ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ INTELIGENTNÍ BUDOVY DIPLOMOVÁ PRÁCE VYTÁPĚNÍ RODINNÉHO DOMU

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ INTELIGENTNÍ BUDOVY

DIPLOMOVÁ PRÁCE VYTÁPĚNÍ RODINNÉHO DOMU

Praha, 2012

Autor: Tomáš Čižinský

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

Diplomová práce

Praha 2012

Prohlášení

2


Prohlášení

Prohlášení Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl veškeré použité informační zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodržování etických principů při přípravě vysokoškolských závěrečných prací.

………………………….

V Praze dne:

Diplomová práce

Praha 2012

3


Poděkování

Poděkování Děkuji především prof. Ing. Jiřímu Baštovi, Ph.D. za odborné vedení a podporu při vypracování této diplomové práce. Dále chci poděkovat rodině, přátelům a svému zaměstnavateli, za podporu a prostor k úspěšnému dokončení této práce a celého studia. Firmě Sofim spol. s r. o. děkuji za zapůjčení vzorků k testování řízení teploty, žaluzií a osvětlení.

Diplomová práce

Praha 2012

4


Souhrn

Souhrn Diplomová práce se zabývá komplexním návrhem vytápění dvougeneračního rodinného domu. Dle konstrukce a půdorysů byla zvolena dvoutrubková protiproudá soustava s nuceným oběhem vody a hvězdicovým rozvodem. Otopné plochy jsou reprezentovány podlahovým vytápěním v kombinaci s deskovými otopnými tělesy a podlahovými konvektory. Hydraulické vyvážení otopné soustavy je provedeno místní regulací přednastavením

termostatických ventilů

a

vyvažovacími ventily na hlavním vertikálním rozvodu.

regulačního

šroubení

a

Zdrojem tepla je plynový

kondenzační kotel s kombinovaným ohřevem teplé vody. Teplotní spád je shodný pro všechny otopné plochy 40/32 °C. Zvýšená pozornost je věnována systémům měření a regulace a elektronickému zabezpečení objektu. Centrální řídicí jednotka připojená do internetu umožňuje vzdálenou správu a monitorování objektu. Výkon hořáku kotle je řízen ekvitermně. Objekt je rozdělen na několik zón s individuální prostorovou regulací teploty, žaluzií a osvětlení. Objekt je zajištěn elektronickým zabezpečovacím systémem proti vloupání a havarijním stavům jako je např. zaplavení kotelny nebo únik plynů a požár.

Diplomová práce

Praha 2012

5


Obsah

Summary The thesis deals with comprehensive proposal of the heating the double generation family house. According to the construction and floor plans have choosen two-pipe system with forced circulation of water to the radial distribution. The heating surfaces are represented by floor-heating, panel radiators and underfloor convectors. Hydraulic balancing is solved by presetting of thermostatic valves, radiator lockshield valves and balancing valves on the main vertical distribution. The source of heat is gas-fired condensing boiler with a bulit-in domestic hot water. The temperature difference is identical for all heating surfaces 40/32 °C. Increased attention is aplied to measurement and control systems and electronic security of the building. The central control unit connected to the internet allows remote management and monitoring of the building. The performance of the boiler burner is contolled by outside temperature. The building is splitted into several zones with individual room control of temperature, lighting and blinds. Whole building is ensured by an electronical secure system against burglary and emergency situations such as submergence of the boiler room or gas leaking and fire.

Diplomová práce

Praha 2012

6


Obsah

Obsah

Prohlášení Poděkování Souhrn Summary Obsah Přehled použitých symbolů, veličin a jednotek ................................................................................... 9 1

Úvod .............................................................................................................................................. 11

2

Popis objektu................................................................................................................................ 13

3

4

5

2.1

Tepelně technické vlastnosti objektu..................................................................................... 14

2.2

Výpočet tepelných ztrát ......................................................................................................... 15

Otopná soustava .......................................................................................................................... 19 3.1

Uspořádání otopné soustavy .................................................................................................. 19

3.2

Návrh podlahového vytápění ................................................................................................. 19

3.3

Tepelně – technický výpočet podlahového vytápění ............................................................. 21

3.4

Návrh otopných těles ............................................................................................................. 25

3.5

Výpočet tlakových ztrát......................................................................................................... 27

3.6

Hydraulické vyvážení soustavy ............................................................................................. 29

3.7

Návrh zdroje tepla ................................................................................................................. 32

3.8

Tlaková expanzní nádoba ...................................................................................................... 35

3.9

Oběhové čerpadlo .................................................................................................................. 36

3.10

Příprava teplé vody ................................................................................................................ 38

3.11

Potřeba tepla pro vytápění ..................................................................................................... 40

3.12

Potřeba paliva ........................................................................................................................ 41

Měření a regulace ........................................................................................................................ 42 4.1

Centrální řídicí jednotka ........................................................................................................ 44

4.2

Řízení otopné soustavy .......................................................................................................... 46

4.3

Řízení umělého osvětlení ...................................................................................................... 51

4.4

Automatické ovládání žaluzií ................................................................................................ 53

4.5

Meteostanice.......................................................................................................................... 55

4.6

Ostatní systémy ..................................................................................................................... 57

Elektronický zabezpečovací systém ........................................................................................... 57

Diplomová práce

Praha 2012

7


Obsah

5.1

Ústředna EZS ........................................................................................................................ 57

5.2

Klávesnice ............................................................................................................................. 59

5.3

PIR detektory......................................................................................................................... 60

5.4

Detektory otevřených oken a dveří........................................................................................ 61

5.5

Detektory úniku plynů ........................................................................................................... 62

5.6

Detektory požáru ................................................................................................................... 63

5.7

Čidlo zaplavení a havarijní teploty ........................................................................................ 65

5.8

Siréna ..................................................................................................................................... 65

5.9

Kamery .................................................................................................................................. 66

5.10

Domovní telefon .................................................................................................................... 67

6

Závěr ............................................................................................................................................. 68

7

Seznam obrázků .......................................................................................................................... 70

8

Seznam příloh .............................................................................................................................. 72

9

8.1

Výkresová dokumentace ....................................................................................................... 72

8.2

Seznam příloh v textové části ................................................................................................ 72

Použitý software .......................................................................................................................... 73

10 Literatura ........................................................................................................................................ 74 Použité technické normy ................................................................................................................... 75

Diplomová práce

Praha 2012

8


Úvod

Přehled použitých symbolů, veličin a jednotek

Veličina

Jednotka

Popis

a B c d dj dot ed ei et g h

[m] [Pa0,67] [J/kg.K] [m] [m] [den] [-] [-] [-] [m/s2] [m]

Hn iLV l L m ̇ M n nh Op p1 p2 p3 pB Pd,dov,A Ph,dov,A q q‘ Q Q0 Qc

[GJ/m3] [m3/s.Pa0,67] [m] [m] [m-1] [kg/s] [-] [-] [h-1] [m] [-] [-] [-] [kPa] [kPa] [Pa] [W/m2] [W/m2] [W] [W] [W]

Qcelk Qn QO Qp

[W] [W] [W] [W]

QPC Qv

[W] [W]

tloušťka jednotlivých vrstev charakteristické číslo budovy měrná tepelná kapacita vody vnitřní průměr potrubí, vnější průměr trubek tloušťka konstrukce/vrstvy délka otopného období opravný součinitel na snížení vnitřní teploty opravný součinitel na nesoučasnost přirážek opravný součinitel na zkrácení doby provozu tíhové zrychlení výška vodního sloupce od středu expanzní nádoby do nejvyššího místa otopné soustavy výhřevnost paliva součinitel spárové provzdušnosti rozteč trubek, délka úseku potrubí délka spár otevíratelných oken a venkovních dveří charakteristické číslo podlahy hmotnostní průtok charakteristické číslo místnosti teplotní exponent otopného tělesa, součinitel zvětšení objemu intenzita výměny vzduchu obvod plochy ohraničené krajní trubkou přirážka na vyrovnání vlivu chladných stěn přirážka na urychlení zátopu přirážka na světovou stranu barometrický tlak nejnižší dovolený absolutní tlak nejvyšší dovolený tlak v soustavě tepelný tok směrem nahoru (do místnosti) tepelný tok směrem dolů (k základové desce) přenášený tepelný výkon základní tepelná ztráta prostupem celková tepelná ztráta, skutečný výkon podlahové otopné plochy celková tepelná ztráta objektu jmenovitý tepelný výkon tělesa tepelný výkon okrajové plochy tepelná ztráta prostupem tepla, tepelný výkon plochy s otopným hadem celkový výkon otopné podlahové plochy tepelná ztráta větráním

Diplomová práce

Praha 2012

9

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ Qz R Sj Sp t1 t2

te tes

ti tis tD tw1 tw2 U Uc

Vet Vm

Vo Vv VvH

Vvp w

i e p p'

∆t ∆tln ∆tn

a b



a b d

j



K O R  

[W] [Pa/m] [m2] [m2] [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [°C] [W/m2.K] [W/m2.K] [l] [m3] [l] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m/s] [W/m2.K] [W/m2.K] [W/m2.K] [W/m2.K] [°C] [°C] [°C] [W/m2.K] [W/m2.K] [-] [W/m.K] [W/m.K] [W/m.K] [W/m.K] [-] [-] [-] [-] [kg/m3] [-] [-]

Diplomová práce

Úvod

trvalý tepelný zisk měrná tlaková ztráta plocha konstrukce otopná podlahová plocha ohraničena krajní trubkou teplota přívodní vody teplota zpátečky venkovní oblastní výpočtová teplota střední venkovní teplota během otopného období vnitřní výpočtová teplota průměrná vnitřní výpočtová teplota teplota vzduchu v definičním bodě teplota vstupní vody teplota výstupní vody součinitel prostupu tepla celkový součinitel prostupu tepla všech místnosti objem tlakové expanzní nádoby vnitřní objem prostoru objem vody v otopné soustavě objemový průtok větracího vzduchu Potřebný hygienický průtok vzduchu objemový průtok větracího vzduchu infiltrací střední rychlost podle průřezu součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce součinitel přestupu tepla na povrchu otopné plochy součinitel přestupu tepla na spodní straně otopné podlahy aritmetický rozdíl teplot logaritmický rozdíl teplot jmenovitý rozdíl teplot tepelná propustnost vrstev nad trubkami tepelná propustnost vrstvy pod trubkami součinitel tření součinitel tepelné vodivosti jednotlivých vrstev na osou trubek součinitel tepelné vodivosti vrstvy pod osou trubek součinitel tepelné vodivosti materiálu, do kterého jsou trubky zality součinitel tepelné vodivosti materiálu stupeň využití expanzní nádoby účinnost kotle účinnost obsluhy účinnost rozvodu hustota teplonosné látky součinitel místního odporu součinitel místního odporu v oblouku o úhlu 

Praha 2012

10


1

Úvod

Úvod

Inteligentní budova je slovní spojení, které v poslední době slyšíme v souvislosti s moderní výstavbou stále častěji. Současné trendy skloňují slova inteligentní, chytrá, nízkoenergetická, zelená a další přívlastky moderních budov. Každý z těchto přívlastků má poněkud odlišný význam a ale i přesto mají všechny podobné cíle. Kvalitní a ekologické bydlení. Kvalitní a ekologické bydlení však znamená poměrně vyšší pořizovací náklady na výstavbu budovy a proto byla donedávna výstavba inteligentních domů výsadou úspěšných podnikatelů a dalších bohatých vrstev obyvatel. To se však v posledních letech začíná měnit. Díky evropským a státním dotacím se moderní a ekologické technologie začínají stávat dostupnými i pro rodinné domy a byty. Díky hodnocení komplexní kvality budov se dokonce i developeři snaží stavět kvalitně zpracované ekologické budovy. Certifikované budovy mají podstatně vyšší prodejní a nájemní hodnotu a začínají se stávat standardem. U budovy se hodnotí zdraví a pohoda uživatelů, velmi se hledí na energetickou náročnost budovy, používané materiály a zpracování odpadů. V neposlední řadě i na využití krajiny a ekologický provoz. Cílem je, aby budova co nejméně znečišťovala životní prostředí. V dnešních dnech se mluví i o povinném zavádění energetických štítků na budovy podobně jako je tomu u běžných elektrospotřebičů. Energetické audity budov jsou již běžnou záležitostí a přicházejí k nám i mezinárodní metody hodnocení komplexní kvality budov jako například BREEAM, LEED, SBTool atp. Tyto metody hodnotí budovu již od fáze návrhu a realizace výstavby. Požadavky na energetickou náročnost budov rychle narůstají a kritéria v budoucnu budou ještě přísnější než nyní. Kvalitní zateplení budov je dnes již téměř samozřejmostí

a

další

možností

k zefektivnění

provozu

budov

je

použití

obnovitelných zdrojů energie a zdrojů s vysokou účinností, jako jsou plynové kondenzační kotle, tepelná čerpadla, solární panely a různé techniky rekuperace. Vhodné otopné plochy, vzduchotechnické vyústky, svítidla a ergonomicky rozmístěné ovládací prvky zvyšují komfort uživatelů domu. Ruku v ruce s nástupem moderních a ekologických technologií v budovách se zvyšuje i jejich složitost. Tam, kde dříve postačoval obyčejný termostat, jsou dnes používány zónové systémy založené na fuzzi logice. Volně programovatelné řídicí jednotky a sběrnicové systémy umožňují zohlednit specifika každé budovy a propojit Diplomová práce

Praha 2012

11


Úvod

všechny technologie pro vysoce efektivní provoz a pohodlí uživatele. U takovýchto budov je ještě o mnoho více než dříve důležitý kvalitně zpracovaný projekt a koordinace všech profesí na stavbě. Po otázce vysoce efektivních zdrojů, ať už se jedná o zdroje tepla, chladu či světla, přichází na řadu jejích správná kombinace a řízení pro optimální provoz. Inteligentní budova dle mého názoru musí stavět na kvalitním stavebním základu, co do použitých stavebních a izolačních materiálů, tak i z hlediska vhodného umístění a architektonického provedení. Pokud tuto budovu doplníme vysoce efektivními a rozumně navrženými technologiemi nezbývá, než je kvalitně odřídit a zajistit jejich bezpečný provoz. Cílem této diplomové práce je navrhnout dle zmíněných zásad technologii pro vytápění rodinného domu a doplnit ji řídicím a zabezpečovacím systémem.

