Řízení budov a vnitřní tepelný zisk od elektroinstalace Pavla Pechová Moderní budovy jsou dnes často vybaveny ve větším míře prvky pro inteligentní řízení provozu budovy. Tyto prvky mají zlepšovat provoz budovy v nejrůznějších směrech, ale pro svůj provoz spotřebovávají elektrickou energii. Část této energie přichází do budovy v podobě tepelných zisků, které mohou, ale také nemusí být využitelné. Autorka se ve svém příspěvku pokusila výši tepelných zisků kvantifikovat na konkrétním případě rodinného domu. Recenzent: Michal Kabrhel
1. Úvod Moderní budovy využívají různé stupně inteligence, a to především v řízení jednotlivých instalovaných funkcí. V maximální míře se snaží využívat automatizovaného řízení. Tato automatizace usnadňuje a zpříjemňuje užívání objektu, ale zároveň představuje energetickou zátěž, jelikož řídicí prvky využívají pro svůj provoz elektrické energie. Tento příspěvek seznamuje se systémovou instalací a na příkladu ukazuje informace o zatížení sběrnice a možném odběru elektrické energie potřebné pro řízení budovy. Dále ukazuje výpočet vnitřních tepelných zisků od elektroinstalace a podíl automatizovaného řízení na tepelném zisku za období 1 roku.
1.1 Systémová integrace Každá moderní budova by měla splňovat tyto kritéria: bezpečnost, spolehlivost, úsporný provoz a přiměřené náklady. Proto moderně navržené inteligentní budovy obsahují různé systémy a subsystémy, které jsou vzájemně propojeny, nebo pracují odděleně. Moderní koncepce objektu by měla být řešena tak, aby jednotlivé systémy byly propojeny a byly schopny sdílet svá data a jejich řízení byla v souladu. Samotný proces integrace jednotlivých systémů probíhá na softwarové, případně na hardwarové, úrovni. Systémy v objektu, které mohou být inteligentně (automaticky) ovládány: – měření a regulace (vytápění, chlazení, větrání), – řízení osvětlení a stínění (světelné zdroje, žaluzie), – zabezpečení (proti požáru, krádeži).
Měření a regulace Inteligentní ovládání lze s výhodou uplatnit pro řízení vytápění, a to například v jednotlivých místnostech (zónová regulace někdy nazývána též jako
24
IRC (Individual Room Control) regulace). [7] Při individuálním řízení místností je pro každou místnost nastavena teplota, která se může během jednoho dne, ale také během celého týdne měnit. Je zbytečné v místnostech vytápět, pokud jsou uživatelé v práci nebo ve škole, a to jak z energetického, tak ekonomického hlediska. Každá místnost může mít stanoven svůj individuální časový plán požadovaných teplot. Pokud chceme použít individuální řízení teploty v místnostech, musíme do příslušných místností osadit snímače teploty popř. ovladače se snímači teploty. Snímač dává řídicímu systému přesnou informaci o teplotě v místnosti a regulátor pak upraví teplo dodávané do místnosti (přes elektroventil umístěný na otopném tělese). Tento způsob zajišťuje, aby nedocházelo k přetápění či nedotápění místností, a zároveň poskytuje úsporu energie a následně financí.
Řízení osvětlení a stínění Pro zajištění komfortu z hlediska osvětlení je dobré ovládat umělé osvětlení v závislosti na přirozeném světle. Přirozené denní světlo se v průběhu dne i roku mění, proto je dobré přizpůsobovat intenzitu umělého osvětlení. Především správná intenzita osvětlení, barevné podání a barva světla má vliv na psychiku člověka, a také na jeho pracovní výkon (důležité především u kancelářských prostor). Aby nedocházelo naopak k přesvětlení místnosti a oslnění (důsledkem vysokého jasu, nebo nevhodným rozložením jasů v zorném poli pozorovatele), jsou využívány různé druhy stínění. Pro zajištění požadovaného komfortu se do jednotlivých prostorů osazují senzory denního světla, které osvětlení příp. stínění řídí. Další funkcí, kterou lze při řízeném osvětlení využít, jsou světelné scény (pod jedním tlačítkem může být skryto ovládání více světelných zdrojů o různém stupni intenzity), které navodí požadovanou atmosféru.
Zabezpečení objektu Tyto funkce bývají většinou ze systémové instalace vyčleněny a jsou řešeny jako samostatné funkce. Jedná se především o elektrickou požární signalizaci (EPS) a elektronický zabezpečovací systém (EZS).
