No title

SKRIPTA ke vzdělávacímu programu „Energetický specialista“ Registrační číslo projektu: CZ.1.07/3.2.08/04.0017

Projekt je financován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu ČR, prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Příjemce dotace: TÜV SÜD Czech s.r.o.

Autorský kolektiv:

Ing. Jan Schwarzer, Ph.D. Doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. Ing. Viktor Zbořil

Formální úpravy:

Ing. Michal Svrček Ing. Petr Domša Mgr. Jitka Jandusová

Rok vydání:

2014

Projekt „Energetický specialista“ - skripta Reg. č.: CZ.1.07/3.2.08/04.0017

1 Obsah 1

Obsah............................................................................................................... 2

2

Úvod................................................................................................................. 6

3

Přehled modulů programu ............................................................................. 7

4

Modul 1 - Energetický specialista ................................................................. 9 4.1

Evropská směrnice.................................................................................................. 9

4.2

Národní legislativa..................................................................................................12

5

4.2.1

Zákon 406/2000 Sb. O hospodaření energií ............................................................. 12

4.2.2

Vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov ............................................ 13

4.2.3

Vyhláška č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku............. 15

4.2.4

Vyhláška č. 193/2013 Sb. o kontrole klimatizačních systémů................................... 15

4.2.5

Vyhláška č. 194/2013 Sb. o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie ..................... 15

4.2.6

Normy ........................................................................................................................ 15

Modul 2 - Energetická náročnost budov - průkaz en. náročnosti............. 17 5.1

Koncepce průkazu ENB .........................................................................................17

5.2

Protokol k průkazu energetické náročnosti budov ..................................................17

5.3

Ukazatelé energetické náročnosti...........................................................................18

5.4

Tepelně technické vlastnostI dle ČSN 73 0540-2:2011 - souč. prostupu tepla........18 5.4.1

Součinitel přestupu tepla nehomogenní konstrukce.................................................. 20

5.4.2

Tepelné mosty ........................................................................................................... 22

5.4.3

Tepelné vazby v konstrukcích ................................................................................... 24

5.4.4

Součinitel prostupu tepla oken .................................................................................. 26

5.4.5

Součinitel prostupu tepla podlahou ........................................................................... 26

5.5

Průměrný součinitel prostupu tepla ........................................................................26

5.6

Dílčí dodaná energie na vytápění ...........................................................................27

5.7

5.6.1

Potřeba dodané energie na vytápění ........................................................................ 27

5.6.2

Spotřeba dodané energie na vytápění ...................................................................... 29

5.6.3

Pomocná energie na vytápění................................................................................... 30

Dílčí dodaná energie na větrání..............................................................................30

2/92


5.8

Dílčí dodaná energie na osvětlení ..........................................................................31

5.9

Dílčí dodaná energie na přípravu teplé vody ..........................................................34 5.9.1

Potřeba dodané energie na přípravu teplé vody ....................................................... 34

5.9.2

Spotřeba dodané energie na přípravu teplé vody ..................................................... 34

5.9.3

Pomocná energie na přípravu teplé vody.................................................................. 34

5.10

Dílčí dodaná energie na chlazení........................................................................35

5.11

Celková energetická bilance ...............................................................................35

5.12

Primární neobnovitelná energie ..........................................................................35

5.13

Ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů........................36

5.14

Technicky a ekonomicky vhodná opatření pro snížení ENB................................37

6

Modul 3 - Vzduchotechnika a klimatizace - kontrola klimatizace ............. 38 6.1

Základní pojmy.......................................................................................................38

6.2

Předmět kontroly klimatizace..................................................................................38

6.3

Vlhký vzduch ..........................................................................................................40 6.3.1

Daltonův zákon .......................................................................................................... 40

6.3.2

Stavová rovnice ......................................................................................................... 40

6.3.3

Vyjádření vlhkosti vzduchu ........................................................................................ 41

6.3.4

Teplota rosného bodu tDP .......................................................................................... 42

6.3.5

Teplota mokrého teploměru tm (tWB).......................................................................... 42

6.3.6

Entalpie vlhkého vzduchu .......................................................................................... 42

6.4

Diagram vlhkého vzduchu (h-x) ..............................................................................43

6.5

Základní úpravy vlhkého vzduchu ..........................................................................44 6.5.1

Ohřev vzduchu........................................................................................................... 44

6.5.2

Chlazení vzduchu ...................................................................................................... 44

6.5.3

Vlhčení vzduchu ........................................................................................................ 46

6.5.4

Mísení dvou a více různých stavů vzduchu............................................................... 46

6.5.5

Odvlhčování............................................................................................................... 47

6.6

Klimatizační a větrací systémy ...............................................................................47

6.7

Případové studie - vhodnost kontroly klimatizace a navazujících systémů .............49

3/92


6.8

7

Koncové prvky větracích a klimatizačních zařízení.................................................50

Modul 4 - Zdroje tepelné energie - kontroly kotlů a rozvodů tepelné energie ........................................................................................................... 52 7.1

Charakteristika zdrojů tepelné energie (kotle).........................................................52

7.2

Způsob provádění kontroly kotle a rozvodů tepelné energie...................................52

7.3

Pravidelná kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kW) .............................52

7.4

Dimenzování kotle k požadavku na vytápění budovy a potřebu teplé vody ............53

7.5

Určení účinnosti kotlů .............................................................................................54

7.6

Případová studie ....................................................................................................55

8

Modul 5 - Energetický posudek ................................................................... 57 8.1

Rozsah a obsah energetického auditu a energetického posudku ...........................57

8.2

Energetické bilance ................................................................................................57

8.3

Úsporná opatření ke snížení energetické náročnosti ..............................................58

8.4

Ekonomické vyhodnocení navržených opatření......................................................58

8.5

9

8.4.1

Prostá doba návratnosti............................................................................................. 59

8.4.2

Reálná doba návratnosti............................................................................................ 59

8.4.3

Čistá současná hodnota (NPV) ................................................................................. 59

8.4.4

Vnitřní výnosové procento (IRR) ............................................................................... 59

Enviromentální vyhodnocení navržených opatření .................................................60 8.5.1

Emise CO2 ................................................................................................................. 60

8.5.2

Emise ostatních látek................................................................................................. 61

Modul 6 - Nízkoenergetická a pasivní výstavba ......................................... 62 9.1

Tepelně technické výpočty pro návrh nízkoenergetických a pasivních staveb ........62

9.2

Vnitřní zařízení nízkoenergetických a pasivních staveb..........................................64

9.3

Princip teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla..................65

9.4

Výhody a nevýhody teplovzdušného vyt. a řízeného větrání s rekuperací tepla .....66 9.4.1

Teplovzdušné vytápění s rekuperací tepla ................................................................ 66

9.4.2

Rízené větrání s rekuperací tepla.............................................................................. 66

4/92


9.5

10

Ekonomika nízkoenergetické a pasivní výstavby a vliv na ŽP ................................66

Alternativní zdroje energie........................................................................... 67 10.1

Solární soustavy .................................................................................................67 10.1.1

Zjednodušená bilanční metoda (TNI 73 0302) ...................................................... 68

10.1.2

Výpočtový postup .................................................................................................. 68

10.2

Hodnocení provozu tepelných čerpadel ..............................................................71

10.3

Korelační metoda (TNI 73 0331).........................................................................72

10.4

10.3.1

Intervalová metoda (TNI 73 0351)......................................................................... 73

10.3.2

Klimatické údaje..................................................................................................... 74

10.3.3

Rozpočet potřeby tepla do intervalů ...................................................................... 74

10.3.4

Údaje o tepelném čerpadle.................................................................................... 76

10.3.5

Nízkopotenciální zdroj tepla................................................................................... 77

10.3.6

Pomocná zařízení.................................................................................................. 78

10.3.7

Tepelná soustava .................................................................................................. 79

10.3.8

Výpočtový postup .................................................................................................. 80

10.3.9

Výsledky pro hodnocení ........................................................................................ 82

Literatura ............................................................................................................85

11

Příloha 1 - Vzor evidenčního listu energetického auditu........................... 87

12

Příloha 2 - Grafická část průkazu ENB........................................................ 91

5/92


2

Úvod

Skripta vznikla v rámci projektu "Energetický specialista", který je financován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu ČR, prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Registrační číslo projektu: CZ.1.07/3.2.08/04.0017. Skripta jsou nedílnou součástí kurzu, který se skládá jednotlivých seminářů. Na skripta navazuje pracovní sešit, který je koncipován formou neřešených příkladů.

6/92


3 Přehled modulů programu Modul

Název modulu

Osnova

Modul 1

Energetický specialista

Zákon č. 406/2000 Sb. - o hospodaření energií Vyhláška č. 78/2013 Sb. - o energetické náročnosti budov Vyhláška č. 480/2012 Sb. - o energetickém auditu a energetickém posudku Vyhláška č. 194/2013 Sb. - o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie Vyhláška č. 193/2013 Sb. - o kontrole klimatizačních systémů Normy ČSN, EN ČSN a ISO EN ČSN

Modul 2

Energetická náročnost budov průkaz energetické náročnosti

Koncepce průkazu ENB Ukazatele energetické náročnosti Protokol k průkazu energetické náročnosti budov Tepelně-technické vlastnosti budovy dle ČSN 73 05402:2011 - součinitel prostupu tepla, vč. tepelných mostů Průměrný součinitel prostupu tepla budovy, tepelné vazby Hodnocení energetické náročnosti vytápění, chlazení, mechanického větrání, přípravy teplé vody a osvětlení Celková energetická bilance budovy Ekologická a ekonomická proveditelnost alternativních systémů a kogenerace Technicky a ekonomicky vhodná opatření pro snížení ENB

Modul 3

Základní pojmy v oboru vzduchotechniky a klimatizace Vzduchotechnika a klimatizace - kontrola Vlhký vzduch, h-x diagram, základní úpravy vzduchu klimatizace Větrací systémy Klimatizační systémy (vzduchové, vodní, kombinované, chladivové) Koncové prvky větracích a klimatizačních zařízení Princip teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla Výhody a nevýhody teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla

7/92


Modul

Název modulu

Osnova

Modul 4

Zdroje tepelné energie - kontroly kotlů a rozvodů tepelné energie

Základní pojmy v oboru Charakteristika zdrojů tepelné energie Pravidelná kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kW) Určení účinnosti kotlů Případové studie

Modul 5

Energetický posudek

Rozsah a obsah energetického auditu a energetického posudku Energetická bilance Úsporná opatření ke snížení energetické náročnosti Ekonomické vyhodnocení navržených opatření Environmentální vyhodnocení navržených opatření

Modul 6

Nízkoenergetická a pasivní výstavba

Tepelně technické výpočty pro návrh nízkoenergetických a pasivních staveb Vnitřní zařízení nízkoenergetických a pasivních staveb a jejich navrhování Využití obnovitelných zdrojů energie při výstavbě nízkoenergetických a pasivních staveb Ekonomika nízkoenergetické a pasivní výstavby a vliv na životní prostředí

8/92


4 Modul 1 - Energetický specialista Pojem Energetický specialista vychází z následujících legislativních dokumentů:

4.1

-

Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (odkaz na smlouvu o fungování EU, čl. 194).

-

Zákon 406/2000 Sb., o hospodaření energií (vč. změn).

-

Vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov.

-

Závazné normy ČSN, EN, ISO.

Evropská směrnice

[7] Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (odkaz na smlouvu o fungování EU, čl. 194) konkretizuje přístup k energetice, jak je nastíněn ve Smlouvě o fungování EU, Hlava XXI (Energetika), Článek 194. Důležitými články jsou: Článek 9, Budovy s téměř nulovou spotřebou energie; Členské státy zajistí, aby a) do 31. prosince 2020 všechny nové budovy byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie a b) po dni 31. prosince 2018 nové budovy užívané a vlastněné orgány veřejné moci byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie. Článek 12, Vydávání certifikátů energetické náročnosti; 1. Členské státy zajistí, aby byl certifikát energetické náročnosti vydán pro: a) budovy nebo ucelené části budov při výstavbě, prodeji nebo pronájmu novému nájemci a b) budovy, kde celkovou užitkovou podlahovou plochu větší než 500 m2 užívá orgán veřejné moci a kde je tato plocha často navštěvována veřejností. Dne 9. července 2015 se tato hraniční hodnota 500 m2 sníží na 250 m2. 2. Členské státy vyžadují, aby při výstavbě, prodeji nebo pronájmu budov nebo ucelených částí budov byl potenciálnímu novému nájemci nebo kupujícímu předložen certifikát energetické náročnosti nebo jeho kopie a aby kupujícímu nebo novému nájemci byly certifikát energetické náročnosti nebo jeho kopie předány. 3. Členské státy vyžadují, aby v případě prodeje nebo pronájmu: - budov, jež mají certifikát energetické náročnosti, - ucelených částí budov v budově, jež má certifikát energetické náročnosti, a - ucelených částí budov, jež mají certifikát energetické náročnosti, byl na reklamách v komerčních médiích uveden ukazatel energetické náročnosti obsažený v certifikátu energetické náročnosti dané budovy nebo ucelené části budovy.

