ENS. Nízkoenergetické a pasivní stavby. Přednáška č. 11. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

ENS

Nízkoenergetické a pasivní stavby Přednáška č. 11

Přednášky: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Cvičení: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Garant: Ing. Michal Kraus, Ph.D. Katedra stavebnictví


ENS

Zdroje chladu

ENS

Nízkoenergetické a pasivní stavby

Zdroje chladu

• Využívání elektrických spotřebičů a kancelářské techniky zvyšuje četnost výrazných teplotních extrémů – požadavek na chlazení • Chlazení v kancelářských budovách se považuje za nezbytné, tento trend se promítá i do bytové výstavby • Potřeba chlazení musí být efektivně minimalizována již architektonickým a stavebním řešením (vhodná orientace vůči světovým stranám, vhodné stínění, využití okolní zeleně, vodní plochy, … )

• Zásadním předpokladem, který umožňuje udržet požadovanou tepelnou pohodu vnitřního prostředí je schopnost konstrukce akumulovat tepelnou energii a snižovat letní extrémy vnitřních teplot 3

ENS


Zdroje chladu

• Efektivita nasazení chladících zařízení se porovnává hodnotou provozního chladícího faktoru EER, který vyjadřuje poměr mezi dodaným chladem a potřebnou energií na provoz zdroje chladu • Současně je nutné věnovat pozornost náročnosti chlazení z hlediska potřeby primární energie • Pro účely chlazení se doporučuje využít některého ze způsobů nízkoenergetického chlazení a obnovitelných zdrojů chladu v kombinaci s vhodnou chladící soustavou, případně ve spolupráci s tradičními metodami strojního chlazení a vhodnou regulací výkonu

4

ENS


Kompresorové chlazení

• Kompresorové chladící zařízení je nejčastěji používaným zdrojem chladu

• Při parním oběhu výparník odnímá chlazené látce teplo a převádí ho na vyšší teplotní hladinu • Takto přečerpávané teplo je z chladiva při kondenzaci v kondenzátoru odvedeno do venkovního prostředí • Obecně platí, že chladící faktor jako poměr mezi produkovaným chladem a spotřebou elektrické energie na pohon kompresoru je tím vyšší, čím jsou teploty ve výparníku a kondenzátoru bližší • Kondenzátory chladících soustav se doporučuje umístit do míst, která nejsou ovlivněna vysokou teplotou okolního vzduchu 5

ENS


Kompresorové chlazení

6

ENS


Sorpční chlazení

• Sorpční chlazení využívá pro přečerpávání tepla z chlazené látky také parní oběh

• Využití varu a kondenzace chladiva, avšak místo mechanického zařízení pro zvýšení tlaku a teploty využívá proces sorpce a desorpce v pracovní látce – sorbentu, • Sorbent může být kapalný (absorpce) nebo tuhý (adsorpce) • Pohonnou energií sorpčního oběhu je tepelná energie o dostatečné teplotě, přiváděná pro vypuzení chladiva ze sorbentu v desorbéru

• Odpadní teplo je odváděno z kondenzátoru, v němž kondenzuje chladivo a z absorbéru, v němž dochází k sorpci chladiva a uvolnění sorpčního tepla 7

ENS


Sorpční chlazení

• Absorpční chladící zařízení s kapalným sorbentem využívají nejčastěji kombinace pracovních látek LiBr a LiCl jako sorbentu a vody jako chladiva, nebo vody ve funkci sorbentu s čpavkem jako chladivem • Absorpce je fyzikální děj, při němž se rozpouští plynná fáze v kapalině. Kapalina se nazývá absorbent a plyn absorbát • Absorpční desorbéru

chlazení

vyžaduje

vysoké

pracovní

teploty

• Pro jednostupňový cyklus se pracovní teploty pohybují 80 - 100 °C

• Pro dvoustupňový cyklus se pracovní teploty pohybují 120 - 170 °C

• Typickými příklady použití absorpčních chladících jednotek jsou systémy trigenerace pro kombinované zásobování teplem, chladem a elektrickou energií 8

