ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
Laboratoře TZB Úvod Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Laboratoře TZB Oblečení vhodné pro práci v terénu (technická místnost) Dodržování bezpečnosti práce dle pokynů vedoucího Řešení úloh v týmech po 3-4 osobách Odevzdávání úloh do stanoveného termínu Odevzdávání přednostně elektronicky
2
Laboratoře TZB Literatura: Energetické systémy TZB-normy, zákony, vyhlášky, technické informace Manuály a návody měřících zařízení Informace na doporučených internetových adresách
3
Laboratoř TZB - hydraulika
Demonstrační výuková laboratoř technických zařízení budov
4
Laboratoř IB
Laboratoř inteligentních budov
5
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
Laboratoře TZB Cvičení – Základy vědecké práce a provádění měření Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Základy vědecké práce a provádění měření • Prostudujte materiál popisující základy vědecké práce a provádění měření • Odpovězte na otázky zadané na cvičení týkající se vědecké práce, autorského zákona, citací
Teoretický základ Základy vědecké práce • Metodologie vědecké práce (jak dosáhnout cíle) • Informační zdroje • Struktura vědeckého sdělení – článek v časopise, příspěvek ve sborníku, vystoupení na konferenci, poster, monografie, výzkumná zpráva, výstupy, realizace výsledků, transfer technologií
• Etika vědecké práce • Zdroje financí – Grantový systém v ČR – Možnosti využití grantové podpory ze zahraničí a EU – Soukromé a jiné zdroje financování.
8
Věda Hlavním cílem vědy je hledání pravdy o fungování systémů. • Výzkum - systematická aktivita využívající vědeckých metod – Základní - veden čistě snahou odkrývat podstatu jevů – Aplikovaný - na prvním místě je ekonomický či společensky prospěšný zájem Ideální je kombinace základního a aplikovaného výzkumu. Vědecké poznání je poháněno neustálým přibližováním se k vědění 9
Metody vědeckého zkoumání • Metody empirické – pozorování – měření – experimentování
• Metody logické – využívajících principy logiky a logického myšlení • abstrakce –konkretizace • analýza –syntéza • indukce –dedukce INDUKCE
Pozorování
Obecná teorie
Položení otázky
Hledání odpovědi DEDUKCE
10
Struktura vědecké práce • 1. Úvod – zdůvodnění aktuálnosti tématu a nastínění problému – stanovení cíle práce.
• 2. Teoretická část práce – současný stav problematiky – teoretické poznatky, vztahující se k danému problému – charakteristiku metod a postupů, které budou pro řešení problému použity.
• 3. Praktická část práce – Popis použitých metod – zpracování tématu, vlastní vyhodnocení
• 4. Závěr – zhodnocení dosažených výsledků – zobecnění, doporučení pro další práci 11
Etika vědecké práce • Etika (soustava mravních zásad) vědecké práce je složitý a citlivý problém a autor by si měl být vědom a dodržovat příslušná pravidla „slušného chování“.
• Hlavní zásady: – Být skutečně autorem dané práce – Řádně citovat zdroj. Týká se to nejen textových pasáží, ale i tabulek ,grafů, obrázků. Uvést „vlastní zdroj autora“ v případě autorství. – Nechápat věcnou kritiku jako nepřátelství – Publikovat jen správné a prověřené závěry
Autorský zákon 12
Autorský zákon • Plný název: Zákon o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů • Zákon č. 121/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů
• Dílo nebo jeho část není možné bez souhlasu autora jakkoliv užít •
§ 30 Volná užití
– osobní potřeba – rozmnožování na papír nebo podobný podklad pro osobní nebo vnitřní potřebu firmy
• Zákonné užití díla • § 31 Citace
Do práva autorského nezasahuje ten, kdo a) cituje ve svém díle v odůvodněné míře výňatky ze zveřejněných děl jiných autorů, b) zařadí do svého samostatného díla vědeckého, kritického, odborného nebo do díla určeného k vyučovacím účelům, pro objasnění jeho obsahu, drobná celá zveřejněná díla, c) užije zveřejněné dílo v přednášce výlučně k účelům vědeckým nebo vyučovacím či k jiným vzdělávacím účelům; vždy je však nutno uvést jméno autora, nejde-li o dílo anonymní, nebo jméno osoby, pod jejímž jménem se dílo uvádí na veřejnost, a dále název díla a pramen.