9/92


Článek 14, Inspekce otopných soustav; Členské státy stanoví nezbytná opatření k zavedení pravidelné inspekce přístupných částí soustav používaných k vytápění budov, jako jsou zdroje tepla, řídicí systémy a oběhová čerpadla, s kotli se jmenovitým výkonem pro účely vytápění budov vyšším než 20 kW. Tato inspekce rovněž zahrnuje posouzení účinnosti kotle a dimenzování kotle v porovnání s požadavky na vytápění budovy. Posouzení dimenzování kotle není třeba opakovat, nebyly-li v mezidobí v rámci otopné soustavy nebo v otázce požadavků na vytápění dotyčné budovy provedeny žádné změny. U otopných soustav s kotli se jmenovitým výkonem vyšším než 100 (kW) se provádí inspekce nejméně každé dva roky. U plynových kotlů může být tato doba prodloužena na čtyři roky. Článek 15, Inspekce klimatizačních systémů; Členské státy stanoví nezbytná opatření k zavedení pravidelné inspekce přístupných částí klimatizačních systémů se jmenovitým výkonem větším než 12 kW. Inspekce musí zahrnovat posouzení účinnosti klimatizace a dimenzování zařízení v porovnání s požadavky na chlazení budovy. Součástí Směrnice jsou i důležité přílohy, týkající se např. společného obecného rámce pro výpočet energetické náročnosti budov Zdůvodnění snahy Evropské unie zavádět výše uvedená opatření je dán zejména závislostí dovozu energonositelů z nestabilních oblastí, mezi než je řazeno i Rusko, na jehož území se nachází až 80 % evropských zásob zemního plynu.

Konečná spotřeba energie (TJ/rok)

V následujícím grafu je vidět konečná spotřeba energie vybraných členských států:

12 000 000

ČR

11 000 000

10 080 315

10 000 000

Německo

9 000 000 8 000 000

Rakousko

7 000 000 6 000 000 5 000 000 4 000 000 3 000 000 2 000 000

1 214 280

1 140 885

1 000 000 0

ČR

Německo

Rakousko

Obrázek 4.1 Konečná spotřeba energie vybraných členských států EU

10/92


Obrázek 4.2 odvětví

Konečná spotřeba energie vybraných členských států EU - členění podle

Energetická závislost (%)

Oproti těmto spotřebám je třeba si uvědomit podíl energetické závislosti (dovozu energonositelů). Na následujícím obrázku je vidět energetická závislost ZP vybraných členských států:

100

98,7 84,5

87,2

Zemní plyn

80

60

ČR 40

Německo 20

Rakousko 0

ČR

Německo

Rakousko

Obrázek 4.3 Podíl energetické závislosti vybraných členských států EU

11/92


4.2 4.2.1

Národní legislativa Zákon 406/2000 Sb. O hospodaření energií

[16] Základním dokumentem je Zákon 406/2000 Sb. O hospodaření energií. Paragrafy, ve vztahu k Energetickým specialistům, jsou: §2

Základní pojmy

§6

Účinnost užití energie zdrojů a rozvodů energie

§ 6a

Kontrola provozovaných kotlů a rozvodů tepelné energie a klimatizačních systémů

§7

Snižování energetické náročnosti budov

§ 7a

Průkaz energetické náročnosti

§9

Energetický audit

§ 9a

Energetický posudek

§ 10

Energetický specialista

§ 10a

Odborná zkouška, průběžné vzdělávání a přezkušování energetických specialistů

§ 10b

Vydání a zrušení oprávnění a zápis energetického specialisty do seznamu energetických specialistů

§ 10c

Seznam energetických specialistů

Každý energetický specialista musí ovládat základní pojmy, jak jsou definovány v § 2: Energetická náročnost budovy: vypočtené množství energie nutné pro pokrytí potřeby energie spojené s užíváním budovy, zejména na vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení. Průkaz energetické náročnosti: dokument, který obsahuje stanovené informace o energetické náročnosti budovy nebo ucelené části budovy. Energetický posudek: písemná zpráva obsahující informace o posouzení plnění předem stanovených technických, ekologických a ekonomických parametrů určených zadavatelem energetického posudku včetně výsledků a vyhodnocení. Ucelená částí budovy: podlaží, byt nebo jiná část budovy, která je určena k samostatnému používání nebo byla za tímto účelem upravena Celková energeticky vztažná plocha: vnější půdorysná plocha všech prostorů s upravovaným vnitřním prostředím v celé budově, vymezená vnějšími povrchy konstrukcí obálky budovy Obálka budovy: soubor všech teplosměnných konstrukcí na systémové hranici celé budovy nebo zóny, které jsou vystaveny přilehlému prostředí, jež tvoří venkovní vzduch, přilehlá zemina, vnitřní vzduch v přilehlém nevytápěném prostoru, sousední nevytápěné budově nebo sousední zóně budovy vytápěné na nižší vnitřní návrhovou teplotu. Větší změna dokončené budovy: změna dokončené budovy na více než 25 (%) celkové plochy obálky budovy.

12/92


a)

b)

c)

Obrázek 4.4 a) plocha místností, b) podlahová plocha, c) energeticky vztažná plocha Technické systémy budovy: zařízení určené k vytápění, chlazení, větrání, úpravě vlhkosti vzduchu, přípravě teplé vody, osvětlení budovy nebo její ucelené části nebo pro kombinaci těchto účelů. Nákladově optimální úroveň: stanovené požadavky na energetickou náročnost budov nebo jejich stavebních nebo technických prvků, která vede k nejnižším nákladům na investice v oblasti užití energií, na údržbu, provoz a likvidaci budov nebo jejich prvků v průběhu odhadovaného ekonomického životního cyklu. Budova s téměř nulovou spotřebou energie: budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů. Kontrolami provozovaných kotlů a rozvodů tepelné energie a klimatizačních systémů se zabývá § 6a, kde je: -

v odstavci 1 (mimo jiné) uvedeno: U provozovaných kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kW) a příslušných rozvodů tepelné energie je jejich vlastník nebo společenství vlastníků jednotek povinen zajistit pravidelnou kontrolu těchto kotlů a příslušných rozvodů tepelné energie, jejímž výsledkem je písemná zpráva o kontrole provozovaných kotlů a příslušných rozvodů tepelné energie,

-

v odstavci 2 (mimo jiné) uvedeno: U provozovaných klimatizačních systémů se jmenovitým chladicím výkonem vyšším než 12 (kW) je jeho vlastník nebo společenství vlastníků jednotek povinen zajistit pravidelnou kontrolu tohoto klimatizačního systému, jejímž výsledkem je písemná zpráva o kontrole klimatizačního systému.

Další části Zákona 406/200 Sb.: § 7, § 7a, § 9, § 9a, § 10 je třeba také znát na dostatečně vysoké úrovni.

4.2.2

Vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov

[15] Dokument je klíčovým vodítkem pro zpracování průkazu ENB. Jsou zde vymezeny základní pojmy, popsána koncepce zpracování průkazu ENB, včetně odkazů na mnoho normových postupů (normy se tímto stávají závaznými).

13/92


V dokumentu jsou také uvedeny ukazatele energetické náročnosti: a) celková primární energie za rok, b) neobnovitelná primární energie za rok, c) celková dodaná energie za rok, d) dílčí dodané energie pro technické systémy (vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody, osvětlení), e) průměrný součinitel prostupu tepla, f)

součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici,

g) účinnost technických systémů. Tyto ukazatele a jejich určení, jsou důležitou součástí skript. Stejně jako v Zákoně 406/2000 Sb., tak i ve Vyhl. 78/2013, je uveden § 2 Základní pojmy: Referenční budova je výpočtově definovaná budova téhož druhu, stejného geometrického tvaru a velikosti včetně prosklených ploch a částí, stejné orientace ke světovým stranám, stínění okolní zástavbou a přírodními překážkami, stejného vnitřního uspořádání, se stejným typickým užíváním, se stejnými uvažovanými klimatickými údaji jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejích konstrukcí a technických systémů budovy. Typické užívání budovy: obvyklý způsob užívání budovy v souladu s podmínkami vnitřního a venkovního prostředí a provozu stanovený pro účely výpočtu energetické náročnosti budovy. Venkovní prostředí: venkovní vzduch, vzduch v přilehlých nevytápěných prostorech, přilehlá zemina, sousední budova a jiná sousední zóna. Vnitřní prostředí: prostředí uvnitř zóny, které je definováno návrhovými hodnotami teploty, relativní vlhkosti vzduchu a objemového toku výměny vzduchu, případně rychlostí proudění vnitřního vzduchu a požadované intenzity osvětlení uvnitř zóny. Přirozené větrání: větrání založené na principu teplotního a tlakového rozdílu vnitřního a venkovního vzduchu. Nucené větrání: větrání pomocí mechanického zařízení. Energonositel: hmota nebo jev, které mohou být použity k výrobě mechanické práce nebo tepla nebo na ovládání chemických nebo fyzikálních procesů. Vypočtená spotřeba energie: energie, která se stanoví z potřeby energie pro zajištění typického užívání budovy se zahrnutím účinností technických systémů, v případě spotřeby paliv je spotřeba energie vztažena k výhřevnosti paliva. Pomocná energie: energie potřebná pro provoz technických systémů. Primární energie: energie, která neprošla žádným procesem přeměny; celková primární energie je součtem obnovitelné a neobnovitelné primární energie. Faktor primární energie: koeficient, kterým se násobí složky dodané energie po jednotlivých energonositelích k získání odpovídajícího množství celkové primární energie.

14/92


Faktor neobnovitelné primární energie: koeficient, kterým se násobí složky dodané energie po jednotlivých energonositelích k získání odpovídajícího množství neobnovitelné primární energie.

4.2.3

Vyhláška č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku

Vyhláška se týká: a) rozsahu energetického auditu a energetického posudku, b) obsahu energetického auditu a způsobu jeho zpracování, c) obsahu energetického posudku a způsob jeho zpracování. Nedílnou a povinnou součástí jak energetického auditu, tak i energetického posudku, je evidenční list. Evidenční list obsahuje souhrnné údaje, včetně navržených a doporučených opatření. Vzor evidenčního listu pro energetický audit je zobrazen v příloze 1.

4.2.4

Vyhláška č. 193/2013 Sb. o kontrole klimatizačních systémů

Dokument popisuje rozsah kontroly klimatizačních systémů a způsob jejich provádění. Uvedena je i zde požadovaná četnost kontrol klimatizačního systému, včetně vzoru zprávy.

4.2.5

Vyhláška č. 194/2013 Sb. o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie

Součástí dokumentu jsou údaje, týkající se způsobu a četnosti provádění kontroly kotle a rozvodů tepelné energie, včetně vzoru zprávy

4.2.6

Normy

Základní normy (závazné) jsou uvedeny: ČSN 73 0540-2 - Tepelná ochrana budov - Část 2 ČSN 73 0540-4 - Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody. ČSN EN ISO 13 790 - Výpočet potřeby energie pro vytápění a chlazení. ČSN EN 15316 - Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy Část 1: Všeobecné požadavky. Část 2-1: Sdílení Část 2-3: Rozvody tepla pro vytápění. Část 4-1: Zdroje tepla pro vytápění, kotle, Část 4-2: Výroba tepla na vytápění, tepelná čerpadla, Část 4-4: Výroba tepla na vytápění, kombinovaná výroba elektřiny a tepla integrovaná do budovy,

15/92


Část 4-5: Výroba tepla na vytápění, účinnosti a vlastnosti dálkového vytápění a soustav o velkém objemu, Část 4-6: Výroba tepla na vytápění, fotovoltaické systémy, Část 4-7: Zdroj tepla na spalování biomasy, Část 4-8: Otopné soustavy, teplovzdušné vytápění a stropní sálavé vytápění. ČSN EN 15665 - Větrání budov - Stanovení výkonových kritérií pro větrací systémy obytných budov. ČSN EN 15241 - Větrání budov - Výpočtové metody ke stanovení energetických ztrát způsobených větráním a infiltrací v komerčních budovách. ČSN EN 15242 - Větrání budov - Výpočtové metody pro stanovení průtoku vzduchu v budovách včetně filtrace. ČSN EN 15243 - Větrání budov - Výpočet teplot v místnosti, tepelné zátěže a energie pro budovy s klimatizačními systémy. ČSN EN 15316-3 - Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy, Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody, Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava. ČSN EN 15193 - Energetické hodnocení budov - Energetické požadavky na osvětlení. ČSN EN 15459 - Energetická náročnost budov - Postupy pro ekonomické hodnocení energetických soustav v budovách. Výše uvedený výčet ukazuje pouze základní dokumenty. Součástí závazných postupů jsou i další navazující normy.

16/92


5 Modul 2 - Energetická náročnost budov - průkaz en. náročnosti 5.1

Koncepce průkazu ENB

Zaveden je pojem „referenční budova“. Referenční budova je výpočtově definovaná budova téhož druhu, stejného geometrického tvaru a velikosti včetně prosklených ploch a částí, stejné orientace ke světovým stranám, stínění okolní zástavbou a přírodními překážkami, stejného vnitřního uspořádání, se stejným typickým užíváním, se stejnými uvažovanými klimatickými údaji jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejích konstrukcí a technických systémů budovy. Referenční budova a hodnocená budova se porovnávají. Dosahuje-li hodnocená budova lepších parametrů, než budova referenční, spadá do kategorie hodnocení "C", popřípadě "B" a "A". Naopak, horší parametry hodnocené budovy oproti referenční znamenají kategorii "D", popřípadě "E, F" a "G". Referenční hodnoty jsou uvedeny v příloze Vyhlášky.