ENS


Sorpční chlazení

9

ENS


Sorpční chlazení

• Trigenerace znamená kombinovanou výrobu elektřiny, tepla a chladu

• Technologicky se pak jedná o spojení kogenerační jednotky s absorpční chladicí jednotkou • Toto spojení je výhodné z pohledu ekonomiky provozu kogenerační jednotky, kdy se snažíme o její max. roční využití a v letních měsících namísto často nepotřebné výroby tepla vyrábíme chlad

10

ENS


Nízkoenergetické chlazení

• Nízkoenergetické chlazení je vhodné kvůli omezenému výkonu a nízké regulaci v budovách s nižší tepelnou zátěží

• Návrh soustav nízkoenergetického chlazení vyžaduje podrobné znalosti o chování budovy a systému, podrobné analýzy klimatických dat a další informace • Nízkoenergetické chlazení: • Noční chlazení • Adiabatické chlazení • Využití chladu zemského polomasivu

• Noční radiační chlazení

11

ENS



• Noční chlazení je jednou ze základních metod nízkoenergetického chlazení budov • Tepelné zisky jsou během dne akumulovány do tepelné hmoty budovy a odvedeny větráním v noci • Hmota konstrukcí v budově se předchlazuje vzduchem a v následujícím dni se opět ohřívá

chladným

nočním

• Základní podmínky nočního chlazení jsou: • Nízká venkovní teplota v nočních hodinách (minimální noční teploty pod 15 °C, rozdíl denních a nočních teplot vyšší než 10 °C) • Dostatečná akumulační hmota konstrukcí

• Dobrá provětratelnost budovy • Noční větrání může být přirozené nebo nucené • Pasivní chlazení nepotřebuje energie, ale je nutné jej zpravidla kombinovat s jinými způsoby chlazení

• Nucené větrání je zajištěno ventilátory

12

ENS



• Princip nočního větrání

13

ENS



• Adiabatické chlazení funguje na principu přeměny citelného tepla chlazeného vzduchu na teplo vázané při odpařování vody • Voda rozprašována do vzduchu se odpařuje a teplota vzduchu klesá, zatímco vlhkost roste • Mezi základní metody adiabatického chlazení patří: • Přímé – ochlazování vzduchu přímo přiváděného do prostoru • Nepřímé - přes teplosměnnou plochu je chlazen sekundární vzduch nebo chladící vody a tyto teplonosné látky jsou použity k další distribuci chladu

14

ENS



• Přímé adiabatické chlazení je vhodné zejména pro suché, horké a teplé klima. Nelze jej účinně využít ve vlhkých oblastech • Přímé adiabatické chlazení umožňuje výrazně snížit tepelnou zátěž, ale není schopno celoročně zajistit požadovaný tepelný komfort – s rostoucí vlhkostí vzduchu klesá pocit tepelné pohody • Výhodou jsou nízké pořizovací náklady a kvalitní větrání • Nevýhodou je riziko množení bakterií druhu legionella

Schéma přímého adiabatického chlazení (vlevo) a kombinace nepřímého a přímého adiabatického chlazení (vpravo)

15

ENS



• Využití chladu zemského masivu zahrnuje zemní výměníky (vzduchu, kapalinové) a využití spodní i povrchové vody pro přímé chlazení • Zemní výměníky i zdroje spodní vody využívají jako zdroje chladu celoročně stálé teploty zeminy • Vlastní zemní výměník tepla je potrubní síť uložená v dostatečné hloubce pod povrchem terénu o délce dané požadovaným výkonem

• Zemský masiv působí jako velkoobjemový sezónní akumulátor tepla, do kterého je odváděno teplo odejmuté teplonosné látce procházející výměníkem • Teplonosnou látkou může být vzduch nebo kapalina

• Vzduchové zemní výměníky lze použít v systémech: • Přímé sání – zemním výměníkem je nasáván venkovních vzduch do centrální vzduchotechnické jednotky za podmínek, kdy venkovní vzduch již nemá potřebný chladící efekt