1.2 Systémová instalace Z počátku byly jednotlivé systémy řízeny centrální řídicí jednotkou v podobě počítače, později byl počítač nahrazen programovatelnými automaty a nyní jsou mikroprocesory začleňovány přímo do snímačů a spínacích prvků. To znamená, že prvky mohou komunikovat přímo po sběrnici. V souvislosti s komunikací po sběrnici nastalo zjednodušení elektrické instalace, snížení počtu vodičů, a tím snížení požárního zatížení.
Systémy s centrální řídicí jednotkou Centrální řídicí jednotka (označovaná jako Master) zabezpečuje, aby nedocházelo ke konfliktním situacím, kdy by více účastníků (Slave) vysílalo najednou, tzn. určuje kdy, a který účastník bude vysílat. Centrální jednotka přijímá od jednotlivých snímačů hodnoty, vyhodnocuje je a posílá příkazy akčním členům, kteří provedou příslušnou akci. Výhodou těchto systémů je bezkonfliktní provoz sběrnice. Často se kvůli omezenému počtu ovládacích prvků a akčních členů využívá jen pro řízení jednoho souboru funkcí, např. jen pro regulaci vytápění, nebo jen pro osvětlení. Novější centrální jednotky jsou vícefunkční a umožňují řídit více funkcí. Nevýhodou centrálně řízeného systému je jeho snadná zranitelnost, a nemožnost podávání zpětného hlášení o provedené akci od akčního členu ke snímači (zpětná kontrola může být velmi důležitá).
Obr. 1 Systém s centrální řídicí jednotkou
Decentralizované systémy Každý prvek na sběrnici, musí být vybaven malou řídicí jednotkou, schopnou řídit přiřazená zařízení a současně si vyměňovat potřebné informace s ostatními prvky. K naprogramování parametrů jednotlivých přístrojů a podmínek vzájemné komunikace se
5/2012
používá speciální software. Z počátku výrobci vybavovali prvky svým vlastním softwarem, což prakticky znemožňovalo kombinaci přístrojů od různých výrobců. [1] Posunem se stal otevřený systém, který poskytuje všem výrobcům detailní informace o používaných komunikačních protokolech, a to na úrovni všech vrstev referenčního modelu ISO/OSI. Takovýmto otevřeným systémem je například systém KNX/EIB a LON.
Prvek
Počet
Zatížení sběrnice 1 prvkem (dle výrobce)
Zatížení sběrnice všemi prvky
Snímač jednotlačítkový a dvoutlačítkový
22 ks
18mA
396 mA
Snímač s RF příjímačem
2 ks
18 mA
36 mA
Snímačů pohybu
5 ks
15 mA
75 mA
Termostat
6 ks
18 mA
108 mA
Snímač osvětlení
1 ks
13 mA
13 mA
Prvky na sběrnici celkem
35 ks
Celkové zatížení sběrnice
628 mA
Tab. 1 Zatížení sběrnice jednotlivými prvky [2][3][4] Počet
2. Příklad systémové instalace Jako řešený objekt byl zvolen nepodsklepený jednopatrový rodinný dům viz obr. 2. Nejprve bylo důležité si určit celkovou koncepci systémů budovy. Ujasnit si funkce, které mají být inteligentně ovládány. Hlavní požadavek je kladen na integraci jednotlivých systémů a jejich spolupráci. Celý objekt, kromě garáže, bude vytápěn. Do jednotlivých místností byly v závislosti na dispozici umístěny světla, otopná tělesa a rolety. V objektu bude inteligentně ovládáno osvětlení (pomocí tlačítek, PIR senzorů a snímače osvětlení), stínění – rolety (pomocí tlačítek a snímače osvětlení), vytápění (pomocí termostatů s teplotními čidly umístěnými v jednotlivých místnostech). Některé světelné zdroje budou ovládány bezdrátovými RF snímači. Na obr. 2 lze vidět rozmístění jednotlivých snímačů v rámci objektu. Rozváděč s napájecím modulem, přepěťovou ochranou a akčními členy bude umístěn v šatně (místnost č. 109). Označení jednotlivých snímačů je shodné s označením prvku, který ovládá (světla, rolety, případně teplotu v dané místnosti).