13
Jak provádět měření • Způsobilost k měření – laik – poučená osoba – osoba s dokladem o způsobilosti k provádění měření (v řadě oblastí nutné odborné vzdělání, autorizace,..) – příklad-měření účinnosti zdroje tepla
• Způsob provádění měření – v řadě oblastí definován předpisy (norma, vyhláška, zákon,..) – dán odborným posouzením způsobilé osoby např. soudní znalec
Jak provádět měření • • • • • • •
Znát důvod provádění měření Nastudovat legislativu v dané oblasti Umět pracovat s měřícími přístroji Správně definovat čas a způsob měření Provést měření Zpracovat naměřená data Vytvořit závěr
Provádění samotného měření - praktické rady • Znát důvod provádění měření • Zvolit vhodné měřící zařízení – – – –
závislost na dodávce energie přesnost a další charakteristiky zařízení (velikost paměti,..) způsob ovládání odolnost vůči poškození – vandalství, prostředí
• Zvolit vhodný termín – časové možnosti, výskyt chybových jevů, počasí, chování uživatelů • Vyzkoušet veškeré potřebné funkce měřícího zařízení v dostatečné době před odjezdem na měření, kontrola připravenosti zařízení (baterie, kabely,..) • Rozmyslet způsob měření, způsob záznamu dat, podmínek měření
Provádění samotného měření - praktické rady • Transport na místo měření • Průběh měření – fotografie, zaměření polohy měřícího přístroje, určení podmínek měření (klimadata,..), provádění měření • Kontrola uložení a čitelnosti změřených dat • Transport z místa měření • Zpracování dat • Vytvoření závěrů • Vypracování zprávy z měření
Zpráva z měření • Zadání • Místo měření (popis místa, podmínek) • Seznam použitých měřících zařízení (přesné označení, výrobce, technický stav, údaje o kalibraci,..) • Popis měřicí metody (vysvětlení principu, schémata, popis pracovního postupu) • Naměřené a vypočítané hodnoty • Zhodnocení výsledků a měření, soupis podkladů
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
Laboratoře TZB Cvičení – Měření kvality vnitřního prostředí Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Měření kvality vnitřního prostředí • Změřte parametry vnitřního prostředí • Posuďte, zda prostředí vyhovuje zadaným kritériím pro daný typ budovy (bydlení, administrativa, výroba, školství, restaurace, ubytování)
• Vypracujte zprávu z měření
Teoretický základ Měřící zařízení a požadavky na vnitřní prostředí • Popis měřícího zařízení – Kalibrace zařízení
• Normy a předpisy stanovující požadavky na vnitřní prostředí
21
Zařízení pro měření vnitřního prostředí CO2 Kulový teploměr
Univerzální záznamník
Teploměr a vlhkoměr Anemometr
Stojan s ramenem
Parametry prostředí • Teplota kulového teploměru tg (°C) – kulový teploměr pro měření střední radiační teploty – měřicí rozsah -50 až +200°C – měděná koule průměru 150 mm s centrálně umístěným Pt100-čidlem
• Teplota a vlhkost vzduchu ta, rh (°C, %) – kombinované čidlo teplota-vlhkost vzduchu – rozsah: • teplota -20 až +60°C • vlhkost 5 až 98%rH 23
Parametry prostředí • Koncentrace CO2 (%, ppm) – stacionární snímač - měřicí rozsah: 0...2,5% (dle typu), přesnost +2% z rozsahu, pracovní teplota: 5 až 40°C, princip: IR-optický – ruční snímač - měřicí rozsah: 0...10 000 ppm, přesnost: do 5000 ppm +-50 ppm +2% z měř.hodnoty, pracovní teplota: 0 až 50°C, princip: 2 kanálový IR-absorbční
24
Parametry prostředí • Termoanemometrické všesměrové čidlo (m/s) – pro měření nízkých rychlostí proudění vzduchu 0,01 až 1,00 m/s – rozlišení 0,01 m/s teplotní kompenzace v rozsahu 0 až 40°C
• Anemometrické čidlo – sonda pro měření rychlosti proudění vzduchu, měřicí rozsah: 0,1 až 20 m/s, průměr sondy 80 mm, provozní teplota -20 až +140°C – sonda pro měření rychlosti proudění vzduchu měřicí rozsah: 0,6 až 40 m/s, průměr sondy 15 mm, provozní teplota: -20 až +140°C 25
Parametry prostředí • Záznamník dat ALMEMO 2690-8 (datalogger) – 5 měřících vstupů pro ALMEMOkonektory – programovatelné konektory