Obrázek 1: Průřez moderním domem [12]

Diplomová práce

Praha 2012

12


2

Popis objektu

Popis objektu

Diplomová práce se zabývá vytápěním jednopodlažního luxusního rodinného domu s podkrovím o celkové užitné ploše 283 m2. V zadání od investora stavby byly dané půdorysy (formou náčrtů), použité stavební materiály pro stěny a příčky, výplně otvorů včetně rozměrů a jejich tepelně technických parametrů. V případě stropů a střechy byly udány pouze použité materiály, včetně výrobce a bylo nutné dopočítat součinitele prostupu tepla. Dům není podsklepen a stojí na betonové základové desce v úrovni okolního terénu. V přízemním podlaží se nachází dvě kuchyně, dva obývací pokoje s krby, ložnice, jídelna, toalety, koupelna propojená s technickou místností, nevytápěná spíž, předsíň a chodba se schodištěm do podkrovního patra. Výška stropu v přízemním podlaží je 2,85 m. Druhé podlaží je podkrovní a nalézají se zde dětské pokoje, pracovna, ložnice, koupelna a hala s technickou místností. Výška stropu v tomto podlaží je 2,9 m. Nad podkrovním patrem je nevytápěný půdní prostor s tepelnou izolací. Objekt se nachází ve středočeském kraji. Poloze budovy v krajině odpovídá charakteristické číslo budovy B = 8 Pa0,67. Nechráněná osaměle stojící budova v normální krajině. Venkovní výpočtová teplota pro danou oblast je te = -12 °C.

Obrázek 2: Vertikální řez zadaným domem

Diplomová práce

Praha 2012

13


2.1

Popis objektu

Tepelně technické vlastnosti objektu

Legislativní požadavky na stavební konstrukce zajišťující tepelnou ochranu budov jsou dané vyhláškou č. 137/1998 Sb. Vnější stěny, vnitřní stěny, které oddělují prostory s rozdílným režimem vytápění a konstrukce přilehlé k terénu musí splňovat tepelně-technické požadavky na prostup tepla, dané normovými hodnotami součinitele prostupu tepla konstrukce. Tyto požadavky obsahuje norma ČSN 73 0540 -2 Tepelná ochrana budov. [11] Objekt je postaven na betonové základové desce se součinitelem prostupu tepla U = 0,85 W/m2.K Podlaha v přízemí je vysoká 150 mm nad základovou deskou a složena z izolace + systémové desky s otopným hadem + betonové mazaniny + dlažby. Nosné obvodové zdivo je navrženo z broušených cihel HELUZ supertherm 44 STI SB, P8/72, spojené lepidlem. Součinitel prostupu tepla obvodové zdi je: U = 0,22 W/m2.K. Vnitřní nosné příčky jsou navrženy z cihel HELUZ supertherm 24/37,2 P+D P10/72 se součinitelem prostupu tepla U = 0,91 W/m2.K. Ostatní příčky budou vyzděné z cihel HELUZ supertherm 11,5/ 49,7 P+D, P10/120, součinitel prostupu tepla U = 1,51 W/m2.K. Omítky budou stříkané vápeno-sádrové o tloušťce cca 15 mm. Konstrukce stropu je provedena ze dřeva. Na přiznaných trámech o rozměrech 20 x 24 cm je upevněna „BIODESKA“ 13 mm. Nad deskou je rošt z latí o výšce 170 mm. Rošt je vyplněn do výšky 120 mm konopnou rohoží a zbývajících 50 mm je vyplněno izolací KNAUF. Vše je zakryto deskou „DURELIS“ o tloušťce 22 mm. Investor plánuje do budoucna rozšíření podlahového vytápění „REHAU“ do podlahy v podkroví. V patře jsou pro obvodové zdi použity broušené cihly HELUZ supertherm 40 STI SB. Součinitel prostupu tepla U = 0,22 W/m2.K. Příčky v podkroví jsou realizovány ekopanely o tloušťce 58 mm. Součinitel prostupu tepla ekopanelu U = 1,13 W/m2.K. Střecha z krokví 10 x 20 cm, rozteč 90 cm. Izolace mezi krokvemi KNAUF TI 135U. Zakryto palubkami. Jako střešní krytina jsou použity pálené tašky TONDACH s difúzně otevřenou střešní fólií „Jutadach“. Izolace stropu v podkroví je provedena z ořezů konopí „PLUS BASIC“ (CANABEST) mezi kleštinami (v = 180 mm). Pod i nad kleštinami jsou upevněny BIODESKY 13 mm. Nad podkrovním patrem se nachází těsný, nevytápěný půdní prostor. Diplomová práce

Praha 2012

14


Popis objektu

Okna jsou použita v celém objektu dřevěná „EURO“ s profilem IV 88, čtyřvrstvou lepenou lamelou, termo-izolačním trojsklem 4 mm. Dutina je vyplněná argonem 94,6. Celkový součinitel prostupu tepla okna U = 1,4 W/m2.K. Hlavní vchodové dveře jsou dřevěné s dvojsklem 4 mm, konstrukční mezera mezi dvojskly je plněna argonem. Součinitel prostupu tepla U = 1,6 W/m2.K. Ostatní dveře v interiéru mají součinitel prostupu tepla U = 2,2 W/m2.K Použité konstrukce objektu splňují požadované hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/m2.K] dle ČSN 74 0540 s vyjímkou stěny nevytápěné spíže, kde norma vyžaduje maximální součinitel prostupu tepla 0,60 W/m2.K. Tato stěna bude i přesto na základě přání investora ponechána s uvedenými tepelně-technickými vlastnostmi. Některé konstrukce vyhovují i doporučeným hodnotám pro nízkoenergetický dům.

2.2

Výpočet tepelných ztrát

Výpočet tepelných ztrát byl proveden dle ČSN 06 0210. Poloze budovy v krajině odpovídá charakteristické číslo budovy B = 8 Pa 0,67. Venkovní výpočtová teplota pro danou oblast je te = -12 °C. Výsledná celková tepelná ztráta budovy je dána součtem tepelných ztrát všech jednotlivých místností. Celková tepelná ztráta místnosti:

Qc  Qp  Qv  Qz [W] Qc

celková tepelná ztráta [W]

Qp

tepelná ztráta prostupem tepla [W]

Qv

tepelná ztráta větráním [W]

Qz

trvalý tepelný zisk [W] (neuvažujeme)

Tepelná ztráta prostupem tepla:

Qp  Q0.(1  p1  p 2  p3) [W]

Q0

základní tepelná ztráta prostupem [W]

p1

přirážka na vyrovnání vlivu chladných stěn [-]

Diplomová práce

Praha 2012

15


Popis objektu

p2

přirážka na urychlení zátopu [-] (neuvažována)

p3

přirážka na světovou stranu [-]

Základní tepelná ztráta prostupem: j n

Q0  Uj.Sj.(ti  tej ) j 1

Uj

součinitel prostupu tepla [W/m2.K]

Sj

plocha konstrukce [m2]

ti

vnitřní výpočtová teplota [°C]

te

venkovní oblastní výpočtová teplota [°C]

Určení přirážek:

p1  0,15 Uc

Uc 

Q0  S.(ti  te)

Uc

celkový součinitel prostupu tepla místnosti [W/m2.K]

S

celková plocha všech stěn ohraničujících vytápěnou místnost [m2] Tabulka 1: Určení přirážky na světovou stranu

Světová strana

J

Přirážka p3

-0,05

JZ Z 0

0

SZ

S

SV

V

0,05 0,1 0,05 0,05

JV 0

Pozn.: Při více ochlazovaných konstrukcích, uvažujeme polohu jejich společného rohu, případně nejvyšší z přirážek.

Tepelná ztráta místnosti větráním: Qv  1300 Vv  (ti  te) Vv

objemový průtok větracího vzduchu [m3/s], za Vv se dosadí větší z hodnot VvH a Vvp

Potřebný hygienický průtok vzduchu:

VvH 

Diplomová práce

nh Vm 3600

Praha 2012

16


Popis objektu

Vm

vnitřní objem prostoru [m3]

nh

intenzita výměny vzduchu [h-1] (v tomto případě nh = 0,5 h-1)

VvH

potřebný průtok [m3/s]

Přirozený průtok vzduchu infiltrací:

Vvp   (iLV  L)  B  M

Vvp

objemový průtok větracího vzduchu [m3/s]

M

charakteristické číslo místnosti [-]

iLV

součinitel spárové provzdušnosti [m3/s.Pa0,67]

L

délka spár otevíratelných oken a venkovních dveří [m]

B

charakteristické číslo budovy [Pa0,67]

Součinitel prostupu tepla:

U

1

i i

n

1 dj

 j 1



1

 j e

součinitel přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce [W/m2.K] (8 W/m2.K pro strop a stěny, 6 W/m2.K pro podlahu)

j

součinitel tepelné vodivosti materiálu [W/m.K]

dj

tloušťka konstrukce/vrstvy [m]

e

součinitel přestupu tepla na venkovní straně konstrukce [W/m2.K] (23 W/m2.K)

Výpočet prostupu tepla stropu a střechy:

Ustrop1 

1

i Ustřecha 

1

i

n

1 dj

 j 1

n

j 1

1

 j e

1 dj









1

 j e



2 1  0, 209 W/m K 1 0, 013 0,17 0, 022 1     6 0,15 0, 04 0,15 8

1  0,146 W/m2 K 1 0, 015 0, 26 0, 015 1     8 0,15 0, 04 0,15 23

V následující tabulce jsou uvedeny tepelné ztráty jednotlivých místností, celková tepelná ztráta je rovna součtu ztrát jednotlivých místností a je 9540 W.

Diplomová práce

Praha 2012

17


Popis objektu

Podrobné výpočty tepelných ztrát jsou součástí přílohy na přiloženém CD.

Tabulka 2: Tepelné ztráty místností

Tabulka místností 1.PP Označení

Název místnosti

Plocha [m2]

Tep. ztráta [W]

101

KUCHYNĚ 1 + OBÝVACÍ POKOJ

55,2

2700

102

LOŽNICE

16,2

600

103

KUCHYNĚ, JÍDELNA, OBÝVACÍ POKOJ

42

1700

104

WC

1,44

120

105

CHODBA

5,1

220

106

SPÍŽ

2,28

-110

107

PŘEDSÍŇ

10,2

230

108

TECHNICKÁ MÍSTNOST, KOUPELNA

8,4

340

Celková tepelná ztráta v přízemí:

5800 W

Tabulka místností 1.NP 201

DĚTSKÝ POKOJ

21,66

660

202

DĚTSKÝ POKOJ

22,26

770

203

PRACOVNA

12,94

300

204

LOŽNICE

28,22

870

205

KOUPELNA

15,2

500

207

HALA + TECHNICKÁ MÍTNOST

42,6

640

Celková tepelná ztráta v podkroví:

Diplomová práce

Praha 2012

3740 W

18


3

Návrh otopné soustavy

Otopná soustava

Každá otopná soustava se skládá ze zdroje tepla, potrubní sítě a otopných ploch, dále pak nesmí být opomenuta pojistná a zabezpečovací zařízení, příslušné armatury, regulační zařízení a čerpadla. Hlavní úlohou otopné soustavy je pokrytí tepelných ztrát jednotlivých místností a zajištění tepelné pohody. Vhodný návrh otopné soustavy uvažuje i možnosti regulace soustavy, konstrukční vlastnosti budovy a estetiku interiéru.

3.1

Uspořádání otopné soustavy

Při návrhu otopné soustavy vycházím především z požadavků investora, který má jasnou představu o využití místností, rozmístění otopných těles a otopných ploch podlahového vytápění. V centrální části půdorysu se nachází technická místnost s připraveným komínem pro odvod spalin od zdroje tepla. Zhruba polovina podlahové plochy v přízemí vyžaduje instalaci podlahového vytápění, zbývající tepelné ztráty budou pokryty otopnými tělesy a konvektory. V podkrovním patře bude navrženo pouze podlahové vytápění. Zde je k dispozici také technická místnost. Technické místnosti jsou umístěny vertikálně nad sebou. Na základě těchto dispozic a požadavků investora jsem se rozhodl pro použití hvězdicové soustavy s dvěma podlažními rozdělovači a sběrači. Kombinovaný kondenzační kotel pro vytápění a přípravu teplé vody včetně zásobníku bude umístěn v technické místnosti v přízemí.

3.2

Návrh podlahového vytápění

Pro vyšší měrný výkon jsem zvolil mokrý způsob provedení podlahové otopné plochy. Využitím systémových desek se usnadní montáž. Firma Rehau vyrábí dva druhy systémových desek. Pro tuto aplikaci volím systémovou desku „Vario“, která umožňuje větší poloměry ohybu otopného hadu (až 180°). Tyto poloměry jsou nutné při meandrovém způsobu kladení otopného hadu, který bude vhodné využít v členitých místnostech domu. Systémová deska je vyrobena z polystyrenové pěny s nakašírovanou polystyrénovou folií na horní straně. Tato fólie funguje jako hydroizolace, proto není nutné použití dalších fólií. Systémová pole umožňují rozteč

Diplomová práce

Praha 2012

19



pokládky 50 mm a násobky, záhyby 15 až 180°. Obvodová drážka zajišťuje kvalitní propojení jednotlivých desek. Výška izolace je 53 mm s tepelnou vodivostí 0,035 W/m.K. [6] Protože

v

prostorech

s podlahovým vytápěním hrozí nebezpečí vnikání vlhkosti do otopné

plochy

koupelna),

nelze

anhydritovou mazaninu

(kuchyně, použít

podlahovou bez

dalšího

hydroizolačního

nátěru.

Betonová mazanina musí mít minimální tloušťku vrstvy 65 mm nad trubkami otopného hadu. Obrázek 3: Systémová deska Vario s položeným otopným hadem [6]

Pro

lepší

obtékání

otopného

hadu

bude

betonové

mazaniny

do

přidán

plastifikátor. Tepelná vodivost betonové mazaniny je 1,2 W/m.K, maximální provozní zatížení podlahy budou 3 kN/m2.Tepelná vodivost systémové desky je 0,035 W/m.K, aby byly splněny požadavky na tepelnou izolaci

pro

prostory

umístěné

nad

zeminou (Dle ČSN EN 1264-4 prostory označené D2) je nutné použít dodatečnou tepelnou izolaci Zd 30 mm.

Výška

izolace k ose trubek je pak 53 mm. Jako podlahovou krytinu uvažuji keramickou dlažbu (tloušťka 10 mm, tepelná vodivost 1,0

W/m.K)

s tenkovrstvou

maltou

Obrázek 4: Spojování trubek PEXa [12]

(tloušťka 2 mm, tepelná vodivost 1,4 W/m.K). Trubku otopného hadu volím RAUTHERM S z materiálu PE-Xa s průměrem 17 mm. Spojování trubek bude realizováno pomocí násuvných, nerozebíratelných objímek.