Akční člen
Počet akčních členů
Spínané části světelných okruhů
19
Spínací modul
3
Stmívané okruhy
1
Stmívací modul
1
Žaluziové okruhy
8
Žaluziový modul
2
Okruhy topení
6
Spínací modul pro termoelektrické hlavice
1
Tab. 2 Počet akčních členů
2.1 Návrh prvků systémové instalace Stanovení počtu vstupů (snímačů) v objektu a návrh napájecího modulu Pro návrh napájecího modulu příp. jejich počtu a typu je důležitý součet všech proudů odebíraných jednotlivými moduly (zatížení sběrnice). V objektu jsou navrženy také 2 bezdrátové dálkové ovladače a 1 snímač pohybu. Ty jsou však napájeny pomocí Li baterií, a proto pro zatížení sběrnice nehrají roli. Výpočtem byl v našem případě součet všech proudů stanoven na 628 mA. Byl tedy navržen napájecí modul se jmenovitým výstupním proudem 640 mA.
Obr. 2 Půdorys objektu s rozmístěnými prvky systémové instalace
Jedná se o správný návrh, jelikož součet všech proudů snímačů nepřekračuje jmenovitý výstupní proud napájecího modulu.[2] Pokud by součet všech proudů modulů byl větší než výstupní proud napájecího modulu, musí se instalovat další napájecí modul. Stanovení počtu řídicích prvků (akčních členů) Akční členy jsou prvky, které provádí požadovanou akci. Většinou jsou umístěny na DIN lištu v rozváděči. Akční členy se během provozu zahřívají, proto je důležité zajistit, aby se rozváděč nebezpečně nepřehříval. To může být zajištěno mezerami mezi jednotlivými akčními členy a vhodnou volbou umístění rozváděče v místnosti (velikost efektivního chladicího povrchu krytu rozváděče). Stanovení přesných typů jednotlivých prvků Napájecí modul SV/S 30.640.5, s maximálním výstupním proudem 640 mA, a s maximálním výstupním napětím 30 V. Přepěťová ochrana sběrnice US/E 1, se jmenovitým napětím 24 V DC, a se zatěžovacím proudem 6 A, a se jmenovitým výbojovým proudem 5 kA. Tabulka 3 ukazuje, jak jednotlivé akční členy energeticky fungují, tzn. jaký je ztrátový výkon na samotných akčních členech, a jakou maximální zátěž je možné na ně připojit. Tato maximální zátěž by neměla být využita bezezbytku. Tyto hodnoty jsou závislé na konkrétním výrobci, na počtu výstupů, napětí, proudu atd.
5/2012
25
Energetické zisky v zimním (otopném) období lze s výhodou využít, zatímco v letních měsících považujeme energetický zisk za škodlivinu. Proto byla vypočtená hodnota energetického zisku u všech položek rozdělena na dvě části dle příslušného období. Doba otopného období byla dle grafu 1 (kapitola 2.2.3) stanovena na 243 dnů a to od 1. 1. do 1. 5. a od 1. 9. do 31. 12.
2.2.1 Zisk od osvětlení V řešeném objektu je navrženo venkovní a vnitřní osvětlení. Venkovní osvětlení je řešeno pomocí 7 nástěnných senzorových a tlačítkových svítidel, v půdoryse značených jako S17, S20, S21. Příkony těchto venkovních svítidel se do vnitřních zisků nezapočítávají. Příkony interiérových svítidel jsou spočítány dle tab. 5.
Obr. 3 Moduly systémové instalace v rozváděči Poskytovaný Poskytovaný Ztrátový výkon celkem výkon výkon na 1 prvkem všech prvcích [W] [W] [mW]
Akční prvek
Typ prvku
Ztrátový výkon na 1 prvku [mW]
Počet kusů
Spínací modul
SA/S 8.10.1
250
3
750
Stmívací modul
UD/S 2.300.2
290
1
290
500
500
Žaluziový modul
JA/S 4.230.1
250
2
500
1380
2760
Spínací modul pro termoel. hlavice
VAA/A 6.24.1
250
1
250
50
50
GSM modul
GD-04 DAVID
260
1
260
2
Celkem
2300
2050
Dále je nutné znát pravděpodobný počet hodin, kdy bude vnitřní osvětlení v provozu. Tento počet byl odhadnut na základě intenzity slunečního svitu a předpokládaném provozu (především době spánku). Je uvažováno, že pokud intenzita slunečního svitu poklesla pod hodnotu 40 W/m2, je potřeba svítit. V této době je tedy započítána i doba spánku, tedy čas, kdy nebude osvětlení využíváno. Průměrná doba spánku se mění od jedince k jedinci a významnou roli v době spánku hraje také věk jedince. Zdravý dospělý člověk spí denně v průměru 6 až 8 hodin, proto byl do výpočtu uvažován spánek 8 hodin denně.