Vnitřní prostředí budov • Normy a předpisy: • ČSN EN ISO 7730 Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu • ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, teplotního prostředí, osvětlení a akustiky • ČSN EN ISO 7726 Ergonomie tepelného prostředí - Přístroje pro měření fyzikálních veličin
27
Vnitřní prostředí budov • • • • • •
Zákony č. 183/2006 Sb., stavební zákon (nahrazuje zákon č. 50/1976 Sb.) č. 20/1966 Sb., o zdraví lidu č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví č. 262/2006 Sb., zákoník práce (nahrazuje zákon č. 155/2000 Sb.) č. 309/2007 Sb., kterým se upravují další požadavky bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v pracovněprávních vztazích a o zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při činnostech nebo poskytování služeb mimo pracovněprávní vztahy
28
Vnitřní prostředí budov
•
Prováděcí předpisy
•
nařízení vlády č. 148/2006 Sb., o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) nařízení vlády č. 1/2008 Sb., o ochraně zdraví před neionizujícím zářením (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.)
•
• nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci (prováděcí předpis k zákonu č. 309/2007 Sb. a 262/2006 Sb.) • • • • • •
vyhláška Ministerstva pro místní rozvoj č. 137/1998 Sb., o obecných technických požadavcích na výstavbu (prováděcí předpis k zákonu č. 50/1976 Sb.) ve znění vyhlášky č. 502/2006 Sb. (změny v souladu s novým stavebním zákonem č. 183/2006 Sb.) vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 410/2005 Sb., o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) - v současné době v novelizaci vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 137/2004 Sb., o hygienických požadavcích na stravovací služby a o zásadách osobní a provozní hygieny při činnostech epidemiologicky závažných (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) ve znění vyhlášky č. 602/ 2006 Sb. vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 135/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na koupaliště, sauny a hygienické limity písku v pískovištích venkovních hracích ploch (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 255/2003 Sb., kterou se stanoví správná lékárenská praxe, bližší podmínky přípravy a úpravy léčivých přípravků, výdeje a zacházení s léčivými přípravky ve zdravotnických zařízeních a bližší podmínky provozu lékáren a dalších provozovatelů vydávajících léčivé přípravky (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) 29
Druh práce
30
31
32
Požadavky na mikroklimatické podmínky na pracovišti • Pracoviště s neudržovanou teplotou po celý kalendářní rok
33
Požadavky na mikroklimatické podmínky na pracovišti
• • • •
tomin, tgmin je pro clo=1 tomax, tgmax je pro clo=0,5 va – rychlost proudění vzduchu Rh relativní vlhkost
• Jde buď o průměrné hodnoty za celou směnu nebo průměrné hodnoty části s měny s rozdílnými teplotami 34
Tepelné prostředí • Operativní teplota t0 (°C) – jednotná teplota uzavřeného černého prostoru (prostoru o stejné teplotě vzduchu i stejné střední radiační teplotě), ve kterém by lidské tělo sdílelo konvekcí i sáláním stejné množství tepla jako ve skutečném, teplotně nesourodém prostředí – vypočtená hodnota • teplota kulového teploměru • teplota vzduchu • rychlost proudění vzduchu
35
Tepelné prostředí • Operativní teplota t0 (°C) Měření: – teplota kulového teploměru tg (°c) – teplota vzduchu ta (°c) – rychlost proudění vzduchu va (m/s) • pokud va<0,2 m/s t t 0
• pokud ABS [ta-tr] <4 °C • jinak
t0
g
ta tr 2
𝑡0 = 𝐾. 𝑡𝑔 + 1 − 𝐾 . 𝑡𝑎
tr střední radiační teplota (°C) Princip výpočtu střední radiační teploty spočívá ve stanovení poměrů osálání v libovolně definovaném bodě na základě geometrických poměrů vzájemné polohy mezi sálající a osálanou plochou (osobou).