5.2

Protokol k průkazu energetické náročnosti budov

Součástí protokolu k průkazu energetické náročnosti budov jsou následující údaje: a) účel zpracování průkazu, b) základní informace o hodnocené budově, c) informace o stavebních prvcích a konstrukcích a technických systémech, d) energetickou náročnost hodnocené budovy, e) posouzení technické, ekonomické a ekologické proveditelnosti alternativních systémů dodávek energie, f)

doporučená opatření pro snížení energetické náročnosti budovy při větší změně dokončené budovy,

g) identifikační údaje energetického specialisty a datum vypracování průkazu.

Vzor průkazu je uveden v příloze č. 4 k Vyhlášky 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov. Nedílnou součástí je i grafická část, kde jsou všechny vypočtené údaje souhrnně zobrazeny, viz příloha 2.

17/92


5.3

Ukazatelé energetické náročnosti

Energetická náročnost je definována následujícími ukazateli: h) celková primární energie za rok, i)

neobnovitelná primární energie za rok,

j)

celková dodaná energie za rok,

k) dílčí dodané energie pro technické systémy, l)

průměrný součinitel prostupu tepla,

m) součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici, n) účinnost technických systémů.

5.4

Tepelně technické vlastnostI dle ČSN 73 0540-2:2011 - souč. prostupu tepla

Součinitel prostupu tepla U (W/m2.K) jednotlivých konstrukcí přímo ovlivňuje: - průměrný součinitel prostupu tepla Uem (W/m2.K) - dílčí dodanou energii na vytápění EH (kWh/rok) Součinitel prostupu tepla U (W/m2.K) je definován podle vztahu:

U=

1 di

1 1 +∑ + hI λi hE

+ ∆U =

1 di

Rsi + ∑

λi

+ Rse

+ ∆U

(5.1)

Obrázek 5.1 Rozložení teplot při prostupu tepla homogenní vrstvou

18/92


Tabulka 5.1 Orientační přirážka ∆U Konstrukce

U (W/m2K)

Poznámka

Bez tepelných mostů

0,00

Výjimečný případ

Téměř bez tepelných mostů

0,02

Doporučený předpoklad, nutno doložit

Mírné tepelné mosty

0,05

Nevhodné pro ND a PD

Běžné tepelné mosty

0,10

Nevhodné pro ND a PD

Tabulka 5.2 Vybrané součinitele tepelné vodivosti λ (W/mK) Materiál

λ (W/mK)

Hliník

229

Ocel

15 – 50

Žula

3,5

Železobeton

1,6

Cihly PP

0,8

Sklo stavební

0,8

Voda

0,6

Dřevo měkké

0,18

Plast (PVC)

0,15

Dřevovláknité desky

0,039 – 0,049

Pěnový polystyren, minerální vata

0,031 – 0,041

Vzduch při 10 °C

0,026

PUR, PIR

0,022

Vakuová izolace

0,004 – 0,008

19/92


5.4.1

Součinitel přestupu tepla nehomogenní konstrukce

Pokud se konstrukce skládá z jednotlivých vrstev, kdy každá vrstva má po celé ploše konstantní tloušťku a materiálové vlastnosti, lze pro výpočet tepelného odporu celé konstrukce použít vztah:

Rcelk = Ri + R1 + R2 + R3 + ... + R j + Re

(5.2)

Legenda: Ri (m2K/W) 2

Re (m K/W) 2

R1...j (m K/W)

Rj =

odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce odpor při přestupu tepla do exteriéru tepelné odpory jednotlivých vrstev konstrukce, přičemž

dj

λj

(5.3)

Následně pak součinitel prostupu tepla složené z homogenních vrstev (dále pro zjednodušení homogenní konstrukce)

U=

1 Rcelk

(5.4)

Příklad homogenní konstrukce je na obrázku 5.2.

Obrázek 5.2 Příklad homogenní konstrukce Pokud se však v konstrukci v podélném směru mění materiálové vlastnosti, hovoříme vzhledem ke kolmému prostupu tepla o nehomogenní konstrukci. Příkladem takové konstrukce a jejího dělení na jednotlivé vrstvy a úseky, je například stěna na obrázku 5.3. Často jsou to konstrukce z lepených materiálů, sendvičové konstrukce s nosnými prvky uvnitř, fasády s nosnými rošty, prolévané konstrukce z polystyrenových tvárnic atd.

20/92


Obrázek 5.3 Příklad nehomogenní konstrukce V takovýchto případech je nutné stěnu v příčném řezu rozdělit na tolik vrstev a úseků, aby byl v každém díle zastoupen pouze jeden materiál. Příklad takového dělení ukazuje také obrázek B, kde jsou písmeny označeny úseky a číslicemi vrstvy. Jednotlivé vrstvy pak mají tloušťku dj (j=1,2...n) a jednotlivé úseky mají poměrnou plochu fm (m=a,b...q). Všechny poměrné plochy f musí v konečném součtu dát celkovou plochu. Platí tedy pro kontrolu, že:

f a + f b + ... + f q = 1

(5.5)

Po rozdělení je nutné určit výsledný odpor konstrukce aritmetickým průměrem výpočtu odporu tepla na jeho horní a dolní mezi. V prvním případě se pro každý úsek, který již reprezentuje stěnu složenou se stejnorodých vrstev, kde již probíhá pouze jednorozměrný tepelný tok, určí celkový tepelný odpor úseku dle vztahu (5.2). Výsledný odpor celé nehomogenní konstrukce se pak určí ze vztahu 5.6, který se nazývá horní mez odporu. RTa, RTb...RTq jsou právě zmiňované tepelné odpory jednotlivých úseků.

fq f f 1 = a + b + ... + RT′ RTj RTj RTj

(5.6)

V druhém případě se nejdříve stanoví odpor každé vrstvy a poté se provede jejich součet v souladu s (5.2). Pro jednotlivé vrstvy platí pro stanovení jejich tepelného odporu rovnice

fq f f 1 = a + b + ... + R j Raj Rbj Rqj

(5.7)

kde j reprezentuje číslo vrstvy. Následně pak součtem dostáváme dolní mez odporu:

RT´´ = Ri + R1 + R2 + R3 + ... + Rn + Re

(5.8)

21/92


Výsledný tepelný odpor konstrukce z nehomogenních vrstev je potom:

RT´ + RT´´ 2

RT =

(5.9)

a výsledný součinitel prostupu tepla:

U=

1 RT

(5.10)

Vzhledem k ověření použitelnosti této zjednodušené metody je nutné provést ještě ověření vzájemného poměru obou mezí a odhad chyby. Aby bylo možné výsledky z výpočtu využít, musí platit:

RT´ < 1,5 RT´´

(5.11)

Maximální relativní chyba v procentech je

e=

RT´ − RT´´ ⋅100 2 ⋅ RT

(5.12)

Aby byla splněna podmínka (5.11), může být maximální chyba 20 (%). O použitelnosti metody v závislosti na velikosti chyby je třeba rozhodnout s ohledem na účel výpočtu, přesnost vstupních údajů a také podílu na celkové ploše všech konstrukcí v hodnocené budově. Je například logické, že pokud bude takováto nehomogenní konstrukce tvořit například 2 (%) obálky domu, je i při překročení povolené chyby metoda použitelná, neboť v celkovém výsledku bude chyba zanedbatelná. Je třeba také připomenout, že metoda není použitelná, pokud se v konstrukci vyskytují kovové tepelné mosty. V takovém případě se počítá, jako by tam tyto prvky nebyly a musí být do dalšího výpočtu zahrnuty jako přirážka, která se stanoví dle jiných výpočtových metod (například dle ČSN EN ISO 6946 – D.3), tabulek nebo numericky. Pokud se materiály mění ve vrstvách i ve třetím rozměru, je třeba výpočet provést 3D modelováním v numerickém software. Další podrobnosti k výpočetní metodě jsou v citované normě ČSN EN ISO 6946.

5.4.2

Tepelné mosty

Téměř v každé konstrukci ve stavebnictví se vyskytují kotvící, upevňovací, nosné, spojovací a další prvky, které vytvářejí z tepelně-technického hlediska tepelné mosty. Tepelný most znamená, že v jeho místě dochází k většímu přenosu tepla, než v okolní konstrukci. Typickým tepelným mostem v tomto smyslu je například kovový kotvící prvek ve fasádní izolaci. Tepelné mosty se v principu dělí na: - bodové tepelné mosty, - lineární tepelné mosty.

22/92


Bodovými tepelnými mosty nazýváme takové průchody konstrukcí, které prochází napříč konstrukcí jako lineární prvek, který pak v řezu tvoří bod, či malou plochu. Klasickými představiteli bodových mostů jsou kotvy, šrouby, závitové tyče k uchycení konstrukcí na fasádách, trámy střech procházejících izolační vrstvou atd. Vy výpočtu pak zahrnujeme mosty jednotlivě (například trámy) pomocí bodového činitele prostupu tepla χ nebo plošně, jako typický výskyt na metr čtvereční (fasádní kotvy) ve formě přirážky k součiniteli prostupu tepla dané konstrukce ∆U. Lineární tepelné mosty jsou většinou reprezentovány nosnými prvky v konstrukcích (trámy, sloupky, vazníky, zavětrovací prvky, táhla atd.). Velmi často se lineární mosty v konstrukcích opakují a lze je tak do výpočtu zahrnout dle výpočtu v typickém řezu a stanovit paušální přirážku. Mohou být ve výpočtu také reprezentovány lineárním činitelem prostupu tepla ψ, který je pak vztažen na délku výskytu mostu v konstrukci. Časté ignorování tepelných mostů a jejich neřešení vede k rizikům kondenzací vodní páry v konstrukcích, následnou degradaci materiálů (koroze a plísně) a znehodnocení konstrukce a její funkce. Jak již bylo řečeno, tepelné mosty jsou nejčastěji do výpočtu tepelně technických vlastností konstrukcí zahrnovány jako přirážka k součiniteli prostupu tepla dané konstrukce ∆U. Ta se stanoví buď výpočtem z numerického modelu vedení tepla, nebo přibližným výpočtem dle příslušné metodiky, nebo se odhadne z tabulek v normě ČSN 73 0540-4 (tabulka 5.1). Jsou zde uvedeny nejtypičtější hodnoty přirážky na tepelné mosty. Jejich užití však musí být dobře zváženo, neboť může snadno dojít k nadhodnocení či podhodnocení tepelných mostů. Zvláště u domů z velmi nízkou energetickou náročností, jako jsou pasivní domy, je tento vliv poměrně významný. Je tedy vždy na zvážení hodnotitele, zda užít tabulkovou hodnotu, nebo vynaložit práci na podrobnější výpočet. Stanovení lineárního činitele prostupu tepla z numerických výpočtů Z numerických modelů obdržíme po výpočtu tepelných toků přes model tepelnou propustnost L2D modelu. Dopočítat lze lineární činitel prostupu tepla: N

ψ = L2 D − ∑ U j l j

(5.13)

j =1

Legenda: Uj (W/m2K)

součinitel prostupu tepla j-té konstrukce v modelu bez zahrnutí počítaného tepelného mostu

lj (m)

délka příslušné j-té konstrukce oddělující dvě prostředí v modelu definované okrajovými podmínkami na hraně modelu.

Pro jednoduchý model stěny, kde se vyskytuje pouze jeden druh konstrukce v přímém směru lze rovnici (5.13) zjednodušit na:

ψ = L2 D − U bezTM ⋅ lm

(5.14)

Lineární činitel ψ se pak násobí délkou reálného výskytu mostu v konstrukci a obdržíme přirážku na tepelný most ve formě přídavného měrného tepelného toku konstrukcí:

23/92


∆H LTM = ψ ⋅ lLTM

(5.15)

Obdobným způsobem lze získat bodový činitel prostupu tepla pro bodové lineární mosty. Podrobnou metodiku popisuje norma ČSN EN ISO 10211.