Diplomová práce

Praha 2012

20



V podkrovním patře bude skladba podlahy totožná se skladnou v přízemí s jediným rozdílem a to v tloušťce tepelné izolace. Jedná se o prostory nad vytápěným prostorem a proto je lze klasifikovat jako D1, kde postačí izolace již o tloušťce pouze 33 mm. Následující ukázka výpočtu ilustruje výpočet pro přízemní podlaží [5 a 6].

1

Vnitřní omítka

2

Krycí podlahová lišta

3

Okrajová dilatační páska

4

Podlahová krytina

5

Maltové lože

6

Mazanina

7

Trubka RAUTHERM

8

Okraj fólie okrajové dilatační pásky

9

Systémová deska Rehau Vario

10

Tepelná a kročejová izolace

11

Izolace proti vlhkosti

12

Stavební konstrukce

13

Zemina

Obrázek 5: Skladba podlahy [6]

Tepelně – technický výpočet podlahového vytápění

3.3

Tepelná propustnost vrstev nad trubkami:

a 

1 1   6, 4 W / m2 K a 1 0, 0735 0, 002 0, 01 1   a   p 1, 2  1, 4  1  12

a

tepelná propustnost vrstev nad trubkami [W/m2.K]

a

tloušťka jednotlivých vrstev [m]

a

součinitel tepelné vodivosti jednotlivých vrstev nad osou trubek [W/m.K]

p

součinitel přestupu tepla na povrchu otopné plochy [W/m2.K]

 p   KP   KP  5, 4  6,6  12 W / m2  K Diplomová práce

Praha 2012

21



Tepelná propustnost vrstev pod trubkami:

b 

1 a





b



1

p'

1  0, 6 W / m2 K 0, 053 0, 0085 1   0, 035 1, 2 8

b

tepelná propustnost vrstvy pod trubkami [W/m2.K]

b

součinitel tepelné vodivosti vrstvy pod osou trubek [W/m.K]

p'

součinitel přestupu tepla na spodní straně otopné podlahy [W/m2.K], obvykle se volí  p '

= 8 W/m2.K

Charakteristické číslo podlahy:

m

2  (a  b) 2  (6, 4  0, 6)   8,34 m1 2 2   d  d  1, 2  0, 017

m

charakteristické číslo podlahy [m-1]

d

součinitel tepelné vodivosti materiálu, do kterého jsou trubky zality [W/m.K]

d

vnější průměr trubek [m]

Vzdálenost krajní trubky otopného hadu od stěny:

r

2,3 2,3   0, 28 m m 8,34

Čistá otopná plocha (místnost 101):

Sp= 9,5 m

q   p  (tp  ti )  12  (28  20)  96 W / m2 q '  b 

p' a

(tp  ti)  0,6 

8 (28  20)  6 W / m2 6, 4

QPC  SP  (q  q ')  9,5  (96  6)  969 W Sp

otopná podlahová plocha ohraničena krajní trubkou [m2]

q

tepelný tok směrem nahoru (do místnosti) [W/m2]

q‘

tepelný tok směrem dolů (k základové desce) [W/m2]

QPC

celkový výkon otopné podlahové plochy [W]

Diplomová práce

Praha 2012

22



Skutečný výkon podlahové plochy:

Skutečný tepelný výkon podlahové otopné plochy je větší o tepelný tok, který sdílí okrajová plocha, ve které nejsou uloženy trubky. Dále je nutné zvážit zastínění plochy nábytkem. Q0  Qp 

Q0 Qp

Op 0, 448  l 15, 6 0, 448  0,1   Qp    0,16  Qp Sp 11,1 1  1  tgh   m  tgh   8,5  2  2 

tepelný výkon okrajové plochy [W] tepelný výkon plochy s otopným hadem [W]

Op

obvod plochy ohraničené krajní trubkou [m]

l

rozteč trubek [m]

 Q0  QC  1     q  q '  Sp  QP  Qc

skutečný výkon podlahové otopné plochy [W]

Střední teplota otopné vody a rozteč trubek otopného hadu:

K získání těchto hodnot jsem použil návrhové nomogramy. V přízemí volím návrhový nomogram s charakteristickým číslem podlahy 8,5 a z tohoto nomogramu jsem si také ověřil správnost výpočtu tepelného toku směrem dolů. Místnosti 101 a 104 mají nejvyšší požadavek na měrný tepelný výkon a proto zde volím nejmenší rozteč trubek. Střední teplotu otopné vody jsem určil 36 °C. Při optimálním teplotním spádu 8 K to znamená 40 °C teplou vodu na přívodu rozdělovače a 32 °C na zpátečce otopných okruhů [5, 13]. Tento teplotní spád bude společný pro všechny otopné okruhy a měrný tepelný výkon se bude měnit pouze změnou rozteče trubek otopného hadu. Výše popsaný postup jsem aplikoval na všechny místnosti v domě. Výsledek je shrnut v následující tabulce. Jako podlahové krytiny jsem volil do chodeb, kuchyní a koupelen dlaždice, do pracovny a haly parkety a v dětských pokojích a ložnici koberec. Tento koberec musí být určen k použití s podlahovým vytápěním. S návrhem podlahových otopných ploch souvisí i rozdělení na dilatační celky a tvarování otopného hadu. Na přiložených výkresech je zakresleno doporučené umístění dilatačních spár.

Diplomová práce

Praha 2012

23



Tabulka 3: Návrh podlahových otopných ploch

Tepelná Číslo ztráta místnosti místnosti [W] 101 2700 102 600 103 1700 104 120 105 220 106 -110 107 230 108 340 201 202 203 204 205 207

Podlahová otopná plocha [m2]

660 770 300 870 500 640

Povrchovvá Rozteč teplota trubek [m] podlahy [°C]

11,1 28 Bez podlahového vytápění 15,3 28 0,6 28 2,8 22 Nevytápěný prostor 2,6 27 4,5 30

0,15 0,25

1210 0 1240 78 313 0 307 484

14,4 15,5 5,5 20 8 11,5

0,25 0,2 0,3 0,25 0,15 0,3

802 904 370 1053 568 800

24 24 25 24 29 25

0,1

Celkový výkon podlahové otopné plochy [W]

0,2 0,1 0,2

Jak je vidět z dat v tabulce, v některých místnostech jsou tepelné ztráty bezpečně pokryty pomocí podlahových otopných ploch, jiné však potřebují ještě doplňkové otopné plochy. V místnosti číslo 104 nebyla zcela pokryta tepelná ztráta podlahovou otopnou plochou. Rozdíl mezi instalovaným výkonem a jmenovitou tepelnou ztrátou činí 42 W. Vzhledem k tomu, že se jedná o toaletu, která není určena jako místnost trvalého pobytu, nejsou požadavky na dodržení tepelného komfortu tak striktní a rozhodl jsem se uvedených 42 W nepokrývat dodatkovou otopnou plochou. Jsem si však plně vědom, že v této místnosti dojde k mírnému poklesu vnitřní teploty, než se kterou bylo v původních výpočtech uvažováno. Naopak v místnosti 103 – obývací pokoj, jsem se rozhodl zvětšit rozteč trubek podlahového hadu a tím snížit výkon podlahové otopné plochy a to proto, abych mohl umístit podlahový konvektor před francouzské dveře a zkvalitnit tak rozložení teplot v této části místnosti. Konvektor, stejně jako otopné těleso pod oknem má za úkol obracet chladné proudy padající od oken a francouzských dveří. Tyto chladné proudy způsobují lokální tepelnou nepohodu v oblasti kotníků a mají tak nepříznivý vliv na fyziologii člověka.

Diplomová práce

Praha 2012

24


3.4


Návrh otopných těles Návrh otopných těles je činností nejenom technickou, mající za úkol zajistit

tepelnou pohodu člověka, ale ovlivňuje i budoucí vzhled interiéru. V našem případě jsou otopná tělesa použita pouze jako doplňková otopná plocha tam, kde podlahové vytápění není schopné pokrýt tepelné ztráty místnosti. Při návrhu otopných těles dbáme nejen na pokrytí celkové tepelné ztráty, ale vhodným rozmístěním můžeme zamezit šíření tzv. padajících chladných proudů. Tyto proudy vznikají po výšce oken a šíří se dolů k podlaze, kde jsou schopny vytvořit poměrně velkou oblast lokání tepelné nepohody. Teplé konvekční proudy od tělesa stoupají vzhůru, narážejí na chladné padající proudy, obracejí je a směšují se s nimi. Tyto proudy pak s vhodnou

rychlostí

proudění

i

Obrázek 6: Těleso Korado Radik v interiéru [8]

teplotou

„proplachují“ celý vytápěný prostor. Pro omezení padajících chladných proudů je nutné umístit otopné těleso vždy pod okno a délku otopného tělesa volit minimálně stejnou, jako je délka okna [3]. Otopná tělesa budou napájena ze stejného rozdělovače jako podlahové otopné plochy, čímž máme daný teplotní spád 40/32/20 °C. Protože výrobci uvádí výkony těles při jmenovitém teplotním spádu 75/65/20 °C, je nutné tyto výkony přepočítat dle následující metodiky. Přepočet skutečného tepelného výkonu otopných těles:

 t  Qsk = Qn    [W ]  tn  n

Qn

jmenovitý tepelný výkon tělesa [W]

∆t

projektovaný rozdíl teplot [°C]

∆tn

jmenovitý rozdíl teplot [°C]

n

teplotní exponent otopného tělesa [-]

Diplomová práce

Praha 2012

25



Teplotní podílový součinitel:

c=

(tw2-tD) (tw1-tD)

[-]

(tw1+tw2) - tD 2

[°C]

tw1-tw2 tw1-tD ln tw2-tD

[°C]

Pro c ≥ 0,7 platí:

t=

Pro c ≤ 0,7 platí:

tln=

∆t

aritmetický rozdíl teplot [°C]

∆tln

logaritmický rozdíl teplot [°C]

tw1

teplota vstupní vody [°C]

tw2

teplota výstupní vody [°C]

tD

teplota vzduchu v definičním bode [°C]

Desková otopná tělesa:

Otopná tělesa budou použita jako hlavní otopná plocha v ložnici v přízemí a jako doplňková otopná plocha v obývacích pokojích s kuchyní. Celkem tedy tři tělesa. Z nabídky jsem zvolil tělesa řady RADIK od osvědčeného výrobce KORADO a.s. Z řady volím moderní provedení se spodním připojením na otopnou soustavu, s vloženým ventilem VK. Tabulka 4: Desková otopná tělesa

Typ radik VK, 33 radik VK, 22 radik VK, 10

Výkon [W]

Rozměry [mm] 1016 600x2000x155 644 600x1800x100 308 600x1400x47

Objem [l] 17,4 l 10,44 l 4,34 l

Umístění 101 102 103

Podlahové konvektory:

Podlahové konvektory jsou otopná tělesa složená ze skříně, žebrovky a krycí mřížky, eventuálně zabudovaná ve žlabu v podlaze a předávající teplo především konvekcí. Díky zabudování do podlahy nenarušují interiér a netvoří překážku v prostoru. Jsou tedy ideálním otopným tělesem před prosklenou fasádou, dveřmi či francouzskými okny. Nevýhodou Obrázek 7: Podlahový konvektor Minib [9]

Diplomová práce

Praha 2012

26



podlahových konvektorů je požadavek na častější čištění výměníku. Konvektory se vyrábějí v provedení s ventilátorem a bez ventilátoru. Provedení s ventilátorem má vyšší výkon za cenu vyšších provozních nákladů způsobených elektrickým příkonem ventilátoru a také možných akustických projevů. Pro tuto aplikaci jsem se rozhodl použít konvektory bez ventilátoru, a to z důvodu provozních úspor i z důvodu nezvyšování hladiny hluku v obytném prostoru. Do místnosti 101 volím konvektor COIL-PMW205 s rozměry 420 x 3000 x 205 mm o výkonu 479 W. Do místnosti 103 volím konvektor COIL-PMW205 s rozměry 420 x 3000 x 205 mm o výkonu 305 W. Oba konvektory od firmy Minib s.r.o. Tabulka 5: Podlahové konvektory

Typ COIL- PMW205 COIL- PMW205

3.5

Výkon [W]

Rozměry [mm] 479 420x3000x205 305 303x200x205

Umístění 101 103

Výpočet tlakových ztrát Potrubní soustava slouží k dopravě teplonosné látky od zdroje tepla ke spotřebiči

a zpět ke zdroji tepla [3]. V případě teplovodního podlahového vytápění je teplonosnou látkou voda a potrubní soustava slouží zároveň jako spotřebič (otopná plocha). Pro hydraulické vyvážení celé soustavy potřebujeme znát tlakové ztráty jednotlivých okruhů. Celková tlaková ztráta jednoho okruhu je součtem ztráty třením a místními odpory. Tlakové ztráty třením závisí na použitém materiálu potrubí a vnitřním průměru potrubí, použité teplonosné látce a její rychlosti proudění. Tlakové ztráty místními odpory vznikají na ohybech, přechodech, armaturách, atp. Výpočet ztrát začneme určením hmotnostního průtoku, který je vždy v jednom celém okruhu konstantní. Vypočteme jej z přenášeného tepelného výkonu a teplotního spádu: Q = m  c   t1  t2  [W ]  m 

Q

přenášený tepelný výkon [W]

c

měrná tepelná kapacita vody [J/kg.K]

t1

teplota přívodní vody [°C]

t2

teplota zpátečky [°C]

Diplomová práce

Praha 2012

Q [kg/s] c   t1  t 2 

27

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ ̇


hmotnostní průtok [kg/s]

Z hmotnostního průtoku a daných parametrů potrubí určíme střední rychlost v průřezu úseku. w=

4m [Pa/m]  . .d 2

vnitřní průměr potrubí [m]

d

hustota teplonosné látky [kg/m3] Nyní můžeme spočítat měrnou tlakovou ztrátu: R=

 w2 d



2

  [Pa/m]

R

měrná tlaková ztráta [Pa/m]



součinitel tření [-]

w

střední rychlost podle průřezu [m/s]

Měrnou tlakovou ztrátu lze také odečítat z diagramu tlakových ztrát pro trubky RAU-VPE od výrobce, který přikládám v příloze. Tlaková ztráta třením se určí jako součin měrné tlakové ztráty a délky úseku potrubí. pzt = R  l [ Pa]

l

délka úseku potrubí [m]

Tlaková ztráta místními odpory je určena vztahem:

pz =



 

w2   [ Pa] 2

součinitel místního odporu [-]

Součinitel místního odporu pro meandrový způsob pokládky:

  2  (n  1)   []



součinitel místního odporu v oblouku o úhlu 

Diplomová práce

Praha 2012

28



Obrázek 8: Určení součinitele místního odporu na oblouku [5]

Celková tlaková ztráta:

pc = pz  pzt [ Pa] Tabulka 6: Výpočet tlakových ztrát

Okruh A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B1 B2 B3 B4 B5 B6

3.6

Q [W] 1306 1082 1209 308 305 644 479 1016 802 758 567 1053 353 903

m [kg/h] 139,9 115,9 129,5 33,0 32,7 69,0 51,3 108,9 85,9 81,2 60,8 112,8 37,8 96,8

l[m]

pzt [Pa]

72 59 117 19,6 26 22,8 17 18,4 75 95 64 82 47 89

8723 5156 12527 189 140 500 251 1494 3246 3519 1152 7166 506 5140

pz [Pa] 46,2 80,8 90,3 0,6 12,0 1,3 18,8 2,0 41,9 38,0 23,4 82,8 5,2 46,1

pc [Pa] 8769 5237 12617 190 152 501 270 1496 3288 3557 1175 7249 511 5186

Hydraulické vyvážení soustavy Otopná

soustava

bude

hydraulicky

vyvážena.