• Cirkulační – zemní výměníkem je tvořen přívodní a vratnou větví

16

ENS



• Vzduchové výměníky lze v předehřev větracího vzduchu

zimním

období

využít

pro

• Kapalinové zemní výměníky jsou tvořeny vodní potrubní sítí • V případě využití při zemním předehřevu je nutné potrubí naplnit nemrznoucí směsí • Pro účely chlazení v letních měsících lze využít zemního výměníku tepelného čerpadla země – voda • V případě využití spodní vody se voda čerpá z hloubky 5 m kvůli celoročně stálé teplotě zemského masivu (9 – 12 °C). Pro čerpání je nutné využít čerpací studny s potřebnou vydatností

17

ENS



Vzduchový zemní výměník AWADUKT Thermo – potrubí se speciální antibakteriální úpravou

18


ENS

Klimatizační soustavy

ENS



• Pojem klimatizace chlazením vzduchu

je

znám

především

v

souvislosti

s

• Termín má však širší význam, jedná se o úpravu vnitřního prostředí pro uspokojení základních požadavků osob jako je tepelná pohoda a kvalitní vzduch • Klimatizační soustavy mají zajistit větrání, vytápění, chlazení a úpravu vlhkosti vzduchu • Podle látky, kterou se přivádí teplo nebo chlad do prostoru se rozlišují soustavy vodní, vzduchové, chladivové, případně kombinované

20

ENS



• Vzduchové soustavy jsou založeny na přivádění vzduchu, který je vhodně upraven v centrální vzduchotechnické jednotce. Využívají se především v prostorech s požadavky na vysoké průtoky čerstvého vzduchu (divadla, restaurace, kina) • Vodní soustavy zajišťují přívod a odvod energie pomocí otopné nebo chladící vody. Jako koncové prvky jsou využity nízkoteplotní a vysokoteplotní chladící plochy s převažující sálavou složkou nebo otopná tělesa. Přívod čerstvého vzduchu a odvod škodlivin musí zajistit větrací soustava

• Chladivové soustavy využívají pro přenos energie přímo chladivo mezi venkovní jednotkou a vnitřními jednotkami. Přívod čerstvého vzduchu a odvod škodlivin musí zajistit větrací soustava 21

ENS


Větrací soustavy

• Větrání budov slouží k přívodu čerstvého venkovního vzduchu do vnitřních prostor k zajištění požadované kvality ve vnitřním prostředí • Současně dochází k odvodu vzduchu znehodnoceného škodlivinami produkovanými ve vnitřním prostředí od osob, a nábytku, prachem z textilií, palivových článků, produktů z vaření, apod. • U obytných budov se vychází z návrhové hodnoty čerstvého vzduchu od 15 do 25 m3/(h.os.) nebo doporučené intenzity větrání od 0,3 do 0,5 h-1 • Čerstvý vzduch se přivádí do místa pobytu osob tak, aby negativně nepůsobil na osoby • Znečištěný vzduch se odvádí z místností se zdroji znečišťujících látek

22

ENS


Větrací soustavy

• S ohledem na požadavek vysoké těsnosti obvodového pláště nelze považovat infiltraci spárami oken za účinné trvalé větrání

• Doporučuje se využít nuceného rovnotlakého větrání se zpětným získáváním tepla • Větrací soustava by měla umožnit regulaci průtoků větracího vzduchu podle aktuálních provozních požadavků • Prostory, v nichž jsou umístěny spotřebiče paliv v netěsném provedení (kamna, kotle) nesmějí být větrány podtlakově • Obecně se použití spalovacích zařízení v budovách s vysokým stupně neprůvzdušnosti nedoporučuje, vyjma uzavřených spotřebičů s vlastním přívodem vzduchu • Snížením energetické náročnosti větrání je možné dosáhnout zpětným získáváním tepla 23

