroni, M.; Aronis, A. (1999) Cooling-energy reduction in air-conditioned offices by using night ventilation, Applied Energy 63, 241-253, ISSN: 0306-2619, Elsevier Kopecký, P. (2006) Zemní vým ník tepla: model a validace. Vytáp ní, v trání, instalace, ro . 15, . 4, s. 198-202. ISSN 1210-1389 Kopecký, P. (2008) Návrh dimenzí zemních vým ník tepla. p ipravovaný lánek pro Vytáp ní, v trání, instalace, ro . 17, . 2, ISSN 1210-1389 Koschenz M.; Dorer V. (1999) Interaction of an air system with concrete core conditioning. Energy and Buildings 30, 139–145, ISSN: 0378-7788, Esevier. Kotan, M., vedoucí práce Lain,M. (2007) No ní chlazení, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Kraj í, I (2003) Indirect adiabatic cooling with sprayer kross-flow heat Exchanger by water. Proc. 17th International Congres of Refrigeration , IIR, Washington DC, ISBN 2-913149-32-4 Lain, M (2006) Studie možností využití stávajícího sálavého vytáp ní pro chlazení bloku A2 Fakulty strojní VUT v Praze. Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze, 8 s. Lain, M.; Drkal, F.; Hensen J.; Zmrhal, V. (2004) Low Energy Cooling Techniques for Retrofitted Office Buildings in Central Europe, Ventilation and Retrofitting. Brussels: AIVC INIVE EEIG, s. 7984. ISBN 2-9600355-6-9. Lain, M. - Drkal, F. - Zmrhal, V. - Hensen, J. (2006) Využití akumula ní schopnosti betonové konstrukce budovy pro snížení výkonu zdroje chladu. Simulace budov a techniky prost edí 2006. Praha, IBPSA-CZ, s. 29-34, ISBN 80-01-03577-8. Lain, M. (2007) Kontrola (inspekce) klimatiza ních za ízení. Vytáp ní, v trání, instalace. ro . 16, . 3, s. 160-161. ISSN 1210-1389. Lain, M. (2002) Po íta ové simulace p i ešení alternativních zp sobu chlazeni budov, Proc. Simulace budov a techniky prost edí 2002, IBPSA-CZ, p. 93 to 96, Lain, M.; Drkal. F.; Hensen, J.; Zmrhal, V. (2005) Energetické simulace objektu v Praze 5 – I.Etapa + II.Etapa + III.Etapa , Výzkumná zpráva, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Lain, M.; Gártnerová, M.; Urie, M., (2001), Historické systémy v trání, Vytáp ní, v trání, instalace, ro . 10, . 5, s. 159-162. ISSN 1210-1389. Lain, M.; Liška, P. (2004) Tepelná zát ž od um lého osv tlení, Vytáp ní, v trání, instalace, ro . 13, . 3, s. 89-93. ISSN 1210-1389. Lain,M.; Drkal, F.; Hensen, J.; Zmrhal, V. (2006) Studie energetické simulace objektu „Státní technická knihovna“ Praha 6, Dejvice, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze, 31 s. Lain, M.; Drkal, F.; Hensen, J.; Zmrhal, V. (2006) Studie po íta ové simulace energetických bilancí objektu nové budovy VUT Praha 6, Dejvice. Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze,41 s. Lain, M.; Duška,M.; Matejí ek, K (2003) Applicability Of Evaporative Cooling Techniques in the Czech Republic, Proc. International Congres of Refrigeration 2003, IIR, Washington DC, ISBN 2913149-32-4