Hydraulickým

vyvážením

dosáhneme toho, že jednotlivé okruhy spotřebičů a okruhy podlahové otopné plochy budou mít k definičnímu připojovacímu místu stejnou tlakovou ztrátu za podmínky

Diplomová práce

Praha 2012

29



dodržení požadovaného hmotnostního průtoku každým okruhem. Zajistíme tím rovnoměrné zásobení všech větví teplonosnou látkou dle požadovaných tepelných výkonů. Prostředkem k hydraulickému vyvážení soustavy jsou termostatické ventily s přednastavením, regulační šroubení, ventily pro jemnou regulaci na rozdělovačích podlahového vytápění a vyvažovací ventily na zpátečce hlavního přívodu k patrovému rozdělovači podlahového vytápění. Otopná tělesa ventil – kompakt, která

Obrázek 10: Dvoutrubková otopná soustava s regulačním šroubením Verafix-VKE [14]

jsem zvolil do tohoto projektu, již mají zabudovaný termostatický ventil, který stačí pouze přednastavit dle diagramu, který přikládám v příloze. Dále je tělesa třeba vybavit regulačním a uzavíracím šroubením, které má dvě funkce. První funkcí je regulační přednastavení k vyvážení otopného okruhu a druhou funkcí je uzavření tělesa. To lze výhodně využít pro výměnu tělesa bez nutnosti vypouštění celé soustavy, anebo k odstavení tělesa. Vybral jsem regulační a uzavírací šroubení Verafix, výrobce Honeywell. K podlahovým konvektorům je nutné dodat i termostatické ventily, protože nejsou součástí tělesa jako v případě deskových otopných těles ventil – kompakt. Volím ventily z řady V2000 s kuželkou VS. Charakteristiky všech použitých ventilů a šroubení, dle kterých jsem provedl návrh přednastavení, přikládám v příloze. Vyvážení

začneme

okruhem

s největší

tlakovou

Obrázek 9: Termostatický ventil V2000EVS [22]

ztrátou. V tomto okruhu nastavíme všechny ventily tak, aby byly co nejvíce otevřeny. Ventil má však i při maximálním přednastavení tlakovou ztrátu, kterou je třeba přičíst k vypočítané celkové ztrátě okruhu. Součtem těchto hodnot je tlaková ztráta, na

Diplomová práce

Praha 2012

30

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ kterou

je

nutné

zaregulovat

všechny

ostatní


okruhy tak,

aby docházelo

k rovnoměrnému zatékání do všech okruhů. Na dalších okruzích postupuji tak, že přednastavím nejdříve ventily s hrubší charakteristikou a pak okruh doladím jemnými ventily. Tabulka 7: Hydraulické zaregulování okruhů

Topný okruh A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 B1 B2 B3 B4 B5 B6

Hmotnostní průtok [kg/h] 139,9 115,9 129,5 33,0 32,7 69,0 51,3 108,9 85,9 81,2 60,8 112,8 37,8 96,8

Tlaková ztráta seškrcením na armaturách ∆pš R-4,85 kPa R-4 kPa R-0 kPa OT-12 kPa + R-1kPa OT-13,2 kPa + R-0,15 kPa OT-13 kPa + R-0,25 kPa OT-11 kPa, R-2,5 kPa OT-12,5 kPa, R-0,9 kPa R-5 kPa R-4,6 kPa R-4 kPa R-0 R-1,5 kPa R-2,4 kPa

Číslo přednastavení rozdělovače, TRV a RŠ R-0,5 R-0,5 R-2,5 TRV-2, 2xRŠ-0,25, R-0,25 TRV-2, RŠ-1, R-1 TRV-3, 2xRŠ-2, R-2,5 TRV-3, RŠ-1, R-0,25 TRV-6, 2xRŠ-8. R-2,5 R-0,25 R-0,25 R-0,25 R-2,5 R-0,25 R-0,5

Jak již bylo naznačeno v úvodu, v objektu se nacházejí dvě technické místnosti. V přízemí bude umístěný zdroj tepla a patrový rozdělovač jednotlivých okruhů. Druhý rozdělovač se bude nacházet v technické místnosti v podkroví. Oba rozdělovače budou napojeny na zdroj tepla páteřním vertikálním potrubím. Protože cirkulaci otopné vody zajišťují pouze sériově řazená čerpadla u kotle, je nutné vyvážit i páteřní rozvod pro rovnoměrné zásobování rozdělovačů otopnou vodou. K tomuto účelu jsem použil vyvažovací ventily Kombi-2 plus, které umístím na zpátečku každého rozdělovače. Tento vyvažovací ventil se dimenzuje na jmenovitý průtok a tlakovou ztrátu okruhu. V okruhu s vyšší tlakovou ztrátou se nastaví minimum. Druhý vyvažovací ventil bude nastaven na nejvyšší tlakovou ztrátu okruhu prvního rozdělovače plus tlakovou ztrátu potrubí mezi kotlem a druhým rozdělovačem. K výběru ventilu jsem použil aplikaci na internetových stránkách firmy Honeywell a export parametrů vybraných ventilů přikládám v příloze.

Diplomová práce

Praha 2012

31



Obrázek 11: Regulační a vyvažovací ventil Kombi-2 plus [22]

Rozdělovače podlahového vytápění budou umístěny ve speciální instalační skříni určené k tomuto účelu. Způsob montáže je pod omítku, tak aby skříň s rozdělovačem co nejméně narušovala estetiku interiéru. Hlavní rozvod mezi kotlem a rozdělovači podlahového vytápění navrhuji z ocelových bezešvých trubek DN25.

3.7

Návrh zdroje tepla Při výběru vhodného zdroje tepla je nutné uvažovat několik hledisek. Pořizovací

náklady pro investora, ekologický provoz a ekonomický provoz, náročnost obsluhy, rozměry, možnosti regulace atp. Díky tomu, že se objekt nachází v plynofikované oblasti, volím zdroj na zemní plyn. Kondenzační kotel je vhodným zdrojem pro nízkoteplotní otopné soustavy a díky své vysoké účinnosti spalování, snadné regulaci a jednoduché obsluze zajistí ekonomický provoz objektu. Kondenzační plynové kotle využívají toho, že při spalování zemního plynu vzniká kromě suchých spalin také vodní pára. Vodní páry obsahují množství energie, kterou lze získat zkondenzováním na výměníku čímž získáme tzv. kondenzační teplo. Tímto procesem se zvyšuje účinnost spalování zemního plynu na více než 100% vztaženo k výhřevnosti. Poměr spalného tepla a výhřevnosti činí pro plyn v naší oblasti cca 1,11. To znamená, že teoreticky při dokonalém provozu můžeme získat maximálně o 11 % vice energie. Celková tepelná ztráta objektu je 9 540 W, tuto ztrátu musí být zvolený zdroj tepla schopný pokrýt. Rozhodl jsem se vybírat kotel ze sortimentu firmy Buderus a požadovaným

parametrům

Diplomová práce

vyhovuje

kotel

Praha 2012

typu:

Logamax

Plus

GB172T

32



s podstavným zásobníkem TV a modulačním hořákem. Kotel bude umístěn v místnosti -108-, splňující požární a bezpečnostní předpisy. Kotel se vyrábí ve dvou výkonových řadách, pro tuto aplikaci volím kotel s jmenovitým výkonem 14 kW. Modulovaný výkon se pohybuje od 3,3 kW do 14 kW. Kompaktní provedení se zásobníkem TV umožňuje efektivní využití prostoru. Funkce „booster“ zvýší výkon pro přednostní ohřev teplé vody až na 15,1 kW. Normovaný stupeň využití až 109 %. Kotel má integrované nízkoenergetické oběhové čerpadlo, expanzní nádobu, pojistný ventil a trojcestný přepínací ventil pro ohřev TV [10]. Základní technické parametry kotle GB172T:

(Při teplotním spádu 40/30 °C) Maximální jmenovitý tepelný výkon:

14,2 kW

Minimální jmenovitý tepelný výkon:

3,3 kW

Maximální tepelné zatížení:

13,2 kW

Tepelný výkon pro ohřev TV:

15,1 kW

Normovaný stupeň využití:

109 %

Objem expanzní nádoby:

12 l

Otevírací přetlak pojistného ventilu:

300 kPa

Maximální množství kondenzátu:

1,4 l/h

Elektrické napětí:

230 V

Frekvence:

50 Hz

Maximální příkon:

65 W

Hladina akustického výkonu:

max. 36 dB

Objem vody na straně vytápění:

7l

Hmotnost bez zásobníku TV:

43 kg

Hmotnost včetně zásobníku TV:

78 kg

Rozměry Š x V x H:

440 x 840 x 350 mm

Diplomová práce

Praha 2012

Obrázek 12: Kotel Logamax Plus GB172T [17]

33



Funkční schema kotle Logamax GB172T:

Obrázek 13: Funkční schema kotle Logamax GB172T [16]

AKO GAS RK RS VK VS 1 2 3 4 6 7 8

výstup kondenzátu plynová přípojka zpátečka okruhu vytápění zpátečka zásobníkového ohřevu TV výstup okruhu vytápění výstup zásobníkového ohřívače TV Přívod vzduchu a odvod spalin Zapalovací elektroda Ionizační elektroda Automatický odvzdušňovač Havarijní termostat Tyčový plošný hořák z ušlechtilé oceli Vratné hlavy

Diplomová práce

9 10 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21

Praha 2012

Manometr Sifon Snímač teploty výstupní vody Základní regulátor logamatic BC25 Trojcestný přepínací ventil Plnicí a vypouštěcí kohout Pojistný ventil Oběhové čerpadlo pro okruh vytápění Havarijní termostat spalin Integrovaná 12 l expanzní nádoba Plynová armatura Tlakový ventilátor

34



Tlaková expanzní nádoba

3.8

Tlaková expanzní nádoba je zabezpečovací zařízení. Zabezpečuje otopnou soustavu proti náhlým změnám teploty a potažmo tlaků [5]. Jelikož je tlaková expanzní nádoba součástí kotle, ujistím se výpočtem, že bude pro tento případ dostačující. Vet  1,3  Vo  n 

1



 1,3 158  0, 01169 

1  3,5 l 0, 6825

Vet

objem tlakové expanzní nádoby [l]

1,3

bezpečnostní součinitel; zvětšení vlastního expanzního objemu o 30 %

Vo

objem vody v otopné soustavě [l]

n

součinitel zvětšení objemu [-] (tabulková hodnota)



stupeň využití expanzní nádoby [-]



ph, dov, A

ph , dov , A  pd , dov , A 400  127   0, 683 ph , dov , A 400

nejvyšší dovolený tlak v soustavě = otevírací absolutní tlak pojistného ventilu [Pa]

pd , dov , A  1,1   g  h 103  pB  1,11000 10  2,5 103  100  127 kPa pd , dov, A

nejnižší dovolený absolutní tlak [kPa]



hustota vody = 1000 kg/m3

g

tíhové zrychlení = 10 m/s2

h

výška vodního sloupce od středu expanzní nádoby do nejvyššího místa otopné soustavy [m]

pB

barometrický tlak = 100 kPa

Tlaková expanzní nádoba o objemu 12 l, která je součástí kotle Logamax GB172T je dostačující pro projektovanou otopnou soustavu. U tlakové expanzní nádoby provedeme seřízení přetlaku na straně vzdušiny (za studena):

pet , seř  (1,1 1, 2)    g  h 103  (1,1 1, 2) 1000 10  2,5 103  27 až 30 kPa Volím a předepisuji 30 kPa Diplomová práce

Praha 2012

35


3.9


Oběhové čerpadlo Zvolený kotel již obsahuje integrované oběhové čerpadlo s charakteristikou na

obrázku níže. Projektované průtočné množství cirkulační vody je 1156 l/h při tlakové ztrátě 13,6 kPa. Pracovní bod se nachází nad charakteristikou čerpadla při maximálním výkonu. Integrované oběhové čerpadlo je výkonově nedostačující, a proto bude doplněno sériově řazeným externím čerpadlem.

Obrázek 14: Charakteristika integrovaného oběhového čerpadla [16]

Volím čerpadlo Stratos PICO od výrobce WILO s vysokou energetickou účinností. Toto čerpadlo využívá technologii ECM – elektronicky komutovaného motoru s permanentními magnety na rotoru. Čerpadlo má plynulou elektronickou regulaci otáček a může pracovat v režimu konstantního tlaku nebo konstantního průtoku. V našem případě bude pracovat v režimu konstantního tlaku. Základní technické parametry čerpadla Stratos PICO 25/1-4

Energetická třída:

A

Příkon:

20 W

Jmenovité otáčky:

3495 min-1

Napájecí napětí:

230 V / 50 Hz

Max. proud:

0,19 A

Stupeň krytí:

IP X4D

Rozsah teplot čerpaného média

2 až 110 °C

Průtočné množství

1,155 m3/h

Diplomová práce

Praha 2012

36

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ Dopravní výška


1,1 m

Dopravní výška [m]

Charakteristiky čerpadel a potrubní sítě 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0

Charakteristika potrubí Integrované čerpadlo Externí čerpadlo

0

500

1000

1500

2000

Průtočné množství [l/h] Obrázek 15: Charakteristiky čerpadel a potrubní sítě

Výsledná charakteristika a pracovní bod Dopravní výška [m]

6 5 4 3

Charakteristika potrubí

2

Výsledná charakteristika čerpadel

1,36

1 0

0

500

1156 1000

1500

2000

Průtočné množství [l/h] Obrázek 15: Výsledná charakteristika a pracovní bod

Čerpadlo jsem vybral pomocí aplikace WILO-Select a v příloze přikládám export z této aplikace s detailními parametry a charakteristikou čerpadla. Čerpadlo vykazuje tvar charakteristiky podle elektronického řízení otáček ∆ p – c; tj. na konstantní dopravní tlak.