6900
2 10212
Tab. 3 Ztrátový a poskytovaný výkon akčních členů [3][4][5] Prvek
Termoelektrická hlavice Prostorový termostat Snímač intenzity osvětlení Motor rolet
Typ prvku
Počet Jmenovité Spínaný proud kusů napětí [A] [V]
Ztrátový výkon Ztrátový na všech výkon na 1 prvku [W] prvcích [W]
AA2004
6
24
0,075
1,8
10,8
TUS/U 1.3
6
24
1
2,4
14,4
LF/U 2.1
1
24
0,1
2,4
2,4
Venetian SL27M
9
24
0,4
9,6
86,4
Celkem
U svítidel se počítá s tím, že se jejich celý elektrický příkon přemění v teplo, které se sáláním a konvekcí šíří do osvětlovaného prostoru. [15]
114
Tab. 4 Stanovení ztrátového výkonu na ovládaných prvcích [3][4][6]
Akční členy uvádí do pohybu jednotlivé prvky (např. termoelektrické hlavice). Na těchto prvcích se také objevuje ztrátový výkon. Jak může vypadat stanovení ztrátového výkonu je uvedeno v tabulce 4.
zorněna na obr. 2 (vliv na osazení žaluzií). Pro výpočet vnitřních tepelných zisků bylo nutné znát příkony použitých zařízení a jejich doby provozu příp. odhadnout vzájemnou soudobost.
2.2 Výpočet vnitřních tepelných zisků od elektroinstalace
Tab. 5 Stanovení příkonu svítidel [9]
Pro výpočet vnitřních tepelných zisků od elektroinstalace a spotřebičů je nutné identifikovat možné zdroje tepla. V řešeném případě to bylo osvětlení, domácí elektrospotřebiče, provoz žaluzií (motorů), provoz termoelektrických hlavic, rozváděč příp. další instalované elektronické prvky. Bylo nutné zvolit oblast, kde bude navržený objekt umístěn. Za zvolenou oblast byly vybrány Slatiňany u Pardubic. Orientace objektu vzhledem ke světovým stranám je zná-
26
Výpočet tepelné zátěže od svítidel je důležitý především u kancelářských prostor. V řešeném příkladu byl ale tento výpočet aplikován na rodinný dům. Tepelná zátěž od svítidel [15]: Qsv = P × c1 × c2
Svítidlo
S1, S3, S10 S2, S4
Typ
Ovládání
Počet světelných Příkon světelného zdrojů (zářivek) zdroje [W] (zářivka)
stropní
tlačítkové
24
Příkon celkem [W] (zářivka)
15
360 132
nástěnné
senzorové
12
11
S5
stropní
senzorové
1
11
11
S6, S19
stropní
tlačítkové
6
11
66
nástěnné
tlačítkové
3
5
15
stropní
tlačítkové
24
20
480
nástěnné
tlačítkové
30
11
330
S7 S8, S12, S13, S14 S9, S11, S15, S16, S18
Příkon svítidel instalovaný v objektu celkem (bez S17, S20 a S21)
1394
5/2012
Měsíc
Počet dní
Průměrný počet Průměrná doba spánku hodin během 1 dne, kdy je nutné svítit
Počet hodin během 1 dne, kdy je nutné svítit
Počet hodin v daném měsíci, kdy je nutné svítit
leden
31
14,8
8
6,8
210,8
únor
28
13,3
8
5,3
148,4
březen
31
11,3
8
3,3
102,3
duben
30
10,2
8
2,2
66,0
květen
31
9,3
8
1,3
40,3
červen
30
8,7
8
0,7
21,0
červenec
31
8,8
8
0,8
24,8
srpen
31
9,5
8
1,5
46,5
září
30
11,2
8
3,2
96,0
říjen
31
12,8
8
4,8
148,8
listopad
30
16,6
8
8,6
258,0
prosinec
31
15,9
8
7,9
2.2.2 Zisk od elektroniky a spotřebičů V současné době je v bytech a domech používáno mnoho elektrických zařízení, které mohou přispět k tepelným ziskům. Pro výpočet vnitřních zisků od spotřebičů potřebujeme znát jejich příkony a doby provozu. U výpočtu byl předpoklad, že se jen určitá část elektrického příkonu přemění v teplo. Byl proveden odhad tepelné ztráty uvolněné do místnosti jako procentuální část příkonu spotřebiče. Do výpočtu byl tento odhad zohledněn prostřednictvím koeficientu přeměny tepla. Snahou bylo zohlednit provoz spotřebičů a také to, že vzniklé teplo se u některých spotřebičů z části odvede vodou do kanalizace (pračka, myčka). Řešený objekt je vybaven elektronikou a spotřebiči dle tab. 7.