5.4.3

Tepelné vazby v konstrukcích

Obdobně jako se vyskytují lineární mosty v plochách konstrukcí, tvoří každé dvě konstrukce na spoji tepelnou vazbu, která je více či méně tepelným mostem. Typickými vazbami u rodinných domů jsou nároží dvou stěn, ostění oken a dveří, nadpraží oken a dveří, prahy, napojení obvodových konstrukcí na střechu, hřeben střechy, napojení teras atd. Tyto vazby je také nutné zahrnout do výpočtu celkové bilance toku tepla domu. Opět je možné je stanovit paušálně na základě tabulkových hodnot, viz tabulka 5.3. Tabulka 5.3 Typické tepelné vazby Kvalita provedení

∆Uem (W/m2K)

Budovy s důsledně optimalizovanými tepelnými vazbami

0,02

Budovy s mírnými tepelnými vazbami (typové či opakované řešení)

0,05

Budovy s běžnými tepelnými vazbami

0,10

Budovy s výraznými tepelnými vazbami (zanedbané řešení)

0,20 a více

I zde platí, že může být použitím hodnot z tabulky vnesena do výpočtu značná chyba a to jak pozitivní, tak negativní. V případě potřeby je účelné použít numerické výpočty a co nejvíce zpřesnit výsledek. Opět je nutné z numerické metody získat tepelnou propustnost L2D příslušného styku dvou konstrukcí. Typický příklad vazby na nároží je na obrázku 5.4. Jelikož se v tomto případě jedná o styk dvou konstrukcí, je nutné stanovit také součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí (U1, U2) a délku jejich výskytu v modelu (l1, l2). Pak lze lineární činitel prostupu tepla stanovit v souladu se vztahem 5.13, jako:

ψ = L2 D − (U1 ⋅ l1 + U 2 ⋅ l2 )

(5.16)

Právě otázka stanovení délek l1 a l2 v modelu je klíčová. Pokud ve výpočtu bilance celého domu započítáváme prostup tepla z vnějších rozměrů budovy, musíme i v modelu odečíst celou délku konstrukce, aby nebyla "zahrnuta" dvakrát (jednou ve stěně a jedou ve vazbě). Hovoříme pak o lineárním činiteli vazby z vnějších konstrukcí ψe. Pokud se bilance počítá z vnitřních rozměrů, je nutné i délky v modelu odečítat pouze po vnitřní styk vazby. Tím zůstane celý styk konstrukcí zahrnut v lineárním součiniteli vazby a hovoříme o něm jako vnitřním ψi. Názorně situaci popisuje obrázek 5.4. Pokud bychom počítali prostup tepla přes plochu spočítanou z vnějších rozměrů (zelená hranice) a zároveň ve výpočtu lineárního činitele prostupu tepla použili jako délku konstrukce l1 pouze úsek B, byl by úsek A započítán do

24/92


bilance dvakrát, jednou jako součást stěny a jednou jako součást tepelné vazby. Pokud tedy počítáme s plochou stěn z vnějších rozměrů, ve výpočtu lineárního činitele vazby musíme odečíst oba úseky (A+B).

Obrázek 5.4 Vnější - vnitřní plocha Použijme zjednodušený model a uvažujme po celém obvodu stavby stejnou konstrukci o součiniteli prostupu tepla U. Celkovou bilanci jednoduchého modelu na předchozím obrázku (ve formě měrných tepelných toků) pak je možné zapsat dvěma možnými způsoby:

H e = U ⋅ Ae + lnar ⋅ψ e

(5.17)

Legenda: Ae (m2)

plocha konstrukce počítaná z vnějších rozměrů

lnar (m)

délka nároží na celém domě

ψe (-)

lineární činitel prostupu tepla vazbou

Lineární činitel prostupu tepla vazbou lze spočítat:

ψ e = L2 D − U ⋅ ( A + B ) − U ⋅ ( A + B )

(5.18)

Vazbu v tomto případě reprezentuje pouze vliv vloženého nosného prvku. Druhou možností je výpočet z vnitřních ploch:

H i = U ⋅ Ai + lnar ⋅ψ i

(5.19)

Legenda: Ai (m2)

plocha konstrukce počítaná z vnitřních rozměrů

ψi (-)

lineární činitel prostupu tepla vazbou

25/92


Lineární činitel prostupu tepla vazbou:

ψ i = L2 D − U ⋅ B − U ⋅ B

(5.20)

Vazbu v tomto případě reprezentuje celý roh včetně části stěny (A x A). Započítání ploch z vnitřních rozměrů a následné zanedbání tepelných vazeb vede k významné chybě v celkové bilanci.

5.4.4

Součinitel prostupu tepla oken

Výpočet je prováděn podle ČSN EN ISO 10077-1.

5.4.5

Součinitel prostupu tepla podlahou

Výpočet je prováděn podle ČSN EN ISO 13370.

5.5

Průměrný součinitel prostupu tepla

Průměrný součinitel prostupu tepla Uem (W/m2.K) je dán vztahem:

U em =

HT = A

∑ ( A ⋅U ∑A i

i

⋅ bi )

+ ∆U em

(5.21)

i

Výpočet lze provést zjednodušenou metodou či přesným výpočtem:

H T = ∑ Ai ⋅ U i ⋅ bi + A ⋅ ∆U tbm

(5.22)

H T = ∑ Ai ⋅ U i ⋅ bi + ∑ li ⋅ψ i ⋅ bi + ∑ χ i ⋅ bi

(5.23)

b (-) je činitel teplotní redukce je dán pro konstrukce sousedící s prostorem o jiné teplotě vztahem:

b=

θi − θ x θi − θe

(5.24)

Činitel teplotní redukce b (-) pro podlahu přilehlou k zemině platí:

b=

U ekv U g = U U

(5.25)

26/92


Průměrný součinitel prostupu tepla je jedním z energetických ukazatelů u nové výstavby. Referenční hodnota průměrného součinitele prostupu tepla je dána vztahem:

 ∑ ( Ai ⋅ U N ,20 ⋅ bi )  U em , R =  + ∆U em , R  ⋅ f R   ∑ Ai  

(5.26)

Legenda: UN,20 (W/m2K)

požadovaný součinitel prostupu tepla podle ČSN 730540-2:2011

fR (-)

redukční činitel požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla, pro dokončenou budovu či její změnu fR = 1,0 (-), pro novou budovu fR = 0,8 (-) a , pro budovu s téměř nulovou spotřebou energie fR = 0,7 (-)

∆Uem,R = 0,02 (W/m2K)

5.6

Dílčí dodaná energie na vytápění

Každá s dílčích dodaných energií se skládá z: 1. potřeby dodané energie, 2. spotřeby dodané energie (potřeba se zahrnutím účinností technického sysytému), 3. pomocné energie.

5.6.1

Potřeba dodané energie na vytápění

Výpočet se provádí podle ČSN EN ISO 13790 - Energetická náročnost budov - Výpočet potřeby energie na vytápění a chlazení. Předpokládá se výpočet minimálně v měsíčním intervalu. Bez přerušovaného vytápění je potřeba tepelné energie dána vztahem:

Qh = QL − η ⋅ Qg

(5.27)

Legenda: QL (kWh/rok)

celková tepelná ztráta

Qg (kWh/rok)

tepelné zisky

η(-)

stupeň využití tepelných zisků

Rozklíčování jednotlivých členů je uvedeno dále:

QL = H ⋅ (θ i − θ e ) ⋅ t

(5.28)

H = H T + HV

(5.29)

27/92


H T = ∑ Ai ⋅ U i ⋅ bi + ∑ li ⋅ψ i ⋅ bi + ∑ χ i ⋅ bi

(5.30)

HV = ρ ⋅ c ⋅ VV

(5.31)

Legenda: θ (°C)

teplota

t (s)

délka výpočtového období

H (W/K)

měrná tepelná ztráta budovy

HT (W/K)

měrná tepelná ztráta budovy prostupem

HV (W/K)

měrná tepelná ztráta budovy větráním

(

)

HV = n ⋅ Va + Vx´ ⋅ (1 − f vent ) + (1 − θ ) ⋅ V f + Vx  ⋅ f vent

(5.32)

Va ⋅ n50 ⋅ e

Vx =

f 1+ e

 V1 − V2     Va ⋅ n50 

2

(5.33)

Vx´ = Va ⋅ n50 ⋅ e

(5.34)

Legenda: n (1/s)

odhadnutá průměrná intenzita přirozeného větrání

Va (m3)

objem vzduchu v hodnocené zóně

fvent (-)

podíl času se spuštěným nuceným větráním

θH,hr (-)

účinnost zpětného získávání tepla ve VZT jednotkách

3

známý objemový tok vzduchu zajištěný nuceným větráním

3

Vx (m /s)

objemový tok vzduchu netěstnostmi v režimu nuceného větrání

V´x (m3/s)

objemový tok vzduchu netěstnostmi v režimu přirozeného větrání

n50 (1/s)

intenzita výměny vzduchu a exteriérem

e (-)

součinitel charakterizující zatížení budovy větrem podle EN ISO 13 789

f (-)

součinitel charakterizující zatížení budovy větrem podle EN ISO 13 789

Vf (m /s)

V1 (m3/s) 3

V2 (m /s)

při tlakovém rozdílu 50 Pa mezi interiérem

objemový tok vzduchu přiváděného nuceným větráním objemový tok vzduchu odváděného nuceným větráním

28/92


Tepelné zisky Qg se určí podle následujících vztahů:

Qg = Qi + Qs

(5.35)

Qi = Φ i ⋅ t

(5.36)

Qs = ∑ lSj ∑ ASnj 

(5.37)

j

AS = A ⋅ FS ⋅ FC ⋅ FF ⋅ g

(5.38)

Legenda: Φi (W)

průměrný výkon vnitřních tepelných zisků

ISj (J/m2)

celkové množství energie globálního slunečního záření dopadající na jednotku povrchu o orientaci „j“ během časového úseku

ASnj (m2)

účinná sběrná plocha zaskleného prvku o orientaci „j“

FS (-)

korekční činitel stínění

FF (-)

korekční činitel rámu

g (-)

celková propustnost slunečního záření

Výpočet pro každý měsíc je dán přesně se zahrnutím parametru fm (-):

Qh = ( QL − η ⋅ Qg ) ⋅ f m

(5.39)

Legenda: část z měsíce, kdy je zóna vytápěna

fm (-)

5.6.2

Spotřeba dodané energie na vytápění

Jedná se o potřebu se zahrnutím účinností technického sysytému vytápění.

Spotřeba =

Potřeba η k ⋅η r ⋅η e ⋅

(5.40)

Legenda: ηk (-)

účinnost zdroje (kotle)

29/92


ηr (-)

účinnost rozvodů

ηe (-)

účinnost emise

5.6.3

Pomocná energie na vytápění

Jedná se například o spotřebu elektrické energie pro pohon oběhových čerpadel otopné soustavy, ale také regulace či další prvky, jako například spotřeba elektrické energie pro pohon ventilátorů v podlahových konvektorech Pro určení spotřeby energonositele je třeba znát jejich výhřevnosti. Tabulka 5.4 Výhřevnosti Palivo

Výhřevnost

Jednotka

Brikety

22,34

MJ/kg

Černé uhlí A hrubé, střední

25,96 – 30,00

MJ/kg

Černé uhlí B hrubé, střední

18,84 – 25,96

MJ/kg

Dřevo

14,60 – 16,30

MJ/kg

Hnědé uhlí A hrubé

13,40 – 18,00

MJ/kg

Pelety

17,64

MJ/kg

Propan – kapalný

46,34

MJ/l

Propan – plynný

93,57

MJ/m3

Topný olej lehký

42,3

MJ/l

Topný olej těžký

40,8

MJ/l

Zemní plyn karbonský

34,07

MJ/m3

Zemní plyn norský (typ H)

37,42

MJ/m3

Zemní plyn norský (typ L)

31,77

MJ/m3

Zemní plyn tranzitní

35,87

MJ/m3

5.7

Dílčí dodaná energie na větrání

Jedná se o energii potřebnou pro dopravu vzduchu (pohon ventilátoru). V případě přirozeného větrání je dílčí dodaná energie na větrání nulová.

30/92


5.8

Dílčí dodaná energie na osvětlení

Instalovaný příkon osvětlovací soustavy lze určit ze vztahu:

PN = A ⋅

Em Pm

(5.41)

Legenda: A (m2)

Celková podlahová plocha zóny

Pm (lm/W)

Měrný světelný výkon svítidel

2

Em (lm/m )

Nejnižší přípustná osvětlenost

Tabulka 5.5 Měrné světelné výkony Světelný zdroj

Měrný světelný výkon Pm (lm/W)

Žárovka (60 W)

11,7

Kompaktní zářivka

45 – 60

Trubicová zářivka

50 – 100

Sodíková výbojka

150 – 200

LED

70 – 80 (150)

Tabulka 5.6 Požadovaná osvětlenost Požadovaná osvětlenost dle ČSN EN 12464-1 Obytné místnosti v bytech

90 lx

Učebny

300 lx

Kanceláře (pracoviště s displeji)

500 lx

Potřeba elektrické energie pro osvětlení je dána:

WL ,t = ∑

{( P

N

}

⋅ FC ) ⋅ ( t D ⋅ FO ⋅ FD ) + ( t N ⋅ FO ) 

(5.42)

1000

31/92


Tabulka 5.7 Směrná roční doba provozu podle typu budovy Nastavené roční hodiny činnosti

Typy budov tD

tN

tO

Kanceláře

2 250

250

2 500

Vzdělávací zařízení

1 800

200

2 000

Nemocnice

3 000

2 000

5 000

Hotely

3 000

2 000

5 000

Restaurace

1 250

1 250

2 500

Sportovní zařízení

2 000

2 000

4 000

Velkoobchod a maloobchod (prodejny)

3 000

2 000

5 000

Průmyslové objekty

2 500

1 500

4 000

Tabulka 5.8 Vliv denního světla v budovách s daným ovládáním Typ budovy Kancelář, sportovní zařízení, výroba

Typ ovládání

FD

Ruční

1,0

Stmívání fotobuňkou – s čidlem pro denní světlo

0,9

Ruční

1,0

Ruční

1,0

Stmívání fotobuňkou – s čidlem pro denní světlo

0,8

Restaurace, velkoobchod a maloobchod (prodejny) Vzdělávací zařízení, nemocnice

Tabulka 5.9 Vliv obsazení pro budovy s ovládáním Typ budovy

Typ ovládání

FO

Ruční

1,0

Automatické ≥ 60 % připojeného výkonu

0,9

Prodejna, výr., sporty a rest.