Diplomová práce

Praha 2012

37



3.10 Příprava teplé vody Součástí kondenzačního kotle Logamax Plus GB172T je podstavný zásobník teplé vody s vrstveným nabíjením o objemu 150 l. Tento zásobník dokáže pokrýt spotřebu teplé vody pro současné využití úsporné sprchy po dobu šesti minut a napuštění vany o objemu 140 l za 10 minut. Při současném využití dalších spotřebičů teplé vody, např. umývání nádobí v kuchyni, může dojít k diskomfortu z důvodu nedostatku teplé vody. K takovémuto souběhu spotřeby teplé vody bude docházet pouze zřídka, a proto se nevyplatí použít externí zásobník teplé vody. Zároveň nejde o čistě zásobníkový ohřev TV, ale o kombinaci zásobníku a průtočného ohřevu. Zároveň se jedná o tzv. přednostní přípravu TV, tj. řízení, které krátkodobě upřednostňuje přípravu TV před vytápěním. Z tohoto důvodu bude navrhovaný zdroj přípravy TV pro šestičlennou rodinu a navrhovaná odběrná zařízení plně dostačující. Základní technické údaje zásobníku TV:

Užitný objem

148 l

Teplota výstupní vody

40 až 70 °C

Max. průtočné množství

16,5 l/min

Max. příkon (nabíjení zásobníku)

106 W

Specifický průtok podle EN 625

22,6 l/min

Pohotovostní spotřeba energie

1,22 kWh/d

Max. provozní tlak

10 bar

Min. čas ohřevu z 10 °C na 75°C

45 min

Hmotnost

123 kg

Obrázek 16: Integrovaný deskový výměník tepla pro ohřev TV [16]

Diplomová práce

Praha 2012

38



1

Snímač teploty výstupu

3

Omezovač průtoku

2

Snímač proudění

4

Snímač teploty teplé vody

EK

Studená voda

AW

Teplá voda

VS

Přívodní kotlová voda

RS

Vratná kotlová voda

Cirkulace teplé vody:

Použití cirkulačního potrubí je doporučeno u rozvodu teplé vody dlouhého 8 m a více. Rozvody musí být především kvalitně tepelně zaizolovány, aby byly minimalizovány ztráty tepla. Každé cirkulační potrubí spotřebovává teplo a to znamená vyšší energetickou náročnost, stejně jako cirkulační čerpadlo. V našem případě je ovšem žádoucí, protože koupelna v podkrovním patře je vzdálená více než 8 m. Zapojení cirkulačního potrubí může být provedeno podobně jako na obrázku 17. Přívod studené vody EK musí splňovat patřičné parametry na čistotu a tvrdost vody (v tomto případě tvrdost max. 21°dH). V případě, že tyto parametry na přívodu vody do objektu nejsou splněny, je nutné přívodní potrubí osadit patřičnými filtry a změkčovačem vody. Přívod musí být dále osazen zpětnou klapkou KR a pojistným ventilem. Výstup teplé vody AW delší než 8 m je osazen kulovým kohoutem a těsně před spotřebičem teplé vody je odbočeno cirkulační potrubí EZ. Cirkulační potrubí je vybaveno

cirkulačním

čerpadlem

PZ

a

zpětnou

klapkou

KR.

Obrázek 17: Cirkulace TV [16]

Diplomová práce

Praha 2012

39


MaR

Ochrana proti bakteriím Legionella pneumophila bude zajištěna ohřevem vody na 60 °C. Teplota vody v zásobníku může být nastavena na hodnoty v rozsahu 45 až 60 °C a bude řízena regulací.

3.11 Potřeba tepla pro vytápění Pro výpočet roční potřeby tepla pro vytápění byla použita denostupňová metoda. Teoretická potřeba tepla:

Qd = 24  3600  Qcelk 

dot  tis-tes   ei  et  ed  tis-te 

[J]

Qcelk

celková tepelná ztráta objektu [W]

dot

délka otopného období [den]

tis

průměrná vnitřní výpočtová teplota [°C]

tes

střední venkovní teplota během otopného období [°C]

te

venkovní oblastní výpočtová teplota [°C]

ei

opravný součinitel na nesoučasnost přirážek [-]

et

opravný součinitel na snížení vnitřní teploty [-]

ed

opravný součinitel na zkrácení doby provozu [-]

Qd = 24  3600  9540 

225   20-4,3

 20-  -12 

 0,6  0,95 1  52 GJ

Skutečná potřeba tepla:

Qd,skut =

K

účinnost kotle [-]

R

účinnost rozvodu [-]

O

účinnost obsluhy [-]

Diplomová práce

Qd

 K  R  O

Praha 2012

[J]

40


MaR

5,2 1010  57 GJ 0,98  0,98  0,95

Qd,skut =

Skutečná potřeba tepla pro vytápění za otopné období je 57 GJ.

3.12 Potřeba paliva

Up =

Hn

Qd , skut [m3 /ot. obd.] Hn

výhřevnost paliva [GJ/m3]

Up =

57 = 170 m3 /ot. obd. 0,3348

Pro zemní plyn v české republice je průměrná hodnota výhřevnosti 33,48 MJ/m3. Potřeba paliva pro vytápění za otopné období je 170 m 3.

Diplomová práce

Praha 2012

41


4

MaR

Měření a regulace Cílem měření a regulace je optimální řízení technologií v budově. Optimálním

řízením je myšleno efektivní řízení jednotlivých subsystémů (vytápění, chlazení, větrání, osvětlení, stínění atp.) a zároveň synergie celého systému (všech těchto technologií v budově). V současné době je na trhu mnoho výrobců technologií pro budovy. Obvykle se však výrobci jednotlivých technologií zaměřují pouze na svou specializaci, kterou mají dokonale zvládnutou a jejich systémy jsou vyvíjeny autonomně bez vazby na příbuzné technologie. Výrobce kotle dodává s kotlem několik variant řídicích jednotek, výrobce světel má k dispozici propracované kontrolery a předřadníky pro řízení světelných zdrojů, výrobce žaluzií kontroléry a ovladače pro žaluzie. Každý z těchto systémů používá vlastní standardy, komunikační protokoly a ovládací prvky. Předpokladem inteligentní budovy je i uživatelsky příjemné, přehledné a jednoduché ovládání s možností korekce nastavení regulátorů pro dosažení úsporného provozu. Pokud bychom vzali nejmodernější systémy regulace od každého výrobce a nainstalovali je do budovy bez vzájemného provázaní, bude uživatel

zmatený

z velkého

množství

ovládacích

prvků

a

s vysokou

pravděpodobností nebude schopný nastavit jednotlivé subsystémy tak, aby optimálně spolupracovali mezi sebou. Řešením této situace je systémová integrace technologií do centrální řídicí jednotky. Integraci technologií lze provést na několika úrovních od řízení diskrétními signály, kdy nadřazená jednotka kompletně ovládá danou technologii až po integraci komunikačních

protokolů,

kdy

je

technologie

již

od

výrobce

vybavena

komunikativním regulátorem s otevřeným komunikačním standardem. Systémový integrátor musí vždy zvážit, na jaké úrovni je efektivní jednotlivé subsystémy integrovat. V následujícím textu budou popsány jednotlivé technologie od reálných výrobců, které navrhuji do objektu a způsob, jakým je budu řídit. Zvolil jsem koncepci sytému Centra Line od firmy Honeywell. Tento systém vyhovuje požadavkům pro řízení a integraci technologií v tomto objektu. Při návrhu vycházím z přechozích výpočtů a

Diplomová práce

Praha 2012

42


MaR

návrhů otopné soustavy. Systém MaR a jeho jednotlivé součásti jsou tedy zvoleny na míru objektu a navrženému systému vytápění dle přiložených výkresů. Architektura celého systému MaR a EZS je schematicky shrnuta na obrázku 18. Tento obrázek ve větším formátu přikládám i v příloze. Jednotlivé prvky systému (regulátory, čidla, akční členy, atp.) volím pro jednotnost především od výrobce Honeywell. Zařízení, která nevyrábí, volím od jiných výrobců. Protože je tato práce zaměřena na vytápění rodinného domu, věnuji se důkladněji i řídicím systémům pro vytápění. Projekt a výpočty umělého osvětlení nejsou součástí této práce, ale řízení osvětlení patří mezi luxusní prvky moderního bydlení a z tohoto důvodu věnuji jednu kapitolu i řízení osvětlení. Ve výkresech budou zaneseny pouze ovládací prvky a čidla pro osvětlení. Volba samotných svítidel a jejich rozmístění není součástí této práce. Stejně tak není součástí i detailní zapojení a konfigurace EZS. V přiložené výkresové dokumentaci, jsem zanesl doporučené rozmístění prvků EZS. Podobným způsobem jako osvětlení jsem zpracoval i systém stínění. V následujícím textu popíši vlastnosti jednotlivých prvků systému, použité komunikační protokoly a způsoby integrace.

Centrální jendotka HAWK Internet

RS-232

Ethernet

Ethernet

LonWorks

NDIO network

Vzdálená správa

Regulátory IRC

Lon P-3

Převodník RS-232/DALI

Ústředna EZS

P-5 Wo rks Ústředna EZS

Ústředna EZS

P-11

P-19

Zónová regulace

Osvětlení

Zabezpečení

Obrázek 18: Architektura navrženého systému

Diplomová práce

Praha 2012

43

IP-kamera

Detekce úniku plynů

Čidlo zaplavení kotelny

Detekce otevřených oken

Siréna

Detekce přítomnosti osob

Detekce požáru

Klávesnice

Stínění

Vytápění

Meteo

Senzor osvětlení

P-12

V-3

Mini vstupní jendotka

P-21

V-2

Předřadník

P-10 M

V-1

Ruční nastavení intenzity

0..10 V

DALI

Stmívač

P-9

S-BUS

0..10 V

0..10 V

Blokace

4..20 mA

4..20 mA

Elektronický vrátník

AI I/O modul


4.1

MaR

Centrální řídicí jednotka Jako centrální jednotku volím systém CentraLine HAWK AX. Je to kompaktní

zařízení s webovým serverem s možností montáže na stěnu nebo na DIN lištu. Toto zařízení může sloužit jako regulátor nebo integrátor protokolů. Možnosti integrace jsou skutečně široké díky modulárnosti tohoto zařízení. V základním provedení je regulátor vybaven dvěma ethernetovými porty a dvěma sériovými porty. V případě potřeby je možné jednotku doplnit dvěma zásuvnými kartami do volných slotů uvnitř zařízení. Tyto karty mohou obsahovat sériové porty RS-485, RS-232 nebo LonWorks. Pomocí konektoru na boku jednotky lze připojit až tři vstupně výstupní moduly pro přímé měření veličin a ovládání technologie. Pomocí tohoto hardwarového rozhranní a softwarových ovladačů uvnitř jednotky lze integrovat libovolné technologie používané v budovách. Jenotka je volně programovatelná inženýrským nástrojem CentraLine COACH AX. Řídicí strategii lze vytvořit přes předpřivené bloky od výrobce, případně je možné vytvořit si vlastní bloky pomocí programovacího jazyka z JAVA. Podobně jako řídicí bloky lze doprogramovat i libovolný komunikační protokol, otevřené standardy jsou ve většině případů připraveny od výrobce.

Obrázek 19: Ukázka možností integrace komunikačních protokolů [22]

Diplomová práce

Praha 2012

44


MaR

Jednotka se chová jako plnohodnotný průmyslový počítač s operačním systémem QNX,

který

se

využívá

např.

také

v automobilovém průmyslu. V inženýrském nástroji pracuje uživatel s dvěma základními objekty. Platforma,

konkrétní

reprezentuje

hardware jednotky a je zde možné provést různá systémová nastavení, restart stanice, nahrávání modulů atp. Druhým základním objektem je stanice, která reprezentuje konkrétní aplikaci – aplikační software. Ve stanici lze konfigurovat služby (např. alarmy, historie, správu uživatelských účtů, zasílání e-mailů anebo i automatické stahování dat z veřejné meteostanice). Ovladače

reprezentují

komunikační

protokoly a sítě. Pro ilustraci možností a struktury uvnitř jednotky CentraLine HAWK přikládám

výřez

z nástroje

CentraLine

COACH AX na obrázku 20. Velikost operační paměti lze rozšířit zakoupením softwarové licence. Je tedy možné systém dodatečně rozšiřovat. Obrázek 20: Struktura centrální jednotky HAWK

Základní technické parametry jednotky CentraLine HAWK AX:

Napájecí napětí:

15 V DC

Processor:

IBM PowerPC 405EP 250 nebo 524 MHz

DRAM:

128 nebo 256 MB

Seriál Flash:

64 nebo 128 MB

Záložní baterie:

výdrž 5 min, pod 10 s bez napájení bezpečné vypnutí

Diplomová práce

Praha 2012

45

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ Operační systém:

MaR

QNX, IBM Java Virtual Machine, Niagra Framework

Podmínky pro pracovní prostředí: Rozsah teplot:

0 až 50 °C

Relativní vlhkost:

5 až 95 %, bez kondenzace

Komunikace: 2 x Ethernetový port 10/100 Mb (RJ45) 1 x RS-232 (Canon 9) 1 x RS-485 Vstupně výstupní jednotky: Universální vstupy: Type 3 (10k) termistor, přesnost +/- 1 % 0 - 10 V DC, přesnost +/- 2 % 4 - 20 mA, přesnost +/- 2 % bezpotenciálový kontakt, pulsní vstup Digitální výstupy:

releové výstupy max. 0,5 A

Analogové výstupy: 0 – 10 V DC, max. 4 mA

4.2

Řízení otopné soustavy Řízení otopné soustavy lze rozdělit na dva dílčí problémy. Prvním z nich je řízení

zdroje tepla a druhým individuální prostorová regulace. Regulace zdroje tepla:

V našem případě se jedná o plynový kondenzační kotel s modulačním hořákem. Výrobce již standardně vybavuje tento typ kotle základní řídicí jednotkou RC35. Tato jednotka je již naprogramována od výrobce a řídí spalovací proces a výkon kotle. Protože jednotka je vyvinuta přímo pro tento typ kotle, nebylo by rozumné tuto jednotku nahrazovat nadřazeným regulátorem. Spokojíme se tedy v tomto případě s konfigurací řídicí jednotky kotle dle montážní příručky. Součástí dodávky jsou čidla venkovní teploty a čidlo kotlové vody. Čidla jsou s charakteristikou NTC. Při montáži je důležité správné osazení čidel a i zapojení sériově řazeného čerpadla přes relé z výstupu pro oběhové čerpadlo kotle. Konfigurace jednotky RC35 se provádí pomocí tlačítek a displeje, který zobrazuje aktuální parametry. V servisním menu se nastaví parametry pro uvedení do provozu. Maximální výkon kotle, charakteristika integrovaného čerpadla, Diplomová práce

Praha 2012

46


MaR

přednostní spínání ohřevu TV, minimální čas sepnutí a vypnutí hořáku, doba doběhu oběhového čerpadla, ochrana proti bakteriím Legionella Pneumophila, min. a max. meze teploty vody a mnoho dalších parametrů. Regulátor RC35 řídí výkon hořáku kotle podle topné křivky na obrázku 21.