Miloš Lain 2007

170



Levinson, R. (1997) Near-ground cooling efficacies of trees and high-albedo surfaces,, Lawrence Berkeley National Laboratory, Report LBL-40334, Berkeley, Loveday, D.L.; Parsons, K.C.; Taki, A.H.; Hodder, S.G.; Jeal, L.D. (2002) Displacement ventilation environments with chilled ceilings: thermal comfort design within the context of the BS EN ISO7730 versus adaptive debate. Energy and Buildings 34, p. 573 – 579. Lukeš, J.; vedoucí práce Duška, M.; (2007), Tepelné zisky od výpo etní techniky, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. McCartney, K.J.; Nicol, J.F. (2002) Developing an adaptive control algorithm for Europe: results of the scats project, Energy and Buildings 34 (6), pp. 623–635. McLaughlin, T.; Stribling, D.; Matthews, I.; Bissell, A.; Hughes, T. (2004) CSOB Headquarters Prague Environmental Strategy Assessment, Buro Happold, Bath, UK, pp 73. Nakhi A E (1995) Adaptive construction modelling within whole building dynamic simulation. PhD Thesis, Glasgow, University of Strathclyde. Nicol, F.; Pagliano, L. (2007) Allowing for thermal comfort in free-running buildings in the new European Standard EN 15251, Proceedings of 2nd PALEC konference and 28th AIVC Conference, Heliotopos Conferences, Ahtens, pp708-711, ISBN: 978-960-6746-04-8 Nicol, J. F.; 1973, Thermal comfort as a part of self regulating system, Bueilding Research and Practice, vol 6, noo 3, pp 1991-197. Nový, R.; a kolektiv (2000) Technika prost edí, skripta VUT, Praha, ISBN 8001021084 Oleson, B.W.; Liedelt D. F. (2000) Cooling and Heating of Buildings by Activating Their Thermal Mass with Embedded Hydronic Pipe Systems. CIBSE Konference, Dublin 2000 http://www.cibse.org/pdfs/Embedded%20Hydronic%20Pipe%20Sys.pdf Oleson, B.W. (2005) Concrete core activation ‘the technologie of the future. p ednáška na seminá i: Thermisch welbehagen in de verzorgingssector, TU-e, Eindhoven Olsen E.L.; Chen, Q.Y. (2003) Energy consumption and comfort analysis for different low-energy cooling systems in a mild climate, Energy and Buildings, Volume 35, Issue 6, July 2003, Pages 560571, Elsevier. Ostrý, M (2006) Potenciál využití materiál s fázovou zm nou v lehkých konstrukcích.. Budovy a prostredie 2006, Slovenská spolo nost pre techniku prostredia ZSVTS Bratislava, ISBN 978-80-2272759-4. Pfaferott, J.; Herkel S.; Wambsganβ, M. (2004) Design, monitoring and evaluation of a low energy office building with passive cooling by night ventilation. Energy and buildings 36, Elsevier Science, str. 455-465 Pfaferott, J.; Herkel S.; Wapler, J. (2005): Thermal building behaviors in summer: long-term data evaluation using simplified models. Energy and buildings 37, Elsevier Science. str. 844-852 Pretel, J.; a kol. (2001) T etí rámcové sd lení eské republiky k rámcové smlouv OSN o zm n klimatu, Ministerstvo životního prost edí eské republiky, 124 s, ISBN 80-7212-195-2. P ikryl, M., vedoucí práce Lain,M., (2007), No ní chlazení administrativních budov, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. Roel, H. (2000) Low Energy Cooling – Detailed Design Tools, Building Research Estabilishment Ltd, London, 327 p. Santamouris, M. (2007) Advances in passive cooling, Erthscan, London, 311s, ISBN13 9781844072637. Santamouris, M.; Argiriou, A.; Dascalaki, E.; Balaras, C.; Gaglia, A. (1994) Energy characteristics and savings potential in office buildings. Solar Energy 52 , pp. 59–66. Santamouris, M.; Asimakopoulos, D.; (1996) Passive Cooling of Buildings, James & James Ltd.; London, U.K.; 472 p. Santamouris, M.; Dascalaki, E. (2002) Passive retrofitting of office buildings to improve their energy performance and indoor environment: the OFFICE project, Building and Environment, Volume 37, Issue 6, Pages 575-578 Miloš Lain 2007