36
Tepelné prostředí • Operativní teplota t0 (°C) 𝑡0 = 𝐾. 𝑡𝑔 + 1 − 𝐾 . 𝑡𝑎
Ar hrg hcg K . AD hr hc
K váhový koeficient Ar povrch těla s vlivem sálání (m2) AD celkový povrch těla (m2) AD = (W 0.425 . H 0.725) . 0,007184 W hmotnost osoby (kg) H výška osoby (cm) ɛ emisivita kůže, oděvu hr součinitel přestupu tepla sáláním (W.m-2.K-1) hc součinitel přestupu tepla prouděním (W.m-2.K-1) hrg součinitel přestupu tepla sáláním v úrovni kulového teploměru (W.m-2.K-1) = 6,01 hcg součinitel přestupu tepla prouděním v úrovni kulového teploměru (W.m-2.K-1) pro nucené proudění vzduchu hcg = 6,3.(va0,5/D0,4) pro přirozené proudění vzduchu hcg = 1,4 .(Δt/D)1/4 va rychlost proudění vzduchu v úrovni koule (m.s-1) D průměr koule kulového teploměru (m) Δt rozdíl teplot ta - tg (K)
37
Koncentrace CO2 • Koncentrace CO2 ve vnějším prostředí – 330 - 370 ppm – koncentrace CO2 v interiéru (1200 ppm) V
m max,in out
V množství čerstvého vzduchu pro udržení stanovené koncentrace škodliviny (l/h) m produkce škodliviny v interiéru (l/h) ρmax,in maximální koncentrace škodliviny v interiéru (g/m3) ρout koncentrace škodliviny v přiváděném vzduchu (g/m3) Příklad: Maximální koncentrace CO2 v interiéru 1200ppm = 1,2 g/m3 Produkce CO2 dýcháním 19 l/h Koncentrace CO2 ve venkovním vzduchu 350 ppm=0,35 g/m3 V = 19/(1,2-0,35)=22,4 m3/h osobu 38
Vlhkost vzduchu • Vyjadřování vlhkosti (h-x diagram) – Relativní vlhkost rh (%) • rh běžně 30-70 %
– Absolutní vlhkost x • měrná vlhkost g/kg s.v.
39
Příklad zprávy z měření
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
Laboratoře TZB Cvičení – Měření rychlosti proudění vzduchu v interiéru Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Měření rychlosti proudění vzduchu v interiéru • Změřte rychlost proudění vzduchu v různých výškách na d podlahou místnosti
• Posuďte, zda rychlost proudění vzduchu vyhovuje zadaným kritériím pro daný typ budovy (bydlení, administrativa, výroba, školství, restaurace, ubytování) • Subjektivně posuďte, jaká rychlost proudění vzduchu je pro vás optimální • Vypracujte zprávu z měření
Teoretický základ • Měřící zařízení • Rychlost proudění vzduchu – vliv na pohodu člověka – Průvan – Nerovnoměrnost ochlazování těla
43
Parametry prostředí • Termoanemometrické všesměrové čidlo – pro měření nízkých rychlostí proudění vzduchu 0,01 až 1,00 m/s – rozlišení 0,001 m/s – teplotní rozsah 0 až 40°C – malá mechanická odolnost sensoru, vysoká cena
44
Parametry prostředí • Umístění sensorů na stojanu
Měření rychlosti proudění vzduchu • Příklad zprávy
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
Laboratoře TZB Cvičení – Osvětlení interiéru Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Měření intensity osvětlení v interiéru • Změřte intensitu osvětlení v zadaném místě laboratoře
• Porovnejte intensitu osvětlení interiéru při použití různých zdrojů světla • Posuďte, zda intensita osvětlení vyhovuje požadavkům na osvětlení zadaného typu prostředí • Vypracujte zprávu z měření
Teoretický základ • Měřící zařízení • Luxmetr – zařízení pro měření osvětlenosti • měřící zařízení bez záznamu dat • měřící ústředna se záznamem naměřených dat
Laboratoř inteligentních budov • Systém osvětlení v komoře je vytvořen z moderních svítidel napojených na univerzální sběrnici • Systém osvětlení lze ovládat pomocí programovatelného ovladače nebo pomocí softwarového ovládání řídící jednotky z počítače
Testovací svítidla
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební
Laboratoře TZB Cvičení – Měření meteorologických dat Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Vyhodnocení klimatických dat • Zpracujte obdržená klimatická data naměřená meteorologickou stanicí • Data analyzujte a stanovte extrémy v daném období
Teoretický základ • Meteorologie je věda zabývající se procesy a jevy v atmosféře tzv. „fyzika atmosféry“ – pěstování plodin – zemědělství - závislost člověka na počasí (5000 př.n.l.) – 17.stol. měření tlaku vzduchu, teploty vzduchu, rychlosti vzduchu – 1850 synoptická meteorologie - sledování počasí na rozsáhlém území, vyhodnocování dat a určování vývoje počasí – 1941 radarová meteorologie – 1970 družicová meteorologie 54
Efektivní řízení TZB systémů • Efektivní provoz energetických systémů – budoucí potřeby energií a budoucí dodávky energií. • Kapacita zdroje energie, kapacita akumulačního systému. • nejvíce proměnné jsou vnější klimatické podmínky
– změny pravidelné – změny nepředvídatelné – povodně, sucha
55
Předpověď počasí • Předpověď počasí – Empirické metody dle tlaku vzduchu a vývoje počasí + poznatky o atmosférických frontách • Dnes použitelné pouze pro krátkodobé (1 denní) předpovědi.