Obrázek 21: Topná křivka kotle [17]

A

Koncový bod (při venkovní teplotě -10 °C)

AT

Venkovní teplota

B

Patní bod (při venkovní teplotě 20 °C)

pA

Teplota na výstupu v koncovém bodě topné křivky

pB

Teplota na výstupu v patě topné křivky

S

Automatické vypnutí vytápění (letní provoz)

VT

Teplota na výstupu

Důležitou vlastností jednotky RC35 je existence beznapěťového vstupu pro regulátor teploty. Tento vstup nám umožní z nadřazeného systému spouštět a blokovat kotel. Jednotka RC35 bude tedy řídit proces spalování a výkon kotle podle venkovní teploty (ekvitermě) a nadřazený systém bude určovat, zda je v daný okamžik požadavek k vytápění v závislosti na vnitřní teplotě. Individuální prostorová regulace

Druhou částí problematiky řízení otopné soustavy je individuální prostorová regulace (IRC). Tento způsob regulace rozdělí objekt na zóny s odděleným řízením

Diplomová práce

Praha 2012

47


MaR

vnitřního klimatu v závislosti na využití

místností

technických

a

tepelně-

vlastnostech

místnosti. Každá tato zóna je pak samostatně

řízena

podle

časových plánů a požadavků uživatele

k dosažení

ekonomického provozu.

a

komfortního

Protože je v projektu

použit hvězdicový rozvod, Obrázek 22: IRC regulátor LYNX [22]

každému okruhu

otopnému podlahového

tělesu

ke a

vytápění

přísluší jeden ventil na rozdělovači otopných okruhů. Rozdělení do zón tedy můžeme provést podle místností a jednotlivých otopných okruhů. Je vhodné rovněž uvažovat řádově vyšší dopravní zpoždění a setrvačnost podlahových otopných ploch oproti deskovým otopným tělesům a konvektorům. Každá zóna bude vybavena IRC regulátorem, prostorovým teploměrem s korekcí teploty a přepínačem do útlumového režimu. Okna budou osazena magnetickým kontaktem. Otopné okruhy budou řízeny přes termostatické ventily

na

patrovém

rozdělovači

otopných

okruhů pomocí servopohonů. Uživatel bude mít možnost základního nastavení klimatu v každé zóně přes nástěnný modul, anebo provést pokročilé nastavení včetně

časových

plánů

přes

grafickou

vizaulizaci na webovém rozhraní centrální jednotky.

Nástěnný

modul

ZIO

obsahuje

integrovaný senzor teploty a vlhkosti vzduchu, má konfigurovatelné obrazovky LCD displeje a je připojen sběrnicí SYLK bus k IRC regulátoru. Umístění nástěnného modulu je vhodné dobře

Obrázek 23: Nástěnný modul ZIO [22]

zvážit. Poloha nástěnného modulu by měla reprezentovat referenční místo pro Diplomová práce

Praha 2012

48


MaR

měření teploty v zóně a zároveň by měl modul být přístupný uživateli. Nástěnný modul neumísťujeme v blízkosti oken a přímého dopadu slunečních paprsků. Základní vlastnosti nástěnného modulu ZIO:

Integrované teplotní čidlo s charakteristikou NTC 20K, s rozsahem 5 – 35 °C a přesností +/- 0,2 °C při 25 °C Integrované čidlo vlhkosti vzduchu, s rozsahem 20 až 80 % RH a přesnotí 5 % RH Připojení k IRC regulátoru LYNX prostřednictvím dvouvodičové sběrnice SYLK. Konfigurovatelné obrazovky využitím nástroje implementovaném v LYNX modulu Napájení 18 V DC po sběrnici SYLK

Obrázek 24: Charakteristika teplotního čidla NTC20k [22]

Návrh rozmístění nástěnných modulů jsem zakreslil do půdorysu, který je součástí přílohy. Na obrázku 24 je výřez z inženýrského nástroje COACH AX, ve kterém jsem připravil řídicí strategii pro řízení teploty v zóně regulátorem LYNX. Součástí řídicí strategie je vyhodnocení obsazenosti zóny, přepínání velikosti pásma nulové energie, místní korekce žádané hodnoty uživatelem, reakce na poškozené či odpojené čidlo, předávání servisních informací po sběrnici LonWorks a samotný PI regulátor. Parametry regulátoru volím dle doporučení výrobce pro regulaci vytápění. Při oživování systému bude možné regulátor vyladit přímo pro konkrétní zóny.

Diplomová práce

Praha 2012

49


MaR

Obrázek 25: Řídicí strategie zónové regulace teploty

Komunikační sběrnice LonWorks:

Je v projektu použita ke komunikaci mezi IRC regulátory Lynx a centrální jednotkou CentraLine HAWK AX. Jedná se o celosvětově rozšířený komunikační standard v budovách a proto stojí za podrobnější zmínku. Standard LON (Local Operating Network) vznikl na začátku 90. Let minulého století jako univerzální komunikační spojení pro všechna možná technická použití na nejnižší automatizační úrovni. Byl vyvinut americkou firmou Echcelon. Komunikační protokol se nazývá LonTalk a celá technologie souborně LonWorks. Pravidla pro vývoj kompatibilních zařízení techniky LonWorks se nazývají LonMark. Topologie je odvozena z počítačových sítí a využívá všech sedm vrstev ISO/OSI modelu. Sběrnice LON je otevřený decentralizovaný sběrnicový systém využívající sériového přenosu zpráv. Síť sestává z uzlů (regulátory, ovládací prvky, řídicí systémy, inteligentní senzory a měřiče spotřeb, atp.) vybavených tzv. neuronovým

Diplomová práce

Praha 2012

50


MaR

čipem. Neuronový čip obsahuje tři osmibitové procesory, paměti, časovače, I/O, komunikační sběrnici a všechny potřebné funkce. Informace po sběrnici LON jsou přenášeny sériově ve formě telegramů na různých přenosových médiích. Lze využít kroucené páry metalických vodičů, IR spojení, elektrorozvodnou síť, VF rádiové vlny, koaxiální kabel nebo i optické kabely. Přenosová rychlost se pohybuje mezi 600 b/s až 1,25 Mb/s podle použitého média a délky spojení. Např. u kroucených párů vodičů lze dosáhnout délky až 2700 m při rychlostech okolo 10 kb/s. Při vzdálenosti 130 m lze dosáhnout rychlosti až 1 250 kb/s. Nejvyšším stupněm hiearchie LON je doména složená z 255 podsítí po 127 uzlech.

Celkový

počet

uzlů

v doméně

tedy

může

dosáhnout až 32 385. K připojení na sběrnici slouží kombinovaný vysílač a přijímač (transciever). Typ transcieveru se liší dle použité topologie, přenosového média a přenosových rychlostí.

Obrázek 26: Převodník USB LonWorks FTT10 [23]

Pro připojení se počítačem ke sběrnici LON je vždy nutné použít převodník [21].

4.3

Řízení umělého osvětlení Cílem umělého osvětlení je zajištění podmínek pro požadovanou činnost osob a

docílení zrakové pohody. Umělé osvětlení v interiéru doplňuje denní osvětlení, které je pro člověka přirozené. Zrak je fyziologicky jedním z nejvíce používaných smyslů člověka a proto je pro celkový komfort uživatelů budovy důležité zajistit kvalitní světelné podmínky. Základem kvalitního osvětlení je samozřejmě kvalitní návrh osvětlovací soustavy, v této práci se v návrhu omezím pouze na výběr světelných zdrojů a způsob jejich řízení. Způsob ovládání a řízení osvětlovací soustavy se odvíjí především od účelu využití prostor a použitých světelných zdrojů. Na chodbu, schodiště a předsíň je vhodné umístit nestmívatelný světelný zdroj zapínaný čidlem přítomnosti osob a vypínaný časovačem. Do obývacího pokoje a ložnice jsou vhodné stmívatelné zdroje s teplým barevným tonem (teplota chromatičnosti cca 3000 K), zatímco do kuchyně a

Diplomová práce

Praha 2012

51


MaR

pracovny je vhodnější zdroj s vyšší teplotou chromatičnosti 4000 až 6000 K, které příznivě působí na koncentraci člověka při práci. Do koupelny a na toaletu je vhodné použít nestmívatelný zdroj s klasickým ovladačem. Účelem řízení osvětlení, je podobně jako u vytápění, dosažení komfortu pro uživatele a energetických úspor. Ve spolupráci s řízením stínících systémů se snažíme maximálně využívat denní osvětlení. Každé svítidlo je napojené na sběrnici DALI (Digital adressable lighting interface), která umožňuje centrální ovládání světlených zdrojů a jejich diagnostiku. V kombinaci s nadřazeným systémem připojeným do internetu je zde i možnost vzdáleného ovládání a diagnostiky. Každý zdroj musí být vybaven komunikativním akčním členem, který může navíc umožňovat stmívání světelného zdroje. Zářivkové zdroje se vybavují předřadníky, žárovky lze spínat pomocí relé nebo stmívat tyristorovým stmívačem, pro LED světlené zdroje se využívají tzv. drivery (regulovatelný zdroj konstantního proudu a kontroler). Pro řízení světlených zdrojů jsem se rozhodl použít výrobky z řady DigiDim od výrobce Helvar. DALI sběrnice

Byla definována v roce 2004 na základě požadavku jednotného otevřeného standardu k preciznímu řízení osvětlovacích soustav, tento standard se také označuje jako IEC292 a používá ho většina výrobců světlené techniky v budovách. Jedna linka sběrnice obslouží až 64 zařízení rozdělených až do 16-ti skupin. Každá z těchto skupin může mít uloženo až 16 přednastavených scén, které lze vyvolat. Komunikace je obousměrná, ze světlených zdrojů lze získat zpětnou informaci o stavu. Maximální délka sběrnice je 300 m a jako přenosové médium se používá metalické vedení, topologie je volná a nesmí být uzavřená. Napěťové úrovně jsou definovány jako 9,5 až 22,5 V pro log 1 a -6,5 až 6,5 V pro log 0. Komunikace je dvoubytová, první byte nese informaci o adrese, druhý data s příkazem. DALI je multimaster komunikace s detekcí kolizí. Sběrnice potřebuje ke své funkci napájecí zdroj 250 mA [18]. Systém DigiDim

Systém od firmy Helvar, používá prvky pro ovládání světelných zdrojů (reléové jednotky, stmívače, předřadníky, drivery, atd.), ovládací prvky (tlačítkové panely, dotykový panel, vstupní jednotky, minivstupní jednotku do klasického vypínače atd.), sensory přítomnosti osob a kombinovaného osvětlení v prostoru pro regulaci na Diplomová práce

Praha 2012

52


MaR

konstantní hladinu a rozhranní pro konfiguraci system počitačem nebo připojení k nadřazenému řídicímu systému pomocí sériové komunikace přes převodník DALI na RS-232.

Obrázek 27: Topologie systému DigiDim od firmy Helvar [24]

4.4

Automatické ovládání žaluzií Žaluzie slouží jako stínicí prvky, zamezují oslnění uživatelů přímým slunečním

svitem a snižují tepelné zisky sáláním v letním období. Do objektu navrhuji venkovní žaluzie od výrobce Hounter Dougles [19] osazené motorickým pohonem D249 značky Dunkermotors. Pohon je zabudovaný uvnitř krytu horní části žaluzií, kryt je osazen koncovým spínačem pro bezpečné vypnutí motoru v horní poloze, tak aby nedošlo k mechanickému poškození lamel, vodicích lan či motoru. Motor je jednofázový s kapacitním rozběhem, řízení motoru je realizováno tříbodově. Na obrázku níže je zakresleno vnitřní zapojení pohonu a doporučené ovládání. Diplomová práce

Praha 2012

53


MaR

V případě tohoto objektu bude spínač nahrazen výstupními kontakty IRC regulátoru Lynx.

Obrázek 28: Zapojení pohonu žaluzií [19]

Žaluzie pracují ve čtyřech režimech. Sjíždění, zavírání, natáčení lamel a vytahování. K řízení žaluzií využijeme volné digitální výstupy na IRC regulátoru LYNX, místní ovladač bude přímo spínat pohon žaluzií a současně bude posílat informaci přes digitální vstup IRC regulátoru LYNX do centrální jednotky o aktuální poloze žaluzií. Žaluzie bude možné ovládat centrálně i místně. Místní ovládání bude mít vyšší prioritu. Centrální řídicí jednotka bude v automatickém režimu ovládat žaluzie na základě informací z meteostanice a časových plánů. Automatický režim bude mít 3 základní funkce.

Diplomová práce

Praha 2012

54


MaR

Bezpečnostní funkce, kdy při překročení mezní rychlosti větru, změřené anemometrem, se žaluzie automaticky vytáhnou nahoru, tak aby nedošlo k jejich mechanickému poškození. Automatické zatažení na noc dle časového plánu nebo po opuštění objektu posledním uživatelem, na základě informace ze systému EZS. Automatické zastínění osvícených oken k zamezení oslnění uživatele. Na základě informace o poloze slunce a změřené aktuální intenzitě slunečního záření se budou automaticky zatahovat žaluzie.