244,9
počet hodin celkem
1407,8
Tab. 6 Stanovení počtu hodin, kdy je nutné svítit Kde P je celkový příkon svítidel [W], c1 je součinitel současnosti používání svítidel [–] (uvažován 0,6), c2 je zbytkový součinitel [–] (c2 = 1, místnost je dobře provětrávána)
Tepelná zátěž od svítidel: 1394 × 0,6 × 1276,5 = 1067664,6 [Wh] = = 1067,665 [kWh]
Počet hodin během řešeného roku, kdy je nutné svítit byl spočítán na 1407,8 h.
Počet hodin během letního období, kdy je nutné svítit, byl vypočten dle příslušných dnů a měsíců na 131,3 h.
Energetický zisk v otopném období (1. 1. – 1. 5. a 1. 9. – 31. 12.) Počet hodin během otopného období, kdy je nutné svítit, byl vypočten dle příslušných dnů a měsíců na 1276,5 h.
Energetická zátěž v letním období (2. 5. – 31. 8.)
Tepelná zátěž od svítidel: 1394 × 0,6 × 131,3 = 109819,32 [Wh] = = 109,819 [kWh]
Nesmíme však zapomenout na zdánlivě vypnuté přístroje. Některé přístroje, a to především elektroniku, ponecháváme v režimu stand-by. Je to režim, kdy je přístroj zapojen do sítě, ale nic neprovádí. Tento režim s výhodou využíváme pro zapínání přístrojů pomocí dálkového ovládání. Některé z těchto spotřebičů se však v tomto režimu nechovají příliš hospodárně. V daném příkladu uvažujeme spotřebiče ponechané v režimu stand-by mode dle tab. 8. Maximální příkon všech uvažovaných spotřebičů je 19,548 kW.
Tab. 7 Stanovení tepelné zátěže od spotřebičů [10] Spotřeba během otopného období [Wh]
Koeficient Spotřeba během letního přeměny tepla období [–] [Wh]
Tepelný zisk
Tepelná zátěž
Spotřebič
Příkon spotřebiče
Doba provozu na 1 týden
[W]
[h]
pračka*
1100
3
myčka*
1050
7
1
255150
128100
0,6
153090
76860
lednice*
130
168
24
758160
380640
0,6
454896
228384
Doba provozu rozpočítaná na 1 den [h] 0,5
133650
67100
0,2
[Wh]
[Wh]
26730
13420
rychlovarná konvice
2000
1,94
0,28
136080
68320
0,05
6804
3416
kávovar
1000
0,39
0,06
14580
7320
0,3
4374
2196
trouba
2350
1
0,14
79947
40138
0,98
78348
39335
PC + monitor + reproduktory
162
20
2,86
112587
56525
0,9
101328
50873
laserová tiskárna
540
1
0,14
18371
9223
0,9
16534
8301
31
20
2,86
21544
10817
0,9
19390
9735
100
21
3
72900
36600
0,85
61965
31110
8
notebook 32“ LCD TV rádio
7
1
1944
976
0,45
875
439
2000
1,5
0,21
102060
51240
0,98
100019
50215
mixér
600
0,5
0,07
10206
5124
0,2
2041
1025
toustovač
700
0,35
0,05
8505
4270
0,98
8335
4185
1200
0,5
0,07
20412
10248
0,7
14288
7174
napařovací žehlička
2600
1
0,14
88452
44408
0,9
79607
39967
vysavač sáčkový
1800
1
0,14
61236
30744
0,5
30618
15372
15
14
7290
3660
0,5
1903074
955453
fén
mikrovlnná trouba
DVD přehrávač celkem
2
19548
3645
1830
1162887
583836
koeficient přeměny tepla – odhad tepla uvolněného do místnosti * U těchto spotřebičů je uveden průměrný příkon během pracovního cyklu
5/2012
쑺쑺 27
Spotřebič
Příkon spotřebiče [W]
PC + monitor + reproduktory
Doba v režimu Příkon stand-by spotřebiče rozpočítaná v režimu stand-by [W] na 1 den[h]
Spotřeba v letním období [Wh]
92466
46423
Tepelná zátěž
[Wh]
[Wh] 41781
43664
0,9
78273
39297
5124
0,85
8675
4355
16038
8052
0,5
8019
4026
205680
103263
178187
89460
laserová tiskárna
540
15
23,86
86970
32“ LCD TV
100
2
21
10206
15
3
22
[–]
Tepelný zisk
83220
18
Celkem
Koef. přeměny tepla
0,9
162
DVD přehrávač
21,14
Spotřeba v otopném období [Wh]
Tab. 8 Stanovení tepelné zátěže od spotřebičů ve stand-by režimu [10]
Tepelný zisk během otopného období: 1162,887 + 178,187 = 1341,074 [kWh] Tepelná zátěž během letního období: 583,836 + 89,460 = 673,296 [kWh]
Tepelný zisk od provozu termoelektrických hlavic je: 0,7 × 10,8 × 6 × 300/3600 × 243 = = 919 [Wh] = 0,919 [kWh]