171



Santamouris, M.; Mihalakakou, G.; Argiriou A.; Asimakopoulos D. (1996), On the efficiency of night ventilation techniques for thermostatically controlled buildings. Solar Energy 56, pp. 479–483. Sazima, M.; Kmoní ek, V.; Schneller, J. (1989) Teplo. SNTL-Nakladatelství technické literatury, Praha, s. 588, ISBN 8003000432 Stec W.J.; Van Paassen A.H.C. (2005) Symbiosis of the double skin facade with HVAC system, Energy and Building,s Vol. 37, pp. 461-469. Strachan, P.A.; Kokogiannakis, G.; Macdonald, I.A. (2006) History and development of validation with the ESP-r simulation program, Building and Environment,Volume 43, Issue 4, , Part Special: Building Performance Simulation, Pages 601-609. Šmolík, J., vedoucí práce Lain,M. (2006) Spot eba energie pro klimatizaci budov, Diplomová práce, Ústav techniky prost edí, Fakulta strojní, VUT v Praze. TC 156 WI 098 (2005) Ventilation for buildings- Energy performance of buildings- Gudelines for inspection of air-conditioning systems. Technical Committee CEN/TC 156 (Ventilation for buildings). Todorovi M. (2007) Optimizationof air-conditioning system energy consumption by applying night ventilation, PhD thesis, Faculty of Mechanical Engineering, Belgrade. Urban, M.; Kabele, K.; Adamovský, D. (2007) Popis metodiky výpo tu hodnocení energetické náro nosti budov podle vyhlášky 148/2007 Sb.. 6.8.2007. TZB-info, Praha. (www.tzb-info.cz). Zimmeramann, M. (1995) Rewiew of Low Energy Cooling Technologies, IEA Anex 28 – Low energy cooling, Narural resources Canada, Ottawa, Canada, 88s. Zmrhal, V. (2005) Tepelný komfort a energetická bilance systému s chladicím stropem, Diserta ní práce, VUT. 184 s. Zmrhal, V.; Drkal, F.; Lain, M.; Mareš, L.;(2008), Stanovení vnit ní tepelné zát že pr myslových hal, sborník p ednášek Klimatizace a v trání 2008, Praha, Spole nost pro techniku prost edí. VDI 2078 Cooling load calculation of air-conditioned rooms, 1994 SN 73 0548, Výpo et tepelné zát že klimatizovaných prostor, eská státní norma, 1985 SN EN 410 Sklo ve stavebnictví – Stanovení sv telných a slune ních charakteristik. eský normaliza nmí institut. 2000 SN EN ISO 7726 Ergonomie tepelného prost edí – p ístroje pro m ení fyzikálních veli in. eský normaliza ní institut. 2006 SN EN ISO 7730 Ergonomie tepelného prost edí – Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí ukazatel PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu, eský normaliza ní institut 2006 Na ízení vlády 178/2001 Sb. 2001, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zam stnanc p i práci, se zahrnutím zm n 523/2002 Sb.; 441/2004 Sb.; 441/2004 Sb.