Obrázek 29: Pracovní režimy žaluzií [19]

4.5

Meteostanice Meteostanice v tomto případě slouží především pro získávání informací k řízení

žaluzií. K měření rychlosti a směru větru využíváme anemometr, který je nutné doplnit převodníkem na spojité signály. Tyto signály jsou vyhodnocovány centrální řídicí jednotkou CentraLine HAWK AX přes vstupní modul NDIO.

Diplomová práce

Praha 2012

55


MaR

Obrázek 30: Čidlo anemometru [28]

Součástí venkovního měření je i měření intenzity slunečního svitu a venkovní teploty pro řízení hořáku kotle. Měřícím elementem čidla venkovního osvětlení je polovodičová fotonka. Čidlo lze napájet 13 až 36 V, výstupní signál je 4 až 20 mA z rozsahu 0 až 40000 Lx.

Obrázek 31: Snímač venkovního osvětlení LUX97 [28]

Diplomová práce

Praha 2012

56


4.6

EZS

Ostatní systémy Pod systém měření a regulace lze doplnit i další systémy luxusního bydlení, jako

například automatický zavlažovací systém, otevírání garážových vrat, zpracování odpadních vod, rozmrazování příjezdové cesty v zimě atd. V poslední části této práce zmíním elektronické zabezpečovací systémy a požární signalizaci. Centrální jednotka CentraLine HAWK AX umožňuje integraci těchto systémů a je tedy možné systémy měření a regulace přepnout do útlumu na základě informace o zastřežení objektu anebo do havarijního režimu při vyhodnocení požáru.

5

Elektronický zabezpečovací systém Ochrana objektů zahrnuje řadu funkcí jako je ochrana protipožární (viz.

následující kapitola), ochrana úniku vody a plynu, ochrana přerušení dodávky energie a ochrana proti vloupání. Cílem ochrany je chránit objekt, osoby pracující a žijící v objektu a majetek v objektu [20].

5.1

Ústředna EZS Účelem ústředny je příjem a vyhodnocení signálů od senzorů, ovládání

signalizačních a přenosových zařízení, elektrické napájení senzorů, signalizačních a přenosových zařízení. Umožňuje ovládání celého systému EZS prostřednictvím ovládacích prvků (např. klávesnice) a také zajišťuje diagnostiku EZS [20]. Pro tento objekt navrhuji ústřednu typu Galaxy Flex 20 od výrobce Honeywell včetně příslušných periferií. Tento typ ústředny je určen pro malé aplikace do 20 smyček. Ústřednu je možné dálkově spravovat, volně programovat a předávat informace do nadřazeného systému pomocí modulu programovatlených výstupů anebo přímo propojit s nadřazeným systémem CentraLine HAWK AX pomocí ethernetového modulu. Ústředna je vybavena GSM komunikátorem s možností připojení na pult centralizované ochrany. Systém je dimenzovaný na stupeň zabezpečení 2, tzn. nízké až střední riziko. K ústředně je možné zvolit ze dvou typů ovládací klávesnice nebo LCD dotykový panel. Napájení ústředny lze realizovat připojením do klasické zásuvky nebo za jistič okruhu EZS. Ústředna se montuje na Diplomová práce

Praha 2012

57


EZS

skryté místo, klávesnice naopak na přístupné místo u vchodu do objektu. Čidla k ústředně budou připojena drátově, budou použity dvojitě vyvážené smyčky. V tomto konkrétním projektu se jeví jako nejvýhodnější umístění ústředny do technické místnosti v přízemí. Tato místnost je propojena s koupelnou a hrozí zde tedy reálné riziko vysoké vlhkosti vzduchu. Z tohoto důvodu je nutné volit skříň ústředny s vyšším krytím, např. IP67. Základní technické parametry ústředny Galaxy Flex 20

Napájecí napětí

230V / 50 Hz

Max. velikost záložního akumulátoru

10 Ah

Vlastní odběr ústředny

120 mA

Typ výstupu pro sirénu

elektornický

Rozměry krytu ústředny

333 x 337 x 93 mm

Hmotnost bez akumulátoru

1,8 kg

Třída prostření

II – vnitřní všeobecné

Počet drátových zón

základ 12 / max 20

Počet bezdrátových zón

dle voliteného modulu

Počet uživatelských kódů

25

Paměť událostí

500

Obrázek 32: Sestava ústředny Galaxy Flex 20 [25]

Diplomová práce

Praha 2012

58


5.2

EZS

Klávesnice Ze sortimentu výrobce volím designovou klávesnici typu MK8. Tato klávesnice v

bílém provedení má dvouřádkový alfanumerický podsvětlený displej, volitelně může obsahovat integrovanou čtečku karet. Je vybavena dvěma sabotážními kontakty a svorkovnicí RS-485. Informaci o zastřežení celého objektu můžeme využít pro přepnutí system vytápění do útlumu a vypnutí všech svítidel, pro případ, že uživatel zapomene v některé místnosti zhasnout, případně i zatáhnout žaluzie. Klávesnice zobrazuje na displeji aktivní sensory a ústředna nedovolí uživateli zastřežit objekt v případě jakéhokoliv aktivního senzoru. Základní technické parametry klávesnice MK8:

Pracovní napětí

12V DC

Proud

60 až 90 mA, se čtečkou 80 až 110 mA

Hmotnost

200 g

Rozměry

152 x 93 x 25 mm

Obrázek 33: Klávesnice MK8 [25]

Diplomová práce

Praha 2012

59


5.3

EZS

PIR detektory K detekci pohybu osob v interiéru byly zvoleny senzory typu IS2535T, výrobce

Honeywell. Detektor je připojen drátově k ústředně a pokryje vějíř o rozměrech 11 x 12 m dle charakteristik na obrázku. Detektor je vybaven vypínatelnou odolností proti zvířatům (Fresnelova čočka). Montážní výška je 2,3 m

Obrázek 35: PIR detektor IS2535T [25]

Obrázek 34: Charakteristika PIR detektoru IS2325T [25]

Základní technické vlastnosti PIR detektoru IS2325T:

Zpracování signálu

analogové

Typ pyroelementu

dvojitý

Napájení

8,5 až 15,4 V DC

Odběr

17 až 20 mA

Poplachový výstup

NC, 24 V DC / 30 mA

Sabotážní výstup

NC, 24 V DC / 30 mA

Citlivost

4 úrovně

Teplotní kompenzace

ano

Rozměry

112 x 60 x 40 mm

Diplomová práce

Praha 2012

60


5.4

EZS

Detektory otevřených oken a dveří Magnetické

kontakty

se

svorkovnicí

typu

MPS20W budou osazeny na vstupních dveřích, všech oknech a franzcouzských oknech. Detektory se montují na nevodivý podklad. Informaci o otevřeném oknu využijeme pro přepnutí systému vytápění v dané zóně do útlumu. V případě otevřeného okna ústředna nedovolí uživateli zastřežit objekt. Na klávesnici uživatel vidí, který senzor je aktivní.

Obrázek 36: Magnetický kontakt MPS20W [25]

Základní technické parametry detektoru MPS20W:

Materiál

plast

Max pracovní mezera

32 mm

Poplachový výstup

NC

Rozměry

13 x 64 x13 mm

Senzory se stejnou funkcí v jedné zóně budou zapojeny sériově do jedné smyčky. Pro připojení všech senzorů bude použita tzv. dvojitě vyvážená smyčka.

Obrázek 37: Dvojitě vyvážená smyčka [20]

Tabulka 8: Tabulka stavů dvojitě vyvážené smyčky

Stav Přerušení smyčky

Tamper

Senzor

∞

X

Zkrat smyčky

0

Poplach

X

Hlídání

Diplomová práce

Odpor smyčky

4k4 2k2

Praha 2012

61


5.5

EZS

Detektory úniku plynů Zvolený detektor indikuje únik všech hořlavých plynů (svítiplyn, zemní plyn,

propan, butan, acetylén, vodík, ...) ve dvou úrovních koncentrace. Pracuje na principu katalycké oxidace – žhavené platinové vlákno. Díky zabudované zvukové signalizaci funguje i autonomně, pomocí reléového výstupu lze tento detektor připojit k ústředně elektronického zabezpečovacího systému. Detektor se instaluje v místnostech s nebezpečím úniku plynu, v kotelně a případně i kuchyni s plynovým sporákem. Při montáži je důležité zvážit, jaký plyn má detektor hlídat. Pro plyny lehčí než vzduch jako je zamní plyn se detektor instaluje nad místo s možným únikem plynu, na stěnu maximálně však 15 cm pod strop a nebo přímo na strop místnosti. Pro plyny těžší než vzduch, jako je propan se detektor montuje co nejníže na stěnu nebo do nejnižší části místnosti. Vstupní i výstupní otvory v krytu detektoru byly orientovány v předpokládaném směru proudění vzduchu.

Obrázek 38: Detektor GS130 [25]

Základní technické parametry detektoru GS130:

Počet úrovní citlivosti

2

Citlivost metan

0,5 / 1 %

Citlivost ISO/butan

0,22 / 0,45 %

Napájecí napětí

230 V / 50 Hz

Spotřeba

5W

Poplachový výstup

250 V DC / 5 A

Pracovní teplota

-10 až 40 °C

Rozměry

100 x 73 x 39 mm

Diplomová práce

Praha 2012

62


5.6

EZS

Detektory požáru Do projektu volím autonomní detektory typu SD728. Tyto detektory jsou

navrženy pro včasné varování před začínajícími a rozvíjejícími se požáry prostřednictvím detekce kouře. Detektory signalizují nebezpečí pomocí vnitřní sirény o hlasitosti 85 dB a blikající červené diody. Tato signalizace umožňuje uživateli včas zamezit dalšímu šíření požáru např. pomocí hasicího přístroje, případně opustit budovu. Aby detektory mohli správně plnit výše zmíněnou funkci, musí být nainstalovány v místnostech s požárním rizikem a dále řádně udržovány a pravidelně testovány. Tento typ detektoru není určen pro instalaci v průmyslovém prostředí. Detekční oblast detektoru je válec o poloměru kruhové podstavy 6 m a max. výšce 6 m. Detektor se instaluje na strop pokud možno do středu místnosti, nejblíže však 0,5 m od stěny. Minimální počet detektorů umístěných v bytové jednotce anebo rodinném domě udává vyhláška č 23/2008 o technických podmínkách požární ochrany staveb. Citace z vyhlášky: § 14

Vybavení stavby požárně bezpečnostním zařízením

(3) Stavba uvedená v § 15 až 18 a 28 musí být vybavena zařízením autonomní detekce a signalizace uvedeným v příloze č. 5. Zařízením autonomní detekce a signalizace se dle přílohy č. 5 vyhlášky rozumí: a) autonomní hlásič kouře podle české technické normy ČSN EN 14604, nebo b) hlásič požáru podle české technické normy řady ČSN EN 54 "Elektrická požární signalizace" a to například část 5, část 7 a část 10; tyto hlásiče jsou použity například v lince elektrických zabezpečovacích systémů v souladu s českými technickými normami

řady

ČSN EN 50131 "Poplachové systémy – Elektrické zabezpečovací systémy". § 15

Rodinný dům a stavba pro rodinnou rekreaci

(5) Rodinný dům musí být vybaven zařízením autonomní detekce a signalizace. Toto zařízení musí být umístěno v části vedoucí k východu z bytu nebo u mezonetových bytů a rodinných domů s více byty v nejvyšším místě společné chodby nebo prostoru. Jedná-li se o byt s podlahovou plochou větší než 150 m, musí být umístěno další zařízení v jiné vhodné části bytu.

Diplomová práce

Praha 2012

63


EZS

Detektory se nedoporučuje instalovat v blízkosti prostor, kde vznikají splodiny hoření nebo pára. Zdroji může být sporák, krb, koupelna, déle nastartované auto v garáži atp. Tyto zdroje by mohli vyvolávat tzv. falešné poplachy. Dále se nedoporučuje detektory instalovat do otevřených prostor, do místností mimo pracovní teplotní rozsah, do prašných prostor a v blízkosti klimatizací, ventilátorů a digestoří. Detektory je možné vzájemně propojit až do vzdálenosti 300 m v počtu až 38 detektorů. V případě, že jeden z propojených detektorů vyhodnotí požár, spustí poplach všechny propojené detektory. Tento signál můžeme přivést i na vstupní modul centrální řídicí jednotky nebo ústředny EZS a odeslat informaci o poplachu např. pomocí GSM modulu na mobilní telefon uživatele.

Obrázek 39: Detektor SD728 [25]

Základní technické parametry detektoru SD728:

Napájení detektoru

Alkalická baterie 9 V, typ 6LR6, 600 mAh

Typická životnost baterie

1 rok

Detekce kouře

optický rozptyl světla

Citlivost detektoru kouře

m = 0,11 až 0,13 dB/m

Akustický výkon sirény

min. 85 dB/3m

Rozsah pracovních teplot

4 až 38 °C

Rozměry

průměr 103 mm, výška 40 mm

Splňuje požadavky

ČSN EN 14 604, ČSN EN 50130-4, ČSN EN 55022

Diplomová práce

Praha 2012

64


5.7

EZS

Čidlo zaplavení a havarijní teploty Detektor zaplavení kotelny slouží k detekci výskytu vodní hladiny na úrovni

podlahy. Montuje se vždy do nejnižšího bodu v místnosti těsně nad podlahu nebo do jímky vytvořené pro tento účel. Společně s detektorem havarijní teploty zajišťují odstavení kotelny v případě havárie. V tomto projektu je kotelna umístěna v jedné místnosti s koupelnou, plovákové čidlo zaplavení může při vhodném umístění hlídat i vytopení koupelny.

Obrázek 40: Čidlo zaplavení a havarijní teploty v kotelně [25]

5.8

Siréna Do projektu navrhuji venkovní sirénu s výkonem 110 dB/1m s LED majákem a

akumulátorem pro zálohu v případě výpadku energie nebo přerušení napájení při vloupání. Siréna se montuje na viditelné, ale nepřístupné místo.