2.2.4 Zisk od provozu žaluzií (motorů) 2.2.3 Zisk od provozu termoelektrických hlavic V řešeném příkladu jsou otopná tělesa ovládána termoelektrickými hlavicemi. Počet sepnutí těchto termoelektrických hlavic závisí na počtu dnů, kdy je nutné topit. Tedy na počtu dnů, kdy průměrná denní teplota venkovního vzduchu v dané lokalitě poklesne pod +13 °C ve dvou po sobě následujících dnech a podle vývoje počasí nelze očekávat pro následující den zvýšení této teploty [14]. Skutečný počet dnů, kdy bylo nutné v roce 2010 v dané lokalitě topit, se stanovil dle grafu průběhů průměrných denních teplot venkovního vzduchu na 243 dnů. Předpokládá se 6 změn (otevření a uzavření) termoelektrických hlavic na 1 den. Otevření příp. uzavření jedné termoelektrické hlavice trvá přibližně 5 minut (300 s). Koeficient současnosti otevírání a uzavírání všech hlavic je uvažován 0,7. Ztrátový výkon na všech termoelektrických hlavicích je 10,8 W (viz tab. 4). Termoelektrické hlavice byly v provozu pouze během otopného období, proto na letní bilanci nemají vliv.
Pro výpočet vnitřních zisků od provozu žaluzií (respektive od jejich motorů) byl odhadnut jejich provoz na základě minutových hodnot intenzity osvětlení pro zvolenou oblast. Jako mezní hodnota, kdy je nutno použít žaluzie byla brána hodnota 300 W/m2. Pro jednotlivé dny hodnoceného roku (2010) byly vytvořeny průběhy a z toho vypočteny počty, kdy je nutno provést změnu žaluzií. Dále bylo uvažováno, že změna polohy žaluzií (vytažení či spuštění) je provedena jen, pokud příslušná hodnota a tři následující jsou pod nebo nad zvolenou mezí. Ukázka průběhu intenzity osvětlení a vyznačení nutných změn polohy žaluzií pro 26. červenec je ukázáno na grafu 2. Zde je vidět, že žaluzie musí 6krát změnit svou polohu. Je uvažováno, že poloha žaluzií na začátku a konci dne je v poloze vytaženo. Počet sepnutí motorů žaluzií během řešeného roku byl spočítán na 1316. Z toho 710 sepnutí připadlo na otopné období a 606 na letní měsíce. Změna polohy žaluzií (spuštění či vytažení) trvá motoru přibližně 1,5 minuty (90 s). Koeficient současnosti použití všech žaluzií uvažujeme: 0,6.
Měsíc
Počet sepnutí motorů žaluzií
leden
36
únor
68
březen
140
duben
136
květen
160
červen
146
červenec
132
srpen
174
září
124
říjen
92
listopad
68
prosinec Počet sepnutí celkem
40 1316
Tab. 9 Stanovení skutečného počtu sepnutí motorů žaluzií pro období jednoho roku Tepelný zisk v otopném období Doba vynaložená na pohyb žaluzií: 710 × 90 = 63900 [s] tj. 17,7 [h]. 0,6 × 86,4 × 17,7 = 917,568 [Wh] = = 0,918 [kWh] Tepelná zátěž v letním období Doba vynaložená na pohyb žaluzií: 606 × 90 = 54540 [s] tj. 15,2 [h]. 0,6 × 86,4 × 15,2 = 787,968 [Wh] = = 0,788 [kWh]
INFO 018
Graf 1 Stanovení skutečného počtu dnů otopného období [8]
t
쑺쑺
30
5/2012
2 0 :1 0 :2 0
1 9 :4 0 :2 0
1 9 :1 0 :2 0
1 8 :4 0 :2 0
1 8 :1 0 :2 0
1 7 :4 0 :2 0
1 7 :1 0 :2 0
1 6 :4 0 :2 0
1 6 :1 0 :2 0
1 5 :4 0 :2 0
1 5 :1 0 :2 0
1 4 :4 0 :2 0
1 4 :1 0 :2 0
1 3 :4 0 :2 0
1 3 :1 0 :2 0
1 2 :4 0 :2 0
1 2 :1 0 :2 0
1 1 :4 0 :2 0
1 1 :1 0 :2 0
1 0 :4 0 :2 0
1 0 :1 0 :2 0
0 9 :4 0 :2 0
0 9 :1 0 :2 0
0 8 :4 0 :2 0
0 8 :1 0 :2 0
0 7 :4 0 :2 0
0 7 :1 0 :2 0
0 6 :4 0 :2 0
1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 6 :1 0 :2 0
Intenzita slunečního záření [W/m2]
Změny polohy žaluzií pro 26.7.2010
Čas [h]
Graf 2 Ukázka stanovení počtu změn poloh žaluzií pro konkrétní den [8]
2.2.5 Oteplení domovního rozváděče Rozváděč uvnitř objektu bude umístěn v krytu na stěně v šatně (místnost č. 109) a bude obsahovat jednotlivé akční členy instalovaných funkcí, napájecí modul a přepěťovou ochranu inteligentní elektroinstalace, jističe a proudové chrániče navržených okruhů. Elektroměr a hlavní jistič před elektroměrem bude osazen v pilíři na hranici pozemku, aby byl splněn požadavek na přístup k elektroměru z veřejného místa.