Ruční

1,0

Hotel

Ruční

0,7

Ruční (některé automatické ovládání)

0,8

Kanceláře, vzdělávající zař.

Nemocnice

32/92


Korekce Fc (činitel konstantní osvětlenosti), vyjadřuje vliv stárnutí světelného zdroje. Tabulka 5.10 Směrné hodnoty osvětlení

Nemocnice, zdravotnická zařízení

Hotely

FC

FO

FD

LENI

LENI

2250

250

1

0,9

1

0,9

1

0,9

42,1

35,5

**

20

2250

250

1

0,9

1

0,9

1

0,9

54,6

45,5

***

25

2250

250

1

0,9

1

0,9

1

0,9

67,1

55,8

*

15

1800

200

1

0,9

1

0,9

1

0,8

34,9

27,0

**

20

1800

200

1

0,9

1

0,9

1

0,8

44,9

34,4

***

25

1800

200

1

0,9

1

0,9

1

0,8

54,9

41,8

*

15

3000

2000

1

0,9

0,9

0,8

1

0,8

70,6

55,9

**

25

3000

2000

1

0,9

0,9

0,8

1

0,8

115,6

91,1

***

35

3000

2000

1

0,9

0,9

0,8

1

0,8

160,6

126,3

*

10

3000

2000

1

0,9

0,7

0,7

1

1

38,1

38,1

**

20

3000

2000

1

0,9

0,7

0,7

1

1

72,1

72,1

***

30

3000

2000

1

0,9

0,7

0,7

1

1

108,1

108,1

LENI

LENI

Auto

Ruční

Mezní hodnota Auto

(h)

15

(h)

*

(W/m2)

Ruční

Vzdělávací zařízení

tN

s cte osvětlení

Kancelář

tD

bez cte osvětlení

Kvalitativní třída

PN

Ruční

Auto

kWh/m2.rok

Tabulka 5.11 Směrné hodnoty osvětlení (pokračování) FC

FO

FD

1250

1250

1

0,9

1

1

1

-

29,6

-

**

25

1250

1250

1

0,9

1

1

1

-

67,1

-

***

35

1250

1250

1

0,9

1

1

1

-

92,1

-

*

10

2000

2000

1

0,9

1

1

1

0,9

43,7

41,7

**

20

2000

2000

1

0,9

1

1

1

0,9

83,7

79,7

***

30

2000

2000

1

0,9

1

1

1

0,9

123,7

117,7

Auto

Ruční

Mezní hodnota Auto

(h)

10

(h)

*

(W/m2)

Ruční

Sportovní zařízení

tN

s cte osvětlení

Restaurace

tD

bez cte osvětlení

Kvalitativní třída

PN

Ruční

Auto

kWh/m2.rok

33/92


5.9

Dílčí dodaná energie na přípravu teplé vody

5.9.1

Potřeba dodané energie na přípravu teplé vody

Potřeba tepelné energie na přípravu TV lze určit ze vztahu:

QTV =

d ⋅ n ⋅ ρ w ⋅ cw ⋅ (θ w 2 − θ w1 )

(5.43)

1000

Legenda: d (m3/os.den)

dávka teplé vody na osobu a den

n (-)

počet osob

ρw (kg/m3)

hustota vody

cw (J/kgK)

měrná tepelná kapacita vody

θw1 (°C)

teplota studené vody

θw2 (°C)

teplota teplé vody

Tabulka 5.12 Typické dávky teplé vody pro obytné budovy Typ budovy

Obytné budovy

5.9.2

Typ spotřeby

d (m3/os.den)

Nízký standard

0,010 - 0,020

Střední standard

0,020 - 0,040

Vysoký standard

0,040 - 0,080

Spotřeba dodané energie na přípravu teplé vody

Jedná se o potřebu se zahrnutím účinností a ztrát technického sysytému přípravy. Obvykle se jedná o: -

ztráty v rozvodech,

-

ztráty v zásobníku teplé vody,

-

ztráty v rozvodech cirkulací.

5.9.3

Pomocná energie na přípravu teplé vody

Jedná se například o spotřebu elektrické energie pro pohon oběhového čerpadla v případě cirkulačního okruhu.

34/92


5.10 Dílčí dodaná energie na chlazení Dílčí dodaná energie na chlazení se určuje podle postupů v ČSN EN ISO 13790 Energetická náročnost budov - Výpočet potřeby energie na vytápění a chlazení

5.11 Celková energetická bilance Celková dodaná energie do budovy ER (kWh/rok) se stanoví součtem dílčích dodaných energií a vyjádří se také po jednotlivých energonositelích (primární energie) Dílčí dodané energie: Vytápění

EH(kWh/rok)

Chlazení

EC(kWh/rok)

Větrání

EF(kWh/rok)

Úprava vlhkosti

EH(kWh/rok)

Příprava TV

EW(kWh/rok)

Osvětlení

EL(kWh/rok)

Určené ukazatelé energetické náročnosti hodnocené budovy se porovnají s referenční budovou, přičemž musí platit:

E R ≤ E R ref

(5.44)

kde:

ER = E H + E C + E F + E H + E W + E L

(5.45)

a

E R ref = E Href +E Cref +E Fref + E Href + E Wref + E Lref

(5.46)

5.12 Primární neobnovitelná energie Neobnovitelná primární energie pro hodnocenou budovu se vypočítá jako součet součinů dodané energie (rozdělené po jednotlivých energonositelích) a příslušných faktorů primární neobnovitelné energie. Tabulka 5.13 Faktory primární neobnovitelné energie (pouze pro vybrané energonositele) Energonositel

Faktor primární neobnovitelné energie (-)

Zemní plyn

1,1

Elektřina

3,0

Dřevěné pelety

0,2

35/92


Tabulka 5.13 Faktory primární neobnovitelné energie (pouze pro vybrané energonositele)pokračování Energonositel


Kusové dřevo

0,1

Hnědé uhlí, černé uhlí

1,1

Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 80% podílem obnovitelných zdrojů

0,1

Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 50% a nejvýše 80% podílem obnovitelných zdrojů

0,3

Soustava zásobování tepelnou energií s 50% a nižším podílem obnovitelných zdrojů

1,0

Energie okolního prostředí

0,0

Tabulka 5.14 Faktory primární neobnovitelné energie pro referenční budovu Typ spotřeby


Vytápění

1,1

Chlazení

3,0

Příprava TV

1,1

Úprava vlhkosti vzduchu

3,0

Mechanické větrání

3,0

Osvětlení

3,0

Pomocná energie

3,0

5.13 Ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů Součástí průkazu ENB je analýza technické, ekonomické a ekologické proveditelnosti alternativních systémů dodávek energie. Analýza se týka: -

nových budov,

-

větší změny dokončených budov.

36/92


V případě doporučení k realizaci některého z opatření, je součástí dokumentu též zdůvodnění.

5.14 Technicky a ekonomicky vhodná opatření pro snížení ENB Součástí průkazu ENB je analýza týkající se doporučení technicky a ekonomicky vhodných opatření pro snížení energetické náročnosti budovy. Opatření se mohou týkat: -

stavebních prvků a konstrukcí budovy,

-

technických systémů budovy, popřípadě

-

obsluhy a provozu systémů budovy.

Hodnocení se posuzují z hlediska: -

technické vhodnosti,

-

funkční vhodnosti,

-

ekonomické vhodnosti.

V případě doporučení k realizaci některého z opatření, je součástí dokumentu též zdůvodnění.

37/92


6 Modul 3 - Vzduchotechnika a klimatizace - kontrola klimatizace 6.1

Základní pojmy

Pro účely zákona č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, se rozumí: -

klimatizačním systémem zařízení pro úpravu teploty, vlhkosti, čistoty a proudění vzduchu ve vnitřním prostředí včetně zařízení pro distribuci tepla, chladu a vzduchu, která jsou součástí budovy,

-

jmenovitým chladicím výkonem klimatizačního systému jmenovitý příkon pohonu zdroje chladu udaný výrobcem.

6.2

Předmět kontroly klimatizace

Kontrola klimatizace se provádí pro: -

klimatizační systém, který upravuje vnitřní prostředí pro užívání osob,

-

provozované klimatizační systémy se jmenovitým chladicím výkonem vyšším než 12 (kW).

Výjimku tvoří klimatizační systémy umístěné v rodinných domech, bytech a stavbách pro rodinnou rekreaci, kromě případů, kdy jsou provozovány výhradně pro podnikatelskou činnost. Tabulka 6.1 Četnost provádění kontrol kimatizačních systémů Jmenovitý chladicí výkon

První kontrola po uvedení systému do provozu (roky)

Od 12 do 100 (kW) Nad 100 (kW)

Další kontrola (roky) systém je trvale monitorován

systém není trvale monitorován

10

10

10

4

10

4

Obr. 6.1 Předmět kontroly klimatizace - zdroj chladu

38/92


Obr. 6.2 Předmět kontroly klimatizace - systém vzduchotechniky (je-li napojena na zdroj chladu), včetně rozvodů a koncových prvků

Obr. 6.3 Předmět kontroly klimatizace - koncové prvky

Obr. 6.4 Předmět kontroly klimatizace - rozvody ( vodní, VZT)

39/92


Obr. 6.5 Předmět kontroly klimatizace -schématický souhrn

6.3

Vlhký vzduch

Vlhký vzduch je směs suchého vzduchu a určitého množství vody ve formě syté či přehřáté vodní páry, mlhy, jinovatky.

6.3.1

Daltonův zákon

Daltonův zákon je definován: celkový tlak směsi plynů p je dán součtem dílčích (parciálních) tlaků jednotlivých složek pi :

p = ∑ pi

(6.1)

Vzhledem k této skutečnosti lze rozepsat tlak okolí do jednotlivých složek:

po = p A + pV

6.3.2

(6.2)

Stavová rovnice

Pro 1 kg vlhkého vzduchu má stavová rovnice tvar:

p=

R ρT mn

(6.3)

Legenda: p (Pa)

tlak vzduchu

R (J/kmol.K)

univerzální plynová konstanta (R = 8 314,3 J/kmol.K)

ρ (kg/m3)

hustota vlhkého vzduchu

T (K)

termodynamická teplota

40/92


mn (kg/kmol)

střední molekulová hmotnost vlhkého vzduchu

Molekulová hmotnost suchého vzduchu mA = 28,96 (kg/kmol) Molekulová hmotnost vodní páry mV = 18,02 (kg/kmol) Plynové konstanty mají hodnotu rA = 287,11 (J/kg.K), rV = 461,50 (J/kg.K).

6.3.3

Vyjádření vlhkosti vzduchu

Obsah vlhkosti ve vzduchu může být různý. Vlhký vzduch se dělí na: -

nenasycený (parciální tlak vodních par ve vzduchu je menší tlak sytých par při téže teplotě pV < pV“

-

nasycený pV = pV“

-

přesycený (nasycený vzduch, který obsahuje ještě další vodu v kapalném nebo tuhém skupenství)

Veličin určujících vlhkost vzduchu je několik: Relativní vlhkost ϕ Udává míru nasycení vzduchu. ϕ = 100 % znamená nasycený vzduch; pV = pV“.

ϕ=

ρV pV =& ρV′′ pV′′

(6.4)

Parciální tlak par pV Tlak, odpovídající příslušné absolutní vlhkosti (viz stavová rovnice). Parciální tlak par není závislý na teplotě (při konstantním tlaku). Parciální tlak syté páry p“V je závislý pouze na teplotě. Pro určení p“V lze použít vztahy pro teploty -20 až 0 °C s chybou menší než 1‰:

ln pV′′ = 28,926 −

6148 273,15 + t

(6.5)

a pro teploty 0 až 80 °C s chybou menší než 1‰:

ln pV′′ = 23, 58 −

4044, 2 235, 6 + t

(6.6)

Měrná vlhkost vzduchu Udává hmotnost vodní páry v kg, připadající na 1 kg suchého vzduchu (kg/kgA). Vzhledem k nízkým řádům se spíše používají jednotky (g/kgA). Spolu s relativní vlhkostí je toto určení vlhkosti vzduchu ve vzduchotechnice nejběžnější.

41/92


Měrná vlhkost je určena poměrem hmotnosti vodní páry obsažené ve vzduchu a hmotnosti suchého vzduchu:

x=

MV MA

(6.7)

Dosazením stavových rovnic pro suchý vzduch a vodní páru obdržíme vzájemný vztah mezi měrnou a relativní vlhkostí:

x=

M V V ⋅ ρV rA pV p = = ⋅ = 0, 622 V M A V ⋅ ρ A rV p A pA

(6.8)

dalším dosazováním rovnic 1.2 a 1.4 dostaneme konečnou podobu:

x = 0, 622

pV ϕ ⋅ pV′′ = 0, 622 ⋅ p − pV p − ϕ ⋅ pV′′

(6.9)

Vztah 6.9 je důležitý, neboť nám umožňuje stanovit měrnou vlhkost z měřitelných veličin (ϕ, p) a parciálního tlaku syté páry. 6.3.4

Teplota rosného bodu tDP

Teplota, při které je vzduch nasycen. Při dalším ochlazování začíná vodní pára kondenzovat. V h-x diagramu se teplota rosného bodu pro daný stav vzduchu odečte na průsečíku křivky nasycení a čáry měrné vlhkosti, odpovídající danému stavu vzduchu. Grafické znázornění v h-x diagramu je na obrázku 6.6.