Obrázek 41: Venkovní siréna [25]

Diplomová práce

Praha 2012

65


5.9

EZS

Kamery Vchod na pozemek před objektem bude střežit venkovní IP kamera AXIS p3344-

VE. Tato odolná kamera je zabezpečena proti odmontování, vnějším zásahům a poškození. Kamera má pokročilou videodetekci pohybu, detekci pokusů o zásah do kamery nebo snahu o její přesprejování či zakrytí. IP kamera má v sobě zabudovaný slot na paměťové karty SD/SDHC pro lokální záznam. Kamera je vybavena technologií PoE (power on ethernet), stačí k ní tedy vést pouze jeden UTP kabel, který bude sloužit i jako napájecí. Předpokládá se samozřejmě použití ethernetového switche s technologií PoE nebo příslušného power injektoru. Video z kamery lze sledovat přímo přes webové rozhranní kamery nebo pomocí kamerového softwaru na počítači, kde lze i ukládat záznamy. Zpracování videa na počítači umožňuje uložit delší video záznamy, ale záznamový počítač musí být stále spuštěn. V tomto projektu, kde máme pouze jednu kameru dávám přednost lokálnímu ukládání záznamů na SD/SDHC paměťovou kartu přímo v kameře. Centální jendotka CentraLine HAWK AX umožňuje zpracovávat záznamy z kamer AXIS. Uživatel tedy může tímto způsobem např. na dálku otevřít branku na pozemek objektu, když např. vidí přes kameru, že za brankou stojí kurýr.

Obrázek 42: Kamera P3344-VE [25]

Diplomová práce

Praha 2012

66


EZS

5.10 Domovní telefon Domovní telefon nebo také video vrátný lze výhodně použít u rozsáhlejších objektů, případně u objektů s větším pozemkem kolem domu, kde je na příjezdové cestě umístěna dálkově ovládaná branka nebo brána. Uživatel tak má možnost se podívat, kdo přijel na návštěvu a z pohodlí domova mu otevřít příjezdovou bránu. Sada domovního telefonu sestává z několika částí. Vlastního domovního videotelefonu, zvonku s kamerou a mikrofonem umístěného u brány a elektronického zámku ovládaného z videotelefonu.

Obrázek 43: Videotelefon Fermax [25]

Zvonek je napájený z externího zdroje 18 V DC / 1,5 A, který napájí i elektronický zámek. Video ze zvonku do videotelefonu se přenáší koaxiálním kabelem, hlas a povely po kroucených párech vodičů.

Obrázek 44: Schéma video vrátníka [25]

Základní technické parametry Videotelefonu FERMAX:

Krytí

IP43 / IP66 tlačítka

Napájecí napětí zvonku

18V DC

Materiál

Hliník / ABS plat

Pracovní teplota

-10 až 60 °C

Výkon hovorové jednotky

1 / 0,15 W

Zdroj telefonu

12 V AC

Diplomová práce

Praha 2012

67


6

EZS

Závěr V rámci diplomové práce byl zpracován návrh vytápění dvougeneračního

rodinného domu. Návrh byl zpracován tak, aby splňoval současné požadavky a nároky na tepelnou pohodu prostředí. Výpočet tepelných ztrát byl proveden podle normy ČSN 06 0210 a celková vypočítaná tepelná ztráta objektu je 9,5 kW. ČSN 06 0210 byla pro výpočet tepelných ztrát volena na základě konzultací s vedoucím DP. ČSN EN12 831 nebyla zvolena s ohledem na nedostatečné informace od investora stran stavební konstrukce a nemožnost dostatečně přesného určení tepelných mostů. Oproti výrazně zjednodušené metodě výpočtu podle ČSN EN 12 831 se tak jevil jako optimální a přesnější výpočet tepelných ztrát podle starší ČSN 06 0210. V objektu byly zvoleny podlahové otopné plochy doplněné deskovými otopnými tělesy a podlahovými konvektory. Na základě rozmístění otopných ploch a prostoru umístění kotle byla zvolena dvoutrubková hvězdicová soustava s hlavním vertikálním rozvodem mezi patry. V obou z pater je umístěný patrový rozdělovač podlahového vytápění, na který jsou v přízemí napojeny i podlahové konvektory a otopná tělesa. Výkon těles je přepočítaný na jednotný projektovaný teplotní spád 40/32 °C. Systém je hydraulicky vyvážen pomocí termostatických ventilů, regulačních šroubení a vyvažovacích ventilů na hlavním rozvodu.

Veškeré rozvody, kromě

hlavního vertikálního rozvodu jsou umístěné v podlaze z materiálu PEXa. Jako zdroj tepla byl zvolen nástěnný plynový kondenzační kotel Buderus GB120 s kombinovaným ohřevem teplé vody. Rozvod teplé vody je vybaven cirkulací. Kotel Buderus obsahuje expanzní nádobu a pojistný ventil, integrované oběhové čerpadlo bylo posíleno externím čerpadlem Wilo Stratos Pico s vysokou energetickou účinností. Systém měření a regulace sestává z centrální řídicí jednotky připojené do internetu. Uživateli umožňuje vzdálenou správu objektu včetně monitoringu všech připojených technologií. Vytápění a žaluzie jsou řízeny z regulátorů individuální prostorové regulace, osvětlení přímo z centrální řídicí jednotky. Výkon hořáku kotle je řízen vlastním regulátorem na základě informace o venkovní teplotě. Celý objekt je zabezpečen elektronickým zabezpečovacím systémem, který chrání objekt jak proti vniknutí cizí osoby, tak i proti havarijním stavům, jako je Diplomová práce

Praha 2012

68


EZS

například zaplavení kotelny nebo únik plynu. Objekt je vybaven i elektronickou požární signalizací. Při tvorbě a psaní této diplomové práce jsem se naučil systematickému přístupu k řešení problémů, vyzkoušel jsem si práci s různými programy pro návrhy, kreslení, dokumentaci, konfiguraci a programování a především jsem měl možnosti prohloubit si znalosti z oblasti techniky prostředí a vytápění.

Diplomová práce

Praha 2012

69


7

Použitý software

Seznam obrázků

Obrázek 1: Průřez moderním domem [12] ............................................................................................ 12 Obrázek 2: Vertikální řez zadaným domem .......................................................................................... 13 Obrázek 3: Systémová deska Vario s položeným otopným hadem [6] ................................................. 20 Obrázek 4: Spojování trubek PEXa [12] ............................................................................................... 20 Obrázek 5: Skladba podlahy [6] ............................................................................................................ 21 Obrázek 6: Těleso Korado Radik v interiéru [8] ................................................................................... 25 Obrázek 7: Podlahový konvektor Minib [9] .......................................................................................... 26 Obrázek 8: Určení součinitele místního odporu na oblouku [5] ........................................................... 29 Obrázek 9: Termostatický ventil V2000EVS [22] ................................................................................ 30 Obrázek 10: Dvoutrubková otopná soustava s regulačním šroubením Verafix-VKE [14] ................... 30 Obrázek 11: Regulační a vyvažovací ventil Kombi-2 plus [22] ........................................................... 32 Obrázek 12: Kotel Logamax Plus GB172T [17] ................................................................................... 33 Obrázek 13: Funkční schema kotle Logamax GB172T [16]................................................................. 34 Obrázek 14: Charakteristika integrovaného oběhového čerpadla [16] ................................................. 36 Obrázek 15: Charakteristiky čerpadel a potrubní sítě ........................................................................... 37 Obrázek 16: Integrovaný deskový výměník tepla pro ohřev TV [16] ................................................... 38 Obrázek 17: Cirkulace TV [16] ............................................................................................................. 39 Obrázek 18: Architektura navrženého systému ..................................................................................... 43 Obrázek 19: Ukázka možností integrace komunikačních protokolů [22] ............................................. 44 Obrázek 20: Struktura centrální jednotky HAWK ................................................................................ 45 Obrázek 21: Topná křivka kotle [17] .................................................................................................... 47 Obrázek 22: IRC regulátor LYNX [22]................................................................................................. 48 Obrázek 23: Nástěnný modul ZIO [22] ................................................................................................. 48 Obrázek 24: Charakteristika teplotního čidla NTC20k [22] ................................................................. 49 Obrázek 25: Řídicí strategie zónové regulace teploty ........................................................................... 50 Obrázek 26: Převodník USB - LonWorks FTT10 [23] ......................................................................... 51 Obrázek 27: Topologie systému DigiDim od firmy Helvar [24] .......................................................... 53 Obrázek 28: Zapojení pohonu žaluzií [19] ............................................................................................ 54 Obrázek 29: Pracovní režimy žaluzií [19] ............................................................................................. 55 Obrázek 30: Čidlo anemometru [28] ..................................................................................................... 56 Obrázek 31: Snímač venkovního osvětlení LUX97 [28] ...................................................................... 56 Obrázek 32: Sestava ústředny Galaxy Flex 20 [25] .............................................................................. 58 Obrázek 33: Klávesnice MK8 [25] ....................................................................................................... 59 Obrázek 34: Charakteristika PIR detektoru IS2325T [25] .................................................................... 60 Obrázek 35: PIR detektor IS2535T [25] ............................................................................................... 60 Obrázek 36: Magnetický kontakt MPS20W [25] .................................................................................. 61 Obrázek 37: Dvojitě vyvážená smyčka [20] ......................................................................................... 61 Obrázek 38: Detektor GS130 [25]......................................................................................................... 62 Obrázek 39: Detektor SD728 [25]......................................................................................................... 64 Obrázek 40: Čidlo zaplavení a havarijní teploty v kotelně [25] ............................................................ 65 Obrázek 41: Venkovní siréna [25] ........................................................................................................ 65 Obrázek 42: Kamera P3344-VE [25] .................................................................................................... 66

Diplomová práce

Praha 2012

70


Použitý software

Obrázek 43: Videotelefon Fermax [25]................................................................................................. 67 Obrázek 44: Schéma video vrátníka [25] .............................................................................................. 67

Diplomová práce

Praha 2012

71


8

Seznam příloh

8.1

Výkresová dokumentace

Číslo výkresu

8.2

Název

Použitý software

Formát

Počet listů

1

Půdorys 1. P. P. - vytápění

A3

1

2

Půdorys 1. N. P. - vytápění

A3

1

3

Rozvinuté schéma vytápění

A3

1

4

Rozmístění prvků MaR a EZS 1. P. P.

A4

1

5

Rozmístění prvků MaR a EZS 1. N. P.

A4

1

6

Architektura systémů v objektu

A4

1

Seznam příloh v textové části

Příloha 1

Návrhový nomogram podlahového vytápění

Příloha 2

Návrhový diagram pro určení tlakových ztrát trubek Rau-VPE

Příloha 3

Průtokový diagram a konstrukce rozdělovače HKV-D

Příloha 4

Návrhový diagram těles Radik ventil kompakt

Příloha 5

Průtokový diagram TRV

Příloha 6

Průtokový diagram regulačního šroubení

Příloha 7

Konstrukce kotle Logamax Plus GB172T

Příloha 8

Konstrukce a dimenze podlahových konvektorů PMW205

Příloha 9

Export z programu Wilo Select – charakteristiky zvoleného čerpadla Stratos Pico 25/1-4

Diplomová práce

Praha 2012

72


9

Použitý software

Použitý software AutoCAD 2010 Microsoft Word 2010 Microsoft Excel 2010 RauCAD Honeywell Valve-sizing WILO Select 3.1.11 Výpočet tlakové ztráty třením v potrubí (TZB-info) Centra Line Coach AX Microsoft Visio 2010

Diplomová práce

Praha 2012

73


Literatura

10 Literatura [1]

Bašta, J.: Regulace otopných soustav. Doporučený standard technický. ČKAIT. Praha 2003. s. 18, ISBN 80-86364-89-5

[2]

Bašta, J.: Hydraulika a řízení otopných soustav. Praha: Ediční středisko ČVUT, 2003. – 252 s., 209 obr., ISBN 80-01-02808-9

[3]

Bašta, J.; Kabele, K.: Otopné soustavy teplovodní – sešit projektanta. Třetí přepracované vydání. STP, 2008. 96 s.

[4]

Bašta, J.: Velkoplošné sálavé vytápění. Grada Publishing, a.s., Praha 2010, 128s., ISBN 978-80-247-3524-5.

[5]

Bašta, J.; Hojer, O.: Sálavé a průmyslové vytápění pro IB, Praha, 2009. 121 s.

[6]

Technické informace firmy Rehau: Plošné vytápění / chlazení 964900CZ, 2010

[7]

Bašta, J.; kolektiv: Výkresová dokumentace ve vytápění

[8]

http://www.korado.cz

[9]

http://www.minib.com

[10]

http://www.buderus.cz

[11]

Svatoš J.: Vytápění luxusní vily. Diplomová práce. Praha, 2010. 62 s.

[12]

http://www.rehau.cz

[13]

http://tzb-info.cz

[14]

Katalogový list Honeywell V2476 Verafix-VKE

[15]

http://www.vytapeni-rodinnych-domu.cz

[16]

Logamax Plus GB172 - Podklady pre projektovanie, vydanie 2011/13

[17]

Logamax Plus GB172 - Montáž a údržba

[18]

Čižinský, T.: Řízení osvětlovacích soustav, IB Projekt 1, Praha, 2011. 45 s.

[19]

HounterDouglas: External Venetian Blinds

[20]

Husák, M.: Podklady k předmětu: Elektronické zabezpečovací systémy

[21]

Matz, V.: Komunikační sběrnice a protokoly používané v systémech automatizace budov, Systémová technika budov, 2009

[22]

http://www.honeywell.cz, sekce Enviromental control

Diplomová práce

Praha 2012

74


Literatura

[23]

http://www.echelon.com

[24]

http://www.helvar.com

[25]

http://www.adiglobal.cz

[26]

Coach Ax (Level 1) Training – Creating a LON – BacNet Integration

[27]

CentraLine LYNX TOOL – User Guide. Honeywell 2010. s. 244, EN2Z0960GE51 R0710

[28]

http://www.anemo.cz

Použité technické normy ČSN 06 0210

Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění

ČSN 73 0540

Tepelná ochrana budov

vyhláška č 23/2008

Technické podmínky požární ochrany staveb

Diplomová práce

Praha 2012

75


Návrhový nomogram podlahového vytápění

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 1


Návrhový diagram pro určení tlakových ztrát trubek Rau-VPE

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 2


Průtokový diagram a konstrukce rozdělovače HKV-D

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 3


Návrhový diagram přednastavení ventilu otopného tělesa

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 4


Průtokový diagram TRV

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 5


Průtokový diagram regulačního šroubení

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 6


Konstrukce kotle Logamax Plus GB172T

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 7


Konstrukce a dimenze podlahových konvektorů PMW205

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 8


Export z programu Wilo Select

Diplomová práce

Praha 2012

Příloha 9

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ INTELIGENTNÍ BUDOVY DIPLOMOVÁ PRÁCE VYTÁPĚNÍ RODINNÉHO DOMU

Recommend Documents