– Předpovědní modely založeny na simulačních výpočtech procesů v atmosféře planety.
• Inteligentní budova-snaha o co nejefektivnější využívání energetických zdrojů, které jsou proměnné.
56
Parametry klimatu • Teplota vzduchu (°C) - tepelné ztráty, tepelné zisky - systém vytápění, chlazení - jednoduché měření • Intenzita solárního záření (W/m2, kWh/čas) pyranometr - tepelné zisky - solární kolektory, fotovoltaické články - dražší měřící zařízení, velmi proměnné, velký vliv lokálních podmínek (mlha, smog) a celkových podmínek (vliv mraků) 57
Parametry klimatu • Rychlost větru (m/s) - přirozené, hybridní větrání - větrná turbína, větrací systém - souvisí se změnami tlaku vzduchu • Směr větru (-) - přirozené, hybridní větrání - větrací systém
58
Parametry klimatu • Tlak vzduchu (hPa) - předpověď vývoje počasí - dostupné měřící zařízení
• Množství srážek, relativní vlhkost vzduchu (mm H2O, %) ombrometr, srážkoměr - systém využití dešťových vod - zdravotechnika, zalévání rostlin 59
Meteorologická stanice • Meteorologická stanice
60
Meteorologická stanice katedry TZB • univerzální měřicí přístroj – datalogger ALMEMO 2690-8 • meteo-multisnímač FMA510 pro měření rychlosti větru 0,5 až 60 m/s, směru větru 0 až 360°, teploty vzduchu -52 až +60°C, rel. vlhkosti vzduchu 0 až 100%, atmosferického tlaku 600 až 1100 mbar (hPa), množství a intenzity srážek 0 až 200 mm/hod. • snímač slunečního záření typ FLA613GS (měřicí rozsah: 0... ca.1200 W/m2, spektrální rozsah: 400 až 1100 nm)
Předpověď počasí • -
Profesionální předpovědní model využitím nejmodernějších simulačních metod relativně vysoká přesnost modelu nutnost připojení na vnější informační systém četnost spojení : 1x denně, hodinové aktualizace, online
Český hydrometeorologický ústav - nejpřesnější regionální předpověď počasí pro ČR - určována max. a min. teplota vzduchu, rychlost větru, směr větru, oblačnost a jev počasí - numerický výpočtový model 62
Numerická předpověď počasí • Zpracování naměřených údajů a výpočet pravděpodobného budoucího stavu. • Dynamické jádro=soustava fyzikálních rovnic v prostorové síti pokrývajících některé procesy (rozlišení modelu 250km, vliv záření, rychlost výpočtu) • Systém fyzikálních parametrizací-řešení důležitých jevů nezachycených dynamickým jádrem Využití vypočtených dat: - meterologové-předpověď počasí - speciální aplikace-hydrologické a povodňové modely, stav silnic, znečištění ovzduší ! chyby modelu ! 63
Skutečnost ?
Předpověď na 9h
Předpověď na 16h
64
Přesnost předpovědi
65
Přesnost předpovědi
66
Mezinárodní předpovědní modely
• Numerical weather forecast (Varšava) 67
Závěr