5/2012
V krytém rozváděči bude docházet k oteplení vnitřního vzduchu rozváděče, a to vlivem uvolňování ztrátových výkonů přístrojů a spojů [12]. Výpočet oteplení vzduchu uvnitř krytu rozváděče se řídí dle ČSN IEC 890+A1. Aby nedošlo k přehřátí vnitřku rozváděče a porušení tak funkčnosti přístrojů, vodičů či spojů, musí se tento tepelný výkon odvést. Přístroje, vodiče a spoje jsou chlazeny vzduchem v rozváděči, který teplo předává stěnám rozváděče. Tyto stěny jsou z vnější strany ochlazovány proudícím vzduchem v místnosti, kde je rozvá-
děč instalován. To má za následek nárůst vnitřní teploty místnosti.
Ztrátový výkon rozvodnicové skříně P = Ae × k × ∆t
[W]
[11]
Kde Ae je efektivní chladicí povrch krytu rozváděče a dle ČSN IEC 890+A1 byl stanoven na 0,428 m2, k je koeficient prostupu tepla a pro ocelový nerezový plech je uvažován 4,5 W/ m2K [11],
31
Celkový roční zisk
Zisk během otopného období (1.1. – 1.5.) [kWh]
Zátěž během letního období (1.9. – 31.12.) [kWh]
Osvětlení
1068
110
1177
Elektronika a spotřebiče
1341
673
2014
Termoelektrické hlavice
1
0
1
Žaluzie (motory)
1
1
2
211
106
317
Prvky elektroinstalace
Domovní rozváděč Další elektronické prvky Celkem
[kWh]
98
49
147
2720
939
3659
Tab. 10 Přehled vnitřních tepelných zisků od jednotlivých prvků elektroinstalace Obr. 4 Chlazení rozvaděče proudícím vzduchem uvnitř a vně krytu [13] ∆t je oteplení vzduchu uprostřed výšky krytu [16], a byl stanoven na 18,8 K. P = 0,428 × 4,5 × 18,8 P = 36,2 [W] Tento výpočet je však zatížen chybou, jelikož nerespektuje rozložení teploty uvnitř rozváděče. Maximální ztrátový výkon rozváděče během otopného období: 36,2 × 24 × 243 = 211118,4 [Wh] = = 211,118 [kWh] Maximální ztrátový výkon rozváděče během letního období: 36,2 × 24 × 122 = 105993,6 [Wh] = = 105,994 [kWh] Skutečný ztrátový výkon rozváděče byl o něco nižší, jelikož akční členy inteligentní instalace nebyly stále v provozu.