6.3.5

Teplota mokrého teploměru tm (tWB)

Je to taková teplota vody, při níž je teplo potřebné k vypařování vody do vzduchu odebíráno přestupem tepla konvekcí z okolního vzduchu (při izobarickém ději). Je také označována jako mezní teplota adiabatického chlazení. Grafické znázornění v h-x diagramu je na obrázku 6.6. Teplota mokrého teploměru je také označována také tWB (wet bulb).

6.3.6

Entalpie vlhkého vzduchu

Výpočty stavů vlhkého vzduchu se s výhodou provádějí pro 1 kg suchého vzduchu, který obsahuje x kg vodní páry. Hmotnost suchého vzduchu je tedy při úpravách vlhkého vzduchu konstantní, mění se pouze hmotnost vodní páry - proto se měrná vlhkost vztahuje na 1 kg suchého vzduchu x (g/kgs.v.). Totéž platí i pro entalpii. Entalpie směsi 1 kg suchého vzduchu a x kg vodní páry bude:

h = hA + x ⋅ hV

(6.10)

42/92


Entalpie suchého vzduchu je násobkem měrné tepelné kapacity (při konstantní teplotě) a teploty (cA = 1 010 J/kg.K; platí od -30 do 100 °C). Při nulové teplotě je i entalpie suchého vzduchu také nulová:

hA = c A ⋅ t

(6.11)

Entalpie vodní páry je funkcí teploty a tlaku. Měrná tepelná kapacita vodní páry cV = 1 840 J/kg.K. Pro běžné výpočty lze do teploty 100 °C a tlaku par 10 kPa použít empirický vytah:

hV = l + cV ⋅ t = 2500 ⋅103 + cV ⋅ t

(6.12)

kde l (J/kg) je výparné teplo vody. Po rozepsání:

(

h = hA + hV = c A ⋅ t + x 2500 ⋅103 + cV ⋅ t

6.4

)

(6.13)

Diagram vlhkého vzduchu (h-x)

Pro znázorňování změn stavu vzduchu (při izobarických dějích) se používá mollierův h-x diagram (obrázek 6.6)

1

tm tDP

Obrázek 6.6 Mollierův h-x diagram se zakreslením rosného bodu tDP a teploty mokrého teploměru tWB pro daný stav vzduchu 1

43/92


Základní osy diagramu (vyneseny pod úhlem 135°):

6.5 6.5.1

-

entalpie

h (kJ/kgA)

-

měrná vlhkost

x (g/kgA)

-

teplota

t (°C)

-

relativní vlhkost

ϕ (-)

Základní úpravy vlhkého vzduchu Ohřev vzduchu

Při ohřevu se zvyšuje teplota vzduchu při konstantní měrné vlhkosti x = konst. Výchozí vztah pro výpočet výkonu výměníku je:

Qoh = M& ⋅ ∆h = V& ⋅ ρ ⋅ ∆h

(6.14)

Po rozepsání obdržíme vztah:

(

Qoh = M& A ⋅ ∆h = M& A ⋅ c A ⋅ ∆t + ∆x 2500 ⋅103 + cV ⋅ ∆t

)

(6.15)

Protože ∆x=0 (obrázek 6.7), je druhý člen nulový, a pro stanovení potřebného výkonu ohřívače lze použít vztah:

Qoh = M& A ⋅ c ⋅ ∆t

6.5.2

(6.16)

Chlazení vzduchu

Chlazení vzduchu může být tzv. suché nebo mokré. Záleží na tom, jestli při tomto procesu dochází ke kondenzaci či nikoli. Suché chlazení: Probíhá v případech, kdy je povrchová teplota výměníku vyšší než teplota rosného bodu upravovaného vzduchu tpchl > tDP. Vzhledem k tomu, že ∆x = 0, lze pro stanovení potřebného výkonu chladiče použít vztah 6.16. Nutné je ovšem podotknout, že tento případ se v praxi vyskytuje jen vyjímečně. Je to dáno zdroji chladu, jež jsou konstruovány na teplotní spád chladicího okruhu 6/12 °C. Střední povrchová teplota výměníku je potom tpchl = 9 °C. Mokré chlazení: Dochází ke kondenzaci vodní páry obsažené v upravovaném vzduchu. Probíhá v případech, kdy je povrchová teplota výměníku nižší než teplota rosného bodu upravovaného vzduchu tpchl < tDP . Pro stanovení potřebného výkonu chladiče je třeba použít vztah 6.14.

44/92


Obrázek 6.7 Průběh změny stavu vzduchu při ohřevu vzduchu

Obrázek 6.8 Průběh změny stavu vzduchu při chlazení vzduchu

45/92


Dle vztahu 6.17 lze určit množství zkondenzované vody.

M W = M& ⋅ ∆x

6.5.3

(6.17)

Vlhčení vzduchu

Vlhčit vzduch lze párou nebo vodou. Směr změny stavu vzduchu při vlhčení párou probíhá za téměř konstantní teploty. Směr změny stavu vzduchu při vlhčení vodou probíhá téměř za konstantní entalpie. Měrná vlhkost vzduchu roste, teplota vzduchu během procesu klesá a případ lze v některých případech využít i k chlazení.

Obrázek 6.9 Průběh změny stavu vzduchu při vlhčení vzduchu vodou a párou a značení chladiče ve schématech

6.5.4

Mísení dvou a více různých stavů vzduchu

Konečná teplota po smísení n různých stavů vzduchu o různých průtocích se stanoví dle směšovací rovnice: n

tsm

t ⋅ M + t ⋅ M 2 + .... + tn ⋅ M n = 1 1 2 = M 1 + M 2 + ... + M n

∑t ⋅ M i =1 n

i

∑M i =1

i

(6.18) i

46/92


a podobně platí i pro konečnou měrnou vlhkost: n

x ⋅ M + x ⋅ M 2 + .... + xn ⋅ M n xsm = 1 1 2 = M 1 + M 2 + ... + M n

∑ x ⋅M i

i =1

(6.20)

n

∑M i =1

6.5.5

i

i

Odvlhčování

Pro odvlhčení lze využít kombinace chladiče a ohřívače, nevýhodou je však vysoká spotřeba energie. Samostatná odvlhčovací zařízení využívají přímo chladivového oběhu, kde chladičem je výparník a ohřívačem kondenzátor.

6.6

Klimatizační a větrací systémy

Na následujících obrázcích jsou schématicky zobrazeny jednotlivé systémy. Podle teplonosné látky je lze rozdělit na: -

vzduchové,

-

vodní,

-

kombinované,

-

chladivové

Obr. 6.10 Vzduchový jednokanálový systém (jednozónový)

47/92


Obr. 6.11 Vodní systém s ventilátorovými konvektory (fan-coil)

Obr. 6.12 Kombinovaný systém vzduch/voda s indukčními jednotkami

Obr. 6.13 Chladivový systém

48/92


6.7

Případové studie - vhodnost kontroly klimatizace a navazujících systémů

Obr. 6.14 Zdroj chladu - lokální úniky oleje na zdroji chladu

Obr. 6.15 Vzduchotechnika jednotka bez filtrů

Obr. 6.16 Vzduchotechnika - důsledek chybějících kapsových filtrů

Obr. 6.17 Vzduchotechnika - koroze VZT jednotky

49/92


Obr. 6.18 Vzduchotechnika – chybějící regulace

Obr. 6.20 VZT rozvody chybějící tepelná izolace

6.8

–

Obr. 6.19 Rozvody vodního okruhu – nedostatečná izolace rozvodů

Obr. 6.21 Koncové prvky – skapávání kondenzátu (podstropní fan-coil)

Koncové prvky větracích a klimatizačních zařízení

Součástí kontroly klimatizace jsou i koncové prvky větracích a klimatizačních zařízení, viz obrázky 6.22a až 6.22e.

50/92


Obrázek 6.22a Vyúsť s výřivým výtokem vzduchu

Obrázek 6.22b Stěnová vyústka

Obrázek 6.22c Vyústka do kruhového potrubí

Obrázek 6.22d Tryska

Obrázek 6.22e Talířový ventil

51/92


7 Modul 4 - Zdroje tepelné energie - kontroly kotlů a rozvodů tepelné energie 7.1

Charakteristika zdrojů tepelné energie (kotle)

Zdroje tepelné energie lze rozlišit podle paliva. Nejrozšířenějšími jsou:

7.2

-

kotle na ZP,

-

kotle na tuhá fosilní paliva,

-

kotle na biomasu,

-

kotle na kapalná paliva.

Způsob provádění kontroly kotle a rozvodů tepelné energie

Kontrola kotle a rozvodů tepelné energie zahrnuje: a) hodnocení dokumentace a dokladů kotle a rozvodů tepelné energie, b) vizuální prohlídku a kontrolu provozuschopnosti kotle a rozvodů tepelné energie, pokud jsou přístupné, c) hodnocení stavu údržby kotle a rozvodů tepelné energie, d) hodnocení dimenzování kotle ve vztahu k potřebám tepla pro vytápění a přípravu teplé vody v případě kotle umístěného přímo v zásobované budově,

7.3

e)

hodnocení účinnosti kotle a rozvodů tepelné energie,

f)

doporučení k ekonomicky proveditelnému zlepšení stávajícího stavu kotle a rozvodů tepelné energie.

Pravidelná kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kW)

Pravidelná kontrola se provádí pro kotle se jmenovitým výkonem nad 20 (kW). Výjimku tvoří kotle a vnitřní rozvody tepelné energie, umístěné v rodinných domech, bytech a stavbách pro rodinnou rekreaci (s výjimkou případů, kdy jsou provozovány výhradně pro podnikatelskou činnost). Četnost provádění kontroly kotle a rozvodů tepelné energie je uvedena v tabulce 7.1. V případě, že kotel a rozvody tepelné energie jsou provozovány na základě licence na výrobu tepelné energie nebo licence na rozvod tepelné energie, je kontrola prováděna jednou ročně.

52/92


Tabulka 7.1 Četnost provádění kontrol kotlů Další kontrola (roky)

Výkon kotle

Druh paliva

První kontrola po uvedení do provozu (roky)

Od 20 kW do 100 kW

všechna paliva

10

10

10

pevná a kapalná

2

10

2

plynná

4

10

4

systém je trvale monitorován

systém není trvale monitorován

Nad 100 kW

7.4

Dimenzování kotle k požadavku na vytápění budovy a potřebu teplé vody

Pro určení správné dimenze kotle lze použít vztah 7.1.

Lav =

Qf

(7.1)

Pn ⋅ tm

Legenda: Lav (-)

bezrozměrný parametr vyjadřující poměr průměrného výkonu kotle k jmenovitému výkonu

Pn (kW)

instalovaný výkon kotle, kotelny

tm (h)

časový interval

Qf (kWh)

energie paliva spotřebovaného za časový interval tm pro vytápění a přípravu teplé vody

Tabulka 7.2 Referenční hodnoty pro Lav Referenční rozsah Lav Typ budovy Sezónní venkovní teplota

Projektová venkovní teplota

Jednotlivá budova

0,15 – 0,3

0,5 – 0,7

Řadová (bloková) budova

0,2 – 0,3

0,6 – 0,8

Pokud je kotel správně dimenzován, je hodna Lav vyšší, než hodnoty uvedené v tabulce.

53/92


Výsledek zjištěný popsaným způsobem se ještě ověří porovnáním instalovaného výkonu kotle nebo kotelny se součtem instalovaných výkonů všech otopných těles v otopné soustavě budovy.

7.5

Určení účinnosti kotlů

Účinnost kotle se zjišťuje přímou nebo nepřímou metodou (stanovení účinnosti výroby tepelné energie v kotlích). Přímá metoda zjišťování účinnosti účinnosti výroby tepelné energie v kotlích spočívá ve stanovení poměru tepelné energie vyrobené v kotli a energie paliva spáleného v kotli, ve stejném časovém úseku.

ηv =

Qv ⋅100 Qp

(7.2)

Legenda: Qv (kWh)

tepelná energie vyrobená v kotli

Qp (kWh)

energie paliva spáleného v kotli

Nepřímá metoda zjišťování účinnosti kotle spočívá ve stanovení jednotlivých ztrát podle ČSN 070305 - Hodnocení kotlových ztrát z 11. března 1983. Dílčí ztráty jsou: -

ztráta hořlavinou v tuhých zbytcích,

-

ztráta hořlavinou ve spalinách,

-

ztráta fyzickým teplem tuhých zbytků,

-

ztráta citelným teplem spalin (komínová ztráta),

-

ztráta teplem chladící vody,

-

ztráta sdílením tepla do okolí.

U kotlů na plynná či kapalná paliva s výkonem do 2,5 (MW) se určuje pouze komínová ztráta (ztráta citelným teplem spalin), ostatní ztráty se jednoduše uvažují 4 (%).

ηv = 100 − η k − 4

(7.3)

Legenda: ηv (%)

účinnost výroby tepelné energie v kotli

ηk (%)

ztráta citelným teplem spalin

ηk = K

θ k − θ vz ωCO 2

(7.4)

54/92


Legenda: K (-)

koeficient pro ZP = 0,48; pro LTO = 0,58; pro TTO = 0,60

θk (K, °C)

teplota spalin

θvz (K, °C)

teplota vzduchu vstupujícího do kotle

ωCO2 (obj. %)

naměřený obsah CO2 ve spalinách

V případě, že ωCO2 nelze měřit přímo, lze hodnotu určit na základě měření obsahu O2 ve spalinách ωO2.