Miloš Lain 2007

172



Publikace autora související s diserta ní prací Sborníky Lain, M. - Hensen, J. (ed.) Modelling and Simulation for Environmental Engineering, Praha: CTU Publishing House, 2004. 133 s. ISBN 80-01-03098-9. Lain, M. (ed.) Nízkoenergetické chlazení budov, Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2005. 120 s. ISBN 80-02-01779-X. Stati ve sborníku Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. Computer Simulations - Energy Saving Desing Tool, In: EEBW 2000 Energy Efficiency Bussines Week 2000. Prague: SEVEn, 2000, s. 219-222. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. Design Suport Simulations for The Prague Zoo Indonesian Jungle Pavilion In: Building Simulation 2001. Kyoto: IBPSA, 2001, vol. 1, s. 841-845. ISBN 85-901939-3-4. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. Simulation for (Sustainable) Building Design: Czech Experiences, In: Newly Associated States Ener Build RTD - Proceedings Workshop. Praha: Czech Technical University in Prague, 2003, s. 122-127. ISBN 80-239-0742-5. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. - Matuška, T. - et al. ESP-r: Integrated Simulation Tool for Design of Building and Systems, In: Proceedings of Workshop on Integrated Building Simulation. Gliwice: Centre for Energy Efficient Technologies and Systems in Indoor Environment Engineering, 2003, s. 108-116. ISBN 83-907937-6-8. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. - Matuška, T. - et al. Simulation to Support Sustainable HVAC Design for Two Historical Buildings in Prague, In: PLEA 2001. Brazil: Centro Tecnologico, Universidade Federal Do Espírito Santo, 2001, vol. 1, s. 903-908. ISBN 85-90-13324-9. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. - Schwarzer, J. Computer Simulations for State-of-theArt Engineering Design of a Commercial Building in Prague, In: AED 2003 [CD-ROM]. Praha: Procesní inženýrství Ing. J. Novosad, 2003, ISBN 80-86059-35-9. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. - Schwarzer, J. - et al. An Approach to Teaching and Research of Simulation for Environmental Engineering Design, In: AED 2003 [CD-ROM]. Praha: Procesní inženýrství Ing. J. Novosad, 2003, ISBN 80-86059-35-9. Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. - Schwarzer, J. - et al. Simulation for (Sustainable) Building Design: Czech Experiences, In: Clima 2000 - Napoli 2001 [CD-ROM]. Milan: 2001, vol. 1, s. 354-363. Barták, M. - Drkal, F. - Lain, M. Optimalizace v trání atria po íta ovou simulací, In: Vetranie a klimatizácia 2000. Bratislava: Slovenská spolo nost pro techniku prostredia, 2000, s. 85-90. Barták, M. - Drkal, F. - Lain, M. Využití po íta ových simulací energetických bilancí budov a za ízení techniky prost edí pro výuku, In: Pedagogický software 2000. eské Bud jovice: Scientific Pedagogical Publishing, 2000, s. 16. ISBN 80-85645-40-8. Barták, M. - Hensen, J. - Lain, M. - Paulovi , L. Nová solární data v klimatické databázi TRY Praha, In: Simulace budov 2000. Praha: IBPSA-CZ, 2000, s. 7-12. ISBN 80-02-01375-1. Drkal, F. - Barták, M. - Lain, M. - Hensen, J. - Schwarzer, J., P ísp vek k vývoji ve v trání a klimatizaci, In: 50 let výuky Techniky prost edí na Fakult strojní VUT v Praze. Praha: VUT, Fakulta strojní, 2001, s. 39-48. ISBN 80-01-02431-8. Drkal, F. - Barták, M. - Lain, M. - Hensen, J. - Schwarzer, J. Simula ní a experimentální technika pro v trání a klimatizaci, In: Strojné inžinierstvo 2001. Bratislava: STU, 2001, s. 1-8. Duška, M. - Drkal, F. - Lain, M. Tepelné zisky z vnit ních vybavení administrativních budov, In: Klimatizace a v trání 2004. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2004, s. 7-15. ISBN 80-0201598-3. Chmel, P. - Drkal, F. - Lain, M. Tepelné zisky od slune ní radiace oknem, In: Klimatizace a v trání 2004. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2004, s. 32-37. ISBN 80-02-01598-3. Miloš Lain 2007