Zisk od dalších elektronických prvků Jako další elektronický prvek je uvažován prostorový termostat se ztrátovým výkonem 14,4 W a snímač intenzity osvětlení se ztrátovým výkonem 2,4 W. Tepelný zisk od termostatu a snímače intenzity osvětlení během otopného období: 14,4 × 24 × 243 + 2,4 × 24 × 243 = =97978 [Wh] = 97,978 [kWh] Tepelná zátěž od termostatu a snímače intenzity osvětlení během letního období: 14,4 × 24 × 122 + 2,4 × 24 × 122 = =49190 [Wh] = 49,190 [kWh] Celková bilance vnitřních tepelných zisků od elektroinstalace a spotřebičů: (viz tab. 10)
3. Závěr Tento příspěvek seznámil s výpočtem zatížení sběrnice, a principem návrhu napájecích modulů. Dále ukázal, že systém řízení spotřebovává
32
energii jak na provoz jednotlivých akčních členů, tak na ovládání regulačních zařízení a poskytuje určitý výkon, který lze využít k napojení příslušných zařízení. Ukázal, že ztrátový výkon na akčních členech se pohybuje řádově ve stovkách miliwattů, zatímco poskytovaný výkon těmito akčními členy ve stovkách wattů. Dále byl na příkladu ukázán výpočet vnitřních tepelných zisků od elektroinstalace pro rok 2010. Tato elektroinstalace byla podrobně rozebrána na jednotlivé části, které mohou přispět svou činností k tepelným ziskům. Tepelné zisky byly rozděleny podle období, ve kterých k nim dochází. V zimním období, kdy je nutné místnosti vytápět, lze tepelné zisky s výhodou využít. Naopak v letním období bude tepelný zisk považován za zátěž. Na příkladu byl vypočítán, při zaokrouhlení na celé kilowatthodiny, tepelný zisk během otopného období na 2720 kWh a tepelná zátěž během letního období na 939 kWh tj. celkem během celého roku 3659 kWh. Největší položku jak během otopného, tak letního období tvoří elektronika a spotřebiče. Druhou největší položkou je osvětlení, které se výrazněji projevuje v zimním období. Zisk od domovního rozvaděče představuje třetí největší položku a pohybuje se řádově ve stovkách kWh. Tato položka je výrazná především v letním období, kdy je tepelný zisk od rozvaděče téměř srovnatelný se ziskem z osvětlení. Zbývající složky vnitřního tepelného zisku od elektroinstalace se pohybují v malých hodnotách (jednotky až desítky kWh). Na příkladu je tedy názorně ukázán vliv jednotlivých součástí elektroinstalace (včetně řízení systémové elektroinstalace) na vnitřní tepelný zisk v letním období příp. tepelnou zátěž v zimním období.
Literatura [1] KUNC, J., ABB: Krátký pohled do historie systémových instalací [online]. 4. 9. 2008. http://elektrika.cz/data/clanky/abb-systemove-elektricke-instalace-knx-eib-20132-cast/view [2] Inteligentní elektroinstalace Egon, Návrhový a instalační manuál. 4. vyd. [3] Katalog výrobků ABB 2011, Domovní elektroinstalační materiál [online], http://www. 117.abb.com/document.asp?thema=6164 [4] Technické podklady výrobků KNX/EIB [online]. http://www.knxstore.it/ [5] Technické parametry výrobků Jablotron [online]. http://www.jablotron.cz/david/ [6] Žaluzie [online]. http://www.screenline.cz /produkty/sl27m-zaluzie/
[7] METZ, V., Systémy a komponenty používané pro automatizaci budov. 13. 12. 2010. http://vytapeni.tzb-info.cz/mereni-a-regulace/7011-systemy-a-komponenty-pouzivane-pro-automatizaci-budov-integracesystemu [8] Meteorologická data ČHMÚ, Praha [9] Cataloque Osmont 2010/2011, 129 s. [10] NYGRÝN, P., ČAPEK, J., Elektřina: Kolik vás to stojí? 15. 9. 2007. [online]. http://extrahardware.cnews.cz [11] Topení a regulace pro rozváděčové skříně, Elektrotechnika v praxi, 21, 9–10/2011 [12] Elektronický katalog přístrojů OEZ – Modulární přístroje Minia, OEZ s.r.o., 2011, 156 s. [online]. http://www.oez.cz/file/365/ [13] KŘÍŽ, M., Oteplení rozváděčů v důsledku tepelných ztrát, [online]. http://www.tzb-info.cz [14] Vyhláška č. 194/2007 Sb. kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a pro přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům [15] ČSN 730548 Výpočet tepelné zátěže klimatizovaných prostorů [16] ČSN IEC 890+A1 (357110) Metoda stanovení oteplení extrapolací pro částečně typově zkoušené rozváděče (PTTA) pro spínací a řídicí zařízení nízkého napětí Autorka: Ing. Pavla Pechová, Katedra technických zařízení budov, Fakulta stavební, ČVUT v Praze Recenzent: doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D., Katedra technických zařízení budov, Fakulta stavební, ČVUT v Praze; člen redakční rady Topenářství instalace
Building control and internal heat gain from electrical installation Building control and electrical installation is used to improve the operation of the building. But the individual components consume power for its operation and are sources of building internal heat gains. This power consumptions and gains show the author in his article. Keywords: building control, internal heat gains
5/2012