ωCO 2 =

ωCO 2 max α

(7.5)

kde

α=

21 21 − ωO 2

(7.6)

Legenda: ωCO2 max (obj. %)

obsah CO2 ve spalinách při teoretickém spalování; pro ZP = 11,9; pro LTO = 15,6; pro TTO = 16,0

ωO2 (obj. %)

naměřený obsah O2 ve spalinách

α (-)

přebytek vzduchu ve spalinách

7.6

Případová studie

V tabulce 7.3 jsou uvedeny naměřené a vypočtené hodnoty kotle na ZP, viz obrázek 7.1.

Obrázek 7.1 Měřené kotle na ZP

55/92


Tabulka 7.3 Stanovení ztrát a účinnosti kotle nepřímou metodou Parametr

Hodnota

ωO2 (%) - měřený parametr

6,3

Teplota spalin (°C) - měřený parametr

53,8

Teplota vzduchu (°C) - měřený parametr

25,3

Teplota topné vody (°C) - měřený parametr

52,1

α (-)

1,43

ωCO2 (%)

8,33

ηk (%)

1,64

Účinnost spalování (%)

94,4

Podmínky

sonda umístěna v kouřovodu za kotlem

56/92


8 Modul 5 - Energetický posudek 8.1

Rozsah a obsah energetického auditu a energetického posudku

Energetický posudek musí splňovat formální náležitosti, které jsou uvedeny ve Vyhlášce č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku. Energetický posudek musí obsahovat: a) titulní list, b) účel zpracování (podle § 9a zákona 406/2000), c) identifikační údaje, d) stanovisko energetického specialisty oprávněného zpracovat energetický posudek, e) evidenční list energetického posudku (vzor pro jednotlivé případy je uveden v příloze č. 7), f)

kopii dokladu o vydání oprávnění.

(3) Stanovisko energetického specialisty obsahuje v závislosti na účelu energetického posudku podle § 9a zákona a) stanovení výsledků a podmínek proveditelnosti v případě zpracování energetického posudku podle § 9a odst. 1 písm. a), b), c) a d) a § 9a odst. 2 písm. a) zákona, b) vyhodnocení plnění parametrů v případě zpracování energetického posudku podle § 9a odst. 1 písm. e) zákona, c) doporučená opatření v případě zpracování energetického posudku podle § 9a odst. 2 písm. b) zákona, d) vyhodnocení podkladů v případě zpracování energetického posudku podle § 9a odst. 2 písm. c) zákona, e) vyhodnocení provedených opatření v případě zpracování energetického posudku podle § 9a odst. 2 písm. d) zákona, f) vyhodnocení dosahování limitů v případě zpracování energetického posudku podle § 9a odst. 2 písm. e) zákona, g) závěrečný výrok o naplnění účelu energetického posudku. (4) Ekonomické vyhodnocení se provádí způsobem, který je uveden v příloze č. 5 k této vyhlášce. (5) Ekologické vyhodnocení se provádí způsobem, který je uveden v příloze č. 6 k této vyhlášce.

8.2

Energetické bilance

Eneretické bilance lze hodnotit: -

na základě vypočtených hodnot, v případě nové výstavby,

-

na základě skutečně spotřebované energie u původní výstavby, součástí musí být fakturované spotřeby energií, alespoň za poslední 3 roky.

57/92


8.3

Úsporná opatření ke snížení energetické náročnosti

V tabulce 8.1 jsou uvedena typická opatření, vedoucí ke snížení energetické náročnosti.

Tabulka 8.1 Typická opatření, vedoucí ke snížení energetické náročnosti Opatření

Poznámka

Zateplení svislých obvodových konstrukcí, střechy, podlahy, popřípadě konstrukcí, sousedící s nevytápěným prostorem

Na doporučované hodnoty součinitele prostupu tepla podle ČSN 730540-2:2011

Výměna původního zdroje za zdroj s vyšší účinností

Například kotel na ZP nahrazen kondenzačním kotlem na ZP

Výměna původního zdroje za jiný zdroj

Například kotel na tuhá fosilní paliva nahrazen tepelným čerpadlem

Instalace jiných technických systémů

Například řízené větrání s rekuperací tepla

Instalace alternativních systémů

- místní systém dodávky energie využívající energii z obnovitelných zdrojů, - kombinovaná výroba elektřiny a tepla, - soustava zásobování tepelnou energií, -

tepelné čerpadlo.

Veškerá opatření se musí hodnotit po stránce:

8.4

-

technické (jedná se o analýzu proveditelnosti opatření),

-

ekonomické,

-

ekologické.

Ekonomické vyhodnocení navržených opatření

V energetickém posudku se hodnotí: -

prostá doba návratnosti,

-

reálná doba návratnosti,

-

čistá současná hodnota (NPV),

-

vnitřní výnosové procento (IRR).

58/92


8.4.1

Prostá doba návratnosti

Prostá doba návratnosti je dána vztahem:

t=

I ∆N

(8.1)

Legenda: t (roky)

prostá doba návratnosti

I (Kč)

investiční náklady

∆N (Kč/rok)

provozní úspora (snížení provozních nákladů)

8.4.2

Reálná doba návratnosti

Reálná doba návratnosti je určena podmínkou: td

∆N

t =1

(1 + r )

Σ

t

−I =0

(8.2)

Legenda: td (roky)

reálná doba návratnosti

r (%)

diskont

8.4.3

Čistá současná hodnota (NPV)

Čistá současná hodnota NPV (tis. Kč/rok), je dána vztahem: tž

∆N

t =1

(1 + r )

NPV = Σ

t

−I =0

(8.3)

Legenda: předpokádaná doba životnosti či doba hodnocení opatření

tž (roky)

8.4.4

Vnitřní výnosové procento (IRR)

Vnitřní výnosové procento IRR (%) je určeno podmínkou: tž

∆N

t =1

(1 + IRR )

Σ

t

−I =0

(8.4)

59/92


8.5

Enviromentální vyhodnocení navržených opatření

Ekologické vyhodnocení se provádí z globálního hlediska. Výjimku tvoří případ, kdy zadavatel požaduje lokálního vyhodnocení.

8.5.1

Emise CO2

V tabulce 8.2 jsou uvedeny všeobecné emisní faktory CO2. Tabulka 8.2 Všeobecné emisní faktory CO2 Palivo

Emisní faktor (t CO2/MWh výhřevnosti paliva)

HU

0,36

ČU

0,33

TTO

0,27

LTO

0,26

ZP

0,20

Biomasa

0,0

EE

1,17

Výpočet emisí CO2 je dán vztahem:

ECO 2 = m p ⋅ H ⋅ eCO 2 ⋅ (1 − n )

(8.5)

Legenda: ECO2 (t CO2)

emise CO2

mp (t)

hmotnost paliva

H (J/m3,J/kg, J/l)

výhřevnost paliva

eCO2 (t CO2/MWh výhřevnosti paliva)

emisní faktor CO2

n (-)

nedopal, viz tabulka 8.3

Tabulka 8.3 Doporučené hodnoty pro nedopal Palivo

nedopal (%)

tuhé

0,02

kapalné

0,01

60/92


plynné

0,005

domácí kamna

0,05

8.5.2

Emise ostatních látek

Emise ostatních znečišťujících látek se stanoví: -

měřením,

-

podle Zákona č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší

-

případně energetickým specialistou, zná-li konkrétní údaje zařízení, navrženého k realizaci.

61/92


9 9.1

Modul 6 - Nízkoenergetická a pasivní výstavba Tepelně technické výpočty pro návrh nízkoenergetických a pasivních staveb

V následující tabulce jsou uvedeny hodnocené parametry, a které je u pasivní výstavby třeba splnit: Tabulka 9.1 Splnění požadovaných parametrů u pasivní výstavby - souhrnné údaje Prostup tepla 1a

Součinitel prostupu tepla všech jednotlivých konstrukcí na systémové hranici

1b


Kvalita vzduchu a tepelná ztráta výměnou vzduchu 2

Přívod čerstvého vzduchu do všech pobytových místností

3

Účinnost zpětného získávání tepla z odváděného vzduchu

4

Neprůvzdušnost obálky budovy

Zajištění pohody prostředí v letním období 5

Nejvyšší teplota vzduchu v pobytové místnosti

Potřeba tepla na vytápění 6

Měrná potřeba tepla na vytápění

Potřeba primární energie 7

Potřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů na vytápění, přípravu TV a technické systémy budovy

V tabulce 9.2 jsou uvedeny detaily k jednotlivým parametrům. Tabulka 9.2 Splnění požadovaných parametrů u pasivní výstavby - detaily Jev, veličina

Ozn.

Jedn.

Pož.

Způsob prokázání

W/m2K

Splnění požadavků na dop. hodnoty

ČSN 73 05402:2011

Uem < 0,22

Výpočet v souladu s ČSN 73 0540-2

Poznámka

Prostup tepla

1a

Součinitel prostupu tepla všech jednotlivých konstrukcí na systémové hranici

1b


U

Uem

W/m2K

Podle konkrétních podmínek se doporučuje Uem < 0,15 – 0,18

62/92


Tabulka 9.2 Splnění požadovaných parametrů u pasivní výstavby - detaily (pokračování) Jev, veličina

Ozn.

Jedn.

Pož.

Způsob prokázání

Poznámka

Kvalita vzduchu a tepelná ztráta výměnou vzduchu

2

Přívod čerstvého vzduchu do všech pobytových místností

3

Účinnost zpětného získávání tepla z odváděného vzduchu

4

Neprůvzdušnost obálky budovy

-

Φ

n50

-

%

Zajištěn .

Kontrola projektové dokumentace, slovní hodnocení.

Φ < 75

Podle ověřených podkladů výrobce technického zařízení (rekuperátoru)

V energ. bilančních výpočtech snížit o 10 proc.bodů

Měření metodou tlakového spádu a výpočet n50 v souladu s ČSN EN 13 829

1/h

Zajištění pohody prostředí v letním období 5

Nejvyšší teplota vzduchu v pobytové místnosti

θi

°C

< 27

Výpočet podle ČSN 73 05404

Strojní chlazení se nepředpokládá

Výpočet podle ČSN EN ISO 13790 a dalších norem, upřesněni podle TNI 73 0331

Doporučená hodnota: < 15

Měrná potřeba tepla na vytápění

EA

kWh/m2a

6

< 20

PEA

kWh/m2a

Potřeba tepla na vytápění

< 60

Potřeba primární energie

7

Potřeba primární energie z neobnovitelných zdrojů na vytápění, přípravu TV a technické systémy budovy

63/92


Veškeré výpočetní postupy probíhají v souladu s platnými předpisy, tak, jak byly uvedeny v kapitole 5 - Energetická náročnost budov - průkaz energetické náročnosti.

9.2

Vnitřní zařízení nízkoenergetických a pasivních staveb

Pro splnění požadavku, v tabulce 9.1, označeném 2, 3, 6, popřípadě 7, je nezbytnou součástí systém řízeného větrání s rekuperací tepla. Výhody:

- snížení provozních nákladů na vytápění - dosažení kvality vnitřního prostředí

Nevýhody

- investiční náklady - náklady na pomocnou energii (pohon ventilátorů)

Schéma řízeného větrání s rekuperací tepla je na obrázku 9.1. Teplotní faktor výměníku je určen následujícím vztahem:

θ e´ − θ e Φ= θi − θ e

(9.1)

V tabulce 9.1 je vidět podíl tepelných ztrát v případě, že obálka budovy svými tepelnětechnickými parametry splňuje požadavky na pasivní budovu, v prvním případě se však jedná o objekt bez řízeného větrání s rekuperací tepla, při výměně vzduchu n = 0,5 (-/h). Tabulka 9.1 Podíl tepelných ztrát u přirozeného a řízeného větrání s rekuperací tepla Přirozené větrání

Řízené větrání

Celková tepelná ztráta (kW)

5,5

2,9

Prostupem

2,0

2,0

Větráním

3,5

0,9

Konstrukce

Podíly TZ

64/92


9.3

Princip teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla

Na obrázcích 9.1 a 9.2 je znázorněn princip teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla.

Obrázek 9.1 Schéma řízeného větrání s rekuperací tepla

Obrázek 9.2 Schéma teplovzdušného vytápění s rekuperací tepla Rozdíl mezi řízeným větráním s rekuperací tepla a teplovzdušným vytápěním s rekuperací tepla je následující: Teplovzdušné vytápění -

zajišťuje hygienickou výměnu vzduchu,

-

kryje tepelné ztráty objektu.

Řízené větrání zajišťuje pouze hygienickou výměnu vzduchu.

65/92


9.4 9.4.1

Výhody a nevýhody teplovzdušného vyt. a řízeného větrání s rekuperací tepla Teplovzdušné vytápění s rekuperací tepla

Výhody:

Nevýhody:

9.4.2

kvalitní vnitřní mikroklima (filtrace venkovního vzduchu),

-

větrání v letním období (popř. i vychlazování vnitřního prostoru),

-

možnost rozvodu tepla z doplňkového zdroje (krbová kamna) po celém objektu (částečně),

-

úspora dílčí dodané energie na vytápění (rekuperace tepla).