173



Chmel, P. - Lain, M. Posouzení no ního v trání kancelá e pomocí po íta ové simulace, In: Sborník 2. národní konference IBPSA-CZ Simulace budov a techniky prost edí 2002. Praha: IBPSA-CZ, 2002, s. 45-48. ISBN 80-02-01515-0. Lain, M. Computer Simulation for new Technical Library Building, In: Building Performance Simulation 2007. Praha: eská technika - nakladatelství VUT, 2007, s. 64-72. ISBN 978-80-0103796-6. Lain, M. Dimenzování a optimalizace no ního v trání s použitím po íta ové simulace, In: Nízkoenergetické chlazení budov. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2005, s. 25-32. ISBN 8002-01779-X. Lain, M. Pasivní a nízkoenergetické systémy chlazení budov, In: Nízkoenergetické chlazení budov. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2005, s. 3-6. ISBN 80-02-01779-X. Lain, M. Po íta ové simulace energetických bilancí, In: Po íta pro vzduchotechniky. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2001, s. 38-42. Lain, M. Po íta ové simulace p i ešení alternativních zp sob chlazení budov, In: Sborník 2. národní konference IBPSA-CZ Simulace budov a techniky prost edí 2002. Praha: IBPSA-CZ, 2002, s. 93-96. ISBN 80-02-01515-0. Lain, M. Použití simula ních metod pro stanovení pot eby tepla, In: Spot eba tepla p i úst edním vytáp ní obytných budov, cesty k úsporám. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 1999, s. 10-14. Lain, M. Používání výpo etní techniky v technice prost edí, In: Klimatizace a v trání pro p íští století. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 1999, s. 133-137. ISBN 80-02-01315-8. Lain, M. Tepelná pohoda osob p i použití chladivových systém , In: Chladivové klimatiza ní systémy. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2007, s. 37-39. ISBN 978-80-02-01932-9. Lain, M. - Barták, M. Použití informa ních technologií ve vzduchotechnice, In: Klimatizace a V trání 2002. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2002, díl 1, s. 111-116. ISBN 80-02-01477-4. Lain, M. - Barták, M. Používání výpo etní techniky v technice prost edí, In: 15. konference o vytáp ní - sborník p ísp vk . Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 1997, s. 239-253. ISBN 80-20-01139-2. Lain, M. - Barták, M. Riziko pr vanu v místnostech chlazených jednotkami s p ímým chladivovým okruhem, In: Klimatizácia a chladenie 2003. Rovinka: Slovenský zväz pre chladiacu a klimatiza ní techniku, 2003, s. 91-95. ISBN 80-968986-1-2. Lain, M. - Barták, M. Využití modelu proud ní p i energetické simulaci objemných prostor, In: Simulace budov 2000. Praha: IBPSA-CZ, 2000, s. 101-104. ISBN 80-02-01375-1. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Computer Simulation and Measurements of a Building with Top-Cooling, In: Building Simulation 2005. Montreal: IBPSA, 2005, s. 420-428. ISBN 2-55301152-0. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Design and Commissioning of the Low-Energy Office Building in Prague, In: Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment. Athens: Heliopotos conferences, 2005, vol. 2, s. 913-917. ISBN 960-88153-3-9. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Simulation to Support Passive and Low Energy Cooling System Design in the Czech Republic, In: Solar Renewable Energy News 2005. Bratislava: Comenius University, 2005, vol. 2, s. 31-33. ISBN 80-223-2045-5. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Uplatn ní po íta ových simulací p i dimenzování klimatiza ních za ízení, In: Klimatizácia a chladenie 2003. Rovinka: Slovenský zväz pre chladiacu a klimatiza ní techniku, 2003, s. 78-83. ISBN 80-968986-1-2. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Use the Computer Simulation for Evaluation Low Energy Cooling, In: Energy Efficient Technologies in Indoor Environment. Gliwice: Silesian Technical University, 2005, . ISBN 83-922941-0-6. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Využití po íte ové simulace p i návrhu klimatizce nové galerie v objektu Sovových mlýn , In: Sustainable Building & Solar Energy 2001. Brno: Brno University, 2001, díl 1, s. 80-83.