ENS


Větrací soustavy

• Pro zpětné získávání tepla lze v budovách využít především: • Rekuperační deskové výměníky – nejčastěji v provedení křížovém nebo protiproudém s teplotními faktory od 40 do 90 % podle poměru velikosti teplosměnné plochy a průtoku • Regenerační rotační výměníky – používají se především u velkých zařízení, akumulační hmota výměníku ve tvaru válce rotuje mezi proudem přiváděného a odváděného vzduchu, teplotní faktory se pohybují nad 60 % • Kapalinové teplosměnné okruhy – jsou tvořeny dvěma rekuperačními výměníky vzduch – kapalina, oddělenými kapalinovým okruhem (voda, nemrznoucí směs) pro přenos tepla na větší vzdálenost, teplotní faktory od 30 do 50 %. 24

ENS


Větrací soustavy

Schéma rotačního výměníku Deskový výměník s křížovým prouděním 25

ENS


Otopné soustavy

• Pro vytápění energeticky efektivních budov se doporučuje navrhovat nízkoteplotní otopné soustavy s teplotou otopné vody pod 40 °C • Nízkoteplotní otopné soustavy je vhodné realizovat s otopnými tělesy nebo velkoplošné se stěnovými, stropními a podlahovými otopnými plochami • Omezeně lze teplovzdušné

nízkoteplotní

vytápění

realizovat

jako

• Otopná soustava by měla pružně reagovat na změnu potřebného výkonu vlivem proměnlivých klimatických podmínek • Otopné soustavy musí vykazovat nízkou tepelnou setrvačnost danou malým objemem otopné vody 26

ENS


Chladící soustavy

• Z hlediska potřeby chladu a elektrické energie se na chlazení doporučuje používat sálavé chladící soustavy (sálavé stropy, sálavé stěny), které umožňují oproti běžným chladícím soustavám o 15 až 30 % nižší spotřebu energie • Na povrchu chladící plochy nesmí docházet ke kondenzaci vodní páry

27

ENS


Rozvody tepla a chladu

• Rozvody tepla a chladu musí být opatřeny dostatečnou tepelnou izolací pro omezení energetických ztrát

• Tepelnou izolací je nezbytné opatřit i armatury, oběhová čerpadla či výměníky • Tepelná izolace musí být souvislá včetně spojovacích prvků

• Rozvody tepla a chladu by měly být hydraulicky vyváženy vhodným zařízením s respektování dostatečné autority regulačních armatur

28


ENS

Příprava teplé vody

ENS


Příprava teplé vody

• Zařízení a tepelné soustavy pro přípravu teplé vody musí zajistit teplou vodu v požadovaném množství o požadované teplotě a hygienické kvalitě • Teplota teplé vody by měla mít na výtoku 45 – 60 °C • Tepelné ztráty jsou dány ztrátami vlastní přípravy a ztrátami rozvodu • Zásobníky teplé vody a její rozvody se opatřují tepelnou izolací • Jedním z možných způsobů dosažení nízké energetické náročnosti přípravy teplé vody je využití tepla z odváděné odpadní vody pro předehřev přiváděné studené vody • Tímto způsobem lze ušetřit 20 až 50 % potřebné energie 30

ENS


Zpětné získávání tepla

• Systém využívání tepla z odpadní vody může být: • Centrální – zařízení pro zpětné získávání tepla je instalováno před vstupem studené vody do centrální přípravy teplé vody (zásobníky) a zvyšuje její teplotu • Decentrální – zařízení pro zpětné získávání tepla je umístěno přímo u zařizovacího předmětu, mezi decentralizované způsoby patří např. horizontální výměník umístěný pod sprchovým koutem, omývaný odcházející vodou a předehřívající studenou vodu do baterie, která se mísí s teplou vodou. • Průtočný – odtékající odpadní vodou je přes teplosměnnou plochu přímo ohřívána přiváděná studená voda vstupující do baterie nebo do přípravy teplé vody, mezi průtočné způsoby patří výměník pod sprchou • Akumulační – využívá se centrální zásobník, v němž se odpadní voda zdrží po dobu, kdy dochází k odčerpávání tepla rekuperačním výměníkem nebo tepelným čerpadlem

31

ENS


Zpětné získávání tepla

32

Děkuji za pozornost

Dotazy či připomínky: [email protected]

ENS

Ing. Michal Kraus, Ph.D. [email protected]

33

ENS. Nízkoenergetické a pasivní stavby. Přednáška č. 11. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Recommend Documents