Miloš Lain 2007

174



Lain, M. - Drkal, F. - Hensen, J. - Zmrhal, V. Low Energy Cooling Techniques for Retrofitted Office Buildings in Central Europe, In: Ventilation and Retrofitting. Brussels: AIVC INIVE EEIG, 2004, s. 79-84. ISBN 2-9600355-6-9. Lain, M. - Drkal, F. - Zmrhal, V. - Hensen, J. Využití akumula ní schopnosti betonové konstrukce budovy pro snížení výkonu zdroje chladu, In: Simulace budov a techniky prost edí 2006. Praha: IBPSA-CZ, 2006, s. 29-34. ISBN 80-01-03577-8. Lain, M. - Duška, M. - Mat jí ek, K. Applicability of Evaporative Cooling Techniques in the Czech Republic, In: Proceedings 21st International Congress of Refrigeration [CD-ROM]. Paris: International Institute of Refrigeration, 2003, ISBN 2-913149-32-4. Lain, M. - Gartnerová, M. - Schneidrová, E. The Original Ventilation Systems of Historical Buildings In: Proceedings of Workshop 2000. Prague: CTU, 2000, vol. B, s. 615. ISBN 80-01-02229-3. Lain, M. - Hensen, J. Alternativní zp soby chlazení budov, In: Sborník p ísp vk konference CEERES 03. eské Bud jovice: Energy Centre eské Bud jovice, 2003, s. 83-88. ISBN 80-2391142-2. Lain, M. - Hensen, J. Combination of Low Energy and Mechanical Cooling Technologies for Buildings in Central Europe, In: Compressors and Coolants. Rovinka: SZ CHKT, 2004, s. 15-20. ISBN 80-968986-2-0. Lain, M. - Hensen, J. Computer Simulation of a Commercial Building with Top Cooling, In: Modelling and Simulation for Environmental Engineering. Praha: CTU Publishing House, 2004, s. 7578. ISBN 80-01-03098-9. Lain, M. - Hensen, J. Kalibrace modelu pro simulace chlazení administrativní budovy se zvýšenou tepelnou setrva ností, In: Simulace budov a techniky prost edí 2004. Praha: VUT, 2004, s. 77-80. ISBN 80-02-01678-5. Lain, M. - Hensen, J. Nízkoenergetické chlazení budov, In: Klimatizace a v trání 2004. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2004, s. 239-244. ISBN 80-02-01598-3. Lain, M. - Hensen, J. Passive and Low Energy Cooling Techniques for the Czech Republic, In: Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment. Athens: Heliopotos conferences, 2005, vol. 1, s. 197-202. ISBN 960-88153-3-9. Lain, M. - Hensen, J. Passive and Low Energy Cooling Techniques in Buildings, In: 17th AirConditioning and Ventilation Conference 2006. Praha: Spole nost pro techniku prost edí, 2006, s. 183-188. ISBN 80-02-01811-7. Lain, M. - Hensen, J. The Optimization of the Mechanical Night Cooling System in the Office Building, In: Compressors 2006. Bratislava: Slovak Association for Refrigeration and AirConditioning Technology, 2006, s. 254-261. ISBN 80-968986-5-5. Lain, M. - Kvaltin, J. Low - Energy Cooling Techniques for Buildings, In: Proceedings of Workshop 2001. Prague: CTU, 2001, vol. B, s. 828-829. ISBN 80-01-02335-4. Lain, M. - Zmrhal, V. - Drkal, F. - Hanák, V. Aktivace betonu - Státní technická knihovna In: Budovy a prostredie 2007. Bratislava: Slovenská spolo nost pro techniku prostredia, 2007, s. 74-79. ISBN 978-80-227-2759-4. Lain, M. - Zmrhal, V. - Drkal, F. - Hensen, J. Po íta ové simulace nov stav né administrativní budovy, In: Budovy a prostredie 2006. Bratislava: STU, 2006, s. 71-74. ISBN 80-227-2518-8. Lain, M. - Zmrhal, V. - Drkal, F. - Hensen, J. Slab Cooling System Design Using Computer Simulation, In: Central Europe towards Suistainable Bulding 07 Prague. Prague: CTU, Faculty of Civil Engineering, 2007, s. 599-605. ISBN 978-80-903807-8-3. Lain, M. - Zmrhal, V. - Hensen, J. Low Energy Cooling for Buildings in the Middle Europe - Case Studies, In: Proceedings of the 2nd PALENC Conference and the 28th AIVC Conference. 28 Ypsilantou str., GR-172 36 Dafni, Athens: Heliotopos Conferences Ltd., 2007, s. 597-601. ISBN 978960-6746-02-4. Zmrhal, V. - Drkal, F. - Hensen, J. - Lain, M. Možnosti využití nízkoenergetického chlazení v rekonstruovaných budovách, In: Simulace budov a techniky prost edí 2004. Praha: VUT, 2004, s. 131-135. ISBN 80-02-01678-5. Miloš Lain 2007

175



Zmrhal, V. - Lain, M. - Drkal, F. Po íta ová simulace p irozen v traných lodžií bytového objektu, In: Simulace budov a techniky prost edí 2006. Praha: IBPSA-CZ, 2006, s. 45-48. ISBN 80-01-03577-8. Kapitoly v knize Hensen, J. - Barták, M. - Drkal, F. - Dunovská, T. - Lain, M. - et al. Building Performance Simulation as a Design Tool for Refurbishment of Buildings, In: Simulationsmethoden bei der Planung von Neubauten und Instandsetzungen. München: WTA Wissenschaftlich-TechnischeArbeitsgemeinschaft für Bauwerkserhaltung und Denkmalpflege e.V., 2004, s. 15-28. ISBN 3-93706601-2. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Vykorzystanie simulacji komputerowej do oceny niskoenergetycznych systemow chlodzenia w czechach In: Energooszczedne ksztaltowanie srodowiska wewnetrznego. Gliwice: Politechnika Slaska, 2005, s. 324-339. ISBN 83-922941-1-4. lánky v asopisu Barták, M. - Drkal, F. - Lain, M. - Hensen, J. Po íta ové simulace pro návrh klimatizace pavilonu Indonéská džungle Zoo Praha, In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2003, ro . 12, . 1, s. 43-45. ISSN 1210-1389. Duška, M. - Drkal, F. - Lain, M., Tepelné zisky z vnit ních vybavení administrativních budov, In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2004, ro . 13, . 5, s. 198-201. ISSN 1210-1389. Lain, M. Alternativní chlazení obytných budov, In: Alternativní energie. 2004, ro . 7, . 3, s. 36-38. ISSN 1212-1673. Lain, M. Kontrola (inspekce) klimatiza ních za ízení, In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2007, ro . 16, . 3, s. 160-161. ISSN 1210-1389. Lain, M. Nízkoenergetické chlazení budov, In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2003, ro . 13, . 5, s. 206207. ISSN 1210-1389. Lain, M. Trendy ve vývoji klimatizace a v trání, In: Klimatizace. 2007, ro . 39, . 1, s. 79. Lain, M. - Barták, M. - Drkal, F. - Hensen, J. Využití po íta ové simulace p i návrhu klimatizace nové galerie v objektu Sovových mlýn , In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2002, ro . 11, . 2, s. 68-70. ISSN 1210-1389. Lain, M. - Gártnerová, M. - Urie, M. Historické systémy v trání, In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2001, ro . 10, . 5, s. 159-162. ISSN 1210-1389. Lain, M. - Liška, P. Tepelná zát ž od um lého osv tlení, In: Vytáp ní, v trání, instalace. 2004, ro .

Miloš Lain 2007

176

Disertaní práce. Ing. Miloš Lain. Technika prostedí. Prof. Dr. Ir. Jan Hensen Praha

Recommend Documents