-

prostorová náročnost (velikost VZT jednotky, vedení potrubních rozvodů),

-

mechanické součástky v jednotce (ventilátory a s tím i související hlučnost),

-

investiční náročnost,

-

v koupelnách doplňkové tepelné zdroje,

-

konstantní vnitřní teplota v celém teplovzdušně vytápěném objektu,

-

významná spotřeba dílčí dodané energie na dopravu vzduchu.

Rízené větrání s rekuperací tepla

Výhody:

Nevýhody:

9.5

-

-

kvalitní vnitřní mikroklima (filtrace venkovního vzduchu),

-

úspora dílčí dodané energie na vytápění (rekuperace tepla).

-

investiční náročnost,

-

prostorová náročnost (velikost VZT jednotky, vedení potrubních rozvodů),

-

spotřeba dílčí dodané energie na dopravu vzduchu.

Ekonomika nízkoenergetické a pasivní výstavby a vliv na ŽP

Ekonomické a ekologické parametry nízkoenergetické a pasivní výstavby lze hodnoti v souladu s Vyhláškou č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov a Vyhláškou č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku.

66/92


10 Alternativní zdroje energie Podle vyhlášky 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov, se alternativními zdroji rozumí: -

místní systém dodávky energie využívající energii z obnovitelných zdrojů,

-

kombinovaná výroba elektřiny a tepla,

-

soustava zásobování tepelnou energií,

-

tepelné čerpadlo.

Mezi obnovitelné zdroje, podle Zákona č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, patří energie obnovitelné nefosilní přírodní zdroje energie, jimiž jsou energie větru, energie slunečního záření, geotermální energie, energie vody, energie půdy, energie vzduchu, energie biomasy, energie skládkového plynu, energie kalového plynu z čistíren odpadních vod a energie bioplynu.

10.1 Solární soustavy Hodnocení solárních tepelných soustav, jejichž přínosy jsou obecně závislé na řadě okrajových podmínek, od vlastní potřeby tepla v konkrétní aplikaci a využitelnosti produkované energie pro její krytí, přes parametry použitých solárních kolektorů, tepelné ztráty zásobníků a rozvodů potrubí kolektorového okruhu, nastavení regulačních parametrů až po klimatické údaje, sklon a orientaci solárních kolektorů. Běžná projekční i auditorská praxe se s ohledem na složitost, časovou náročnost zvládnutí simulačních programů, které se pro bilanční výpočty používají, uchyluje ke zjednodušeným metodám výpočtu. Příkladem je měsíční zjednodušená bilanční metoda, normalizovaná jako TNI 73 0302, která nabízí „komfort“ zadání parametrů pouze solárního kolektoru (křivka účinnosti kolektoru a plocha apertury) a zbylé údaje jsou uvažovány jen paušálními hodnotami, konstantními v průběhu roku. Od července 2007 je v souboru evropských norem pro hodnocení energetické náročnosti budov zahrnuta EN 15316-4-3 určená pro hodnocení solárních tepelných soustav měsíční metodou. Pro širší použití v ČR stála norma od počátku zavedení v pozadí z několika důvodů. Tím prvním důvodem je předpoklad znalostí projektantů v oblasti teorie solárních kolektorů pro použití normy pro výpočet přínosů, ať již jde o vyjadřování křivky účinnosti kolektoru, správné chápání charakteristiky modifikátoru úhlu dopadu či význam neobvyklého slučování tepelné ztráty kolektoru a rozvodu do jediného parametru. Druhým důvodem je náročnost na použití řady vstupních údajů pro výpočet, které často projektant nemá od výrobce k dispozici, jako jsou střední roční hodnota modifikátoru úhlu dopadu kolektoru či měrný tepelný výkon solárního výměníku. V neposlední řadě jsou zde i nestandardní a těžko uchopitelné zadávané vstupní údaje, číselně vybočující z běžně uvažovaných mezí, např. používání referenční teploty soustavy v hodnotách nad 100 °C či používání průměrných hodnot slunečního ozáření za 24 hodin (včetně noci). Z výše uvedeného vyplývá, že zjednodušená metoda podle TNI 73 0302 je pro bilanční hodnocení příznivější (jednodušší), výsledky jsou dostatečně přesné.

67/92


10.1.1 Zjednodušená bilanční metoda (TNI 73 0302) Jedná se o postup energetického hodnocení solárních soustav, který vede ke stanovení ročních tepelných zisků solární soustavy na základě porovnání teoreticky využitelných tepelných zisků solárních kolektorů a potřeby tepla, která má být kryta v jednotlivých měsících. Výpočtový postup je založen na bilanci potřeby tepla v dané aplikaci včetně tepelných ztrát, tepla dodaného solárními kolektory, tepelných ztrát solární soustavy a využitelnosti solárního tepla v dané aplikaci. Výpočtový postup v TNI 73 0302 je určen pro tři základní typy solárních soustav: -

solární soustavy pro přípravu teplé vody,

-

kombinované solární soustavy pro přípravu teplé vody a vytápění,

-

solární soustavy pro ohřev bazénové vody.

Výpočet založený na energetické bilanci využitelných měsíčních tepelných zisků solárních soustav je sice fyzikálně zřetelný, nicméně je do značné míry zjednodušený: -

střední teplota v kolektorech je v celém roce uvažována jako konstantní hodnota - neuvažuje se vliv poměru mezi tepelnými zisky instalované plochy kolektorů, velikostí zásobníku a odběrem tepla v jednotlivých měsících na provozní teplotu v kolektorech,

-

tepelné ztráty solární soustavy se zahrnují paušální srážkou ze zisků neuvažuje se skutečná úroveň tepelné izolace solárního zásobníku a rozvodů, předpokládá se kvalitní tepelně izolační standard,

-

vliv optických charakteristik kolektoru (modifikátor úhlu dopadu) je paušálně zjednodušen v korekci celkových zisků kolektoru - nelze hodnotit solární soustavy s orientací kolektorů mimo rozsah 45° od jihu,

-

nezohledňuje se velikost akumulačního zásobníku a nelze tedy vyhodnotit soustavy s extrémně malou nebo velkou plochou kolektorů, ale pouze v rozsahu solárního pokrytí přibližně od 30 do 75 %.

Výhodou zjednodušené bilanční metody je minimum potřebných vstupních informací: pouze parametry solárního kolektoru (křivka účinnosti kolektoru a plocha apertury), potřeba tepla v měsíčním rozlišení a měsíční klimatické údaje. 10.1.2 Výpočtový postup Výpočtový postup pro stanovení energetických zisků solárních tepelných soustav je založen na bilanci potřeby tepla v dané aplikaci včetně tepelných ztrát, tepla dodaného solárními kolektory, tepelných ztrát solární soustavy a využitelnosti solárního tepla pro krytí potřeby tepla v dané aplikaci. Výpočtový postup je charakterizován: -

zjednodušeným zohledněním optické charakteristiky kolektoru,

-

uvažováním konstantní střední teploty v kolektorech v celém roce,

-

započtením tepelných ztrát solární soustavy konstantní srážkou ze zisků v celém roce.

68/92


Okrajovými podmínkami výpočtu jsou údaje o provozních parametrech soustav a jednotné klimatické údaje (teplota, vlhkost, sluneční ozáření, dávka slunečního ozáření), bez ohledu na skutečné místní podmínky instalace. Výpočet nezohledňuje velikost akumulačního zásobníku a neumožňuje tedy vyhodnotit soustavy s extrémně malou nebo extrémně velkou plochou kolektorů. Výpočtový postup nemůže nahradit detailní výpočetní metody či výpočty v pokročilých simulačních programech s krokem kratším než hodina, zohledňující dynamické chování solárních soustav a využívající validované simulační modely prvků soustavy (kolektor, zásobník, výměník atd.). Měsíční teoreticky využitelný tepelný zisk ze solární soustavy Qk,u v (kWh/měs) je dán vztahem

Qk,u = 0,9 ⋅ ηk ⋅ HT ⋅ A k ⋅ (1 − p)

(10.1)

Legenda: ηk (-)

střední měsíční účinnost solárního kolektoru

HT (kWh/m2.měs) 2

měsíční dávka slunečního ozáření (tabulková hodnota)

Ak (m )

plocha solárních kolektorů

p (-)

hodnota srážky z tepelných zisků solárních kolektorů vlivem tepelných ztrát solární soustavy (rozvody, solární zásobník)

Hodnota srážky p z tepelných zisků solárních kolektorů vlivem tepelných ztrát solární soustavy se pro typické případy vypočítá podle následujících rovnic: bazén, ohřev bazénové vody

p = 0,01

(10.2)

příprava teplé vody

p=

A 0,26 + 100 k Ak Qp,c

(10.3)

příprava teplé vody a vytápění

p=

( tSV ⋅ Qp,TV + t w1,N ⋅ Qp,VYT ) A 0,26 + 100 k + 0,002 Ak Qp,c Qp,c

(10.4)

Legenda: Qp,c (kWh/rok)

celková roční potřeba tepla v dané aplikaci pro krytí solární soustavou,

Qp,TV (kWh/rok)

roční potřeba tepla na přípravu teplé vody

Qp,VYT (kWh/rok)

roční potřeba tepla na vytápění

tw1,N (°C)

návrhová teplota přívodní otopné vody otopné soustavy

69/92


Střední měsíční účinnost ηk solárního kolektoru se stanoví z rovnice křivky účinnosti

ηk = η0 − a1 ⋅

t k,m − t e,s GT,m

− a2

(t ⋅

k,m

− t e,s )

2

(10.5)

GT,m

Legenda: GT,m (W/m2)

střední denní sluneční ozáření uvažované plochy solárních kolektorů

tk,m (°C)

střední teplota teplonosné kapaliny v solárních kolektorech v průběhu dne

te,s (°C)

střední venkovní teplota v době slunečního svitu

η0 (-)

účinnost solárního kolektoru při nulových tepelných ztrátách, „optická“ účinnost kolektoru

a1 (W/m2K) 2

lineární součinitel tepelné ztráty kolektoru

2

a2 (W/m K )

kvadratický součinitel tepelné ztráty kolektoru

Parametry rovnice křivky účinnosti solárního kolektoru vztažené k ploše apertury solárního kolektoru, tzn. hodnotu „optické“ účinnosti η0, lineárního součinitele tepelné ztráty a1 ve W/(m2⋅K) a kvadratického součinitele tepelné ztráty kolektoru a2 ve W/(m2⋅K2), by měl poskytnout výrobce nebo dodavatel kolektoru, případně zkušebna nebo certifikační orgán jako součást protokolu o zkoušce tepelného výkonu podle ČSN EN 12975-2 nebo ČSN EN ISO 9806. Součinitele křivky účinnosti solárního kolektoru η0, a1 a a2 musí být vztaženy ke stejné ploše solárního kolektoru Ak, jako je použita při výpočtu (hrubá plocha, plocha apertury). Hodnota střední teploty teplonosné kapaliny tk,m se uvažuje celoročně konstantní a stanoví se podle následujících rovnic podle typu solární soustavy: ohřev bazénové vody (venkovní bazén)

t k,m = 30 °C

ohřev bazénové vody (vnitřní bazén)

t k,m = 35 °C

příprava teplé vody

t k,m = 25 + 11000 ⋅

Ak Qp,c

(10.6)

příprava teplé vody a vytápění

t k,m = 35 + 8000 ⋅

Ak + 0,2 ⋅ ( t w1,N − 35 ) Qp,c

(10.7)

Legenda: Qp,c (kWh/rok)

roční potřeba tepla v aplikaci (na přípravu teplé vody a vytápění) pro krytí solární soustavou

70/92


tw1,N (°C)

návrhová teplota přívodní otopné vody otopné soustavy

Využité zisky solární soustavy Qss,u v kWh/měs, pokrývající měsíční potřebu tepla v dané aplikaci, se vyjádří jako průnik celkové potřeby tepla a teoreticky využitelných tepelných zisků solární soustavy. Matematicky vyjádřeno, jedná se o stanovení minimální hodnoty z teoretických tepelných zisků solární soustavy a celkové potřeby tepla v jednotlivých měsících

Qss,u = min ( Qk,u ;Qp,c )

(10.8)

Celkové roční využitelné tepelné zisky solární soustavy v kWh/rok se stanoví jako součet měsíčních hodnot. Ze stanovených ročních využitelných zisků je možné určit měrné roční využité tepelné zisky jako XII

qss,u =

∑Q

ss,u

I

(10.9)

Ak

Měrné roční využité zisky solární tepelné soustavy qss,u v kWh/(m2·rok) se používají jako ukazatel pro posouzení úspory energie, emisí či provozních nákladů z 1 m2 plochy instalovaných solárních kolektorů. Solární podíl f vyjádřený v %, tj. procentní pokrytí potřeby tepla v dané aplikaci tepelnými zisky solární soustavy v daném období, se stanoví z měsíčních a ročních hodnot využitých tepelných zisků solární soustavy Qss,u a celkové potřeby tepla Qp,c podle vztahu

f = 100

Qss,u Qp,c

(10.10)

10.2 Hodnocení provozu tepelných čerpadel Jako podklad k energetickému, ekologickému a ekonomickému hodnocení nerealizovaných soustav s elektricky poháněnými tepelnými čerpadly je nezbytné správně vyhodnotit energetické přínosy dané instalace výpočtem. Potřeba elektrické energie soustavy s tepelným čerpadlem není závislá pouze na kvalitě navrženého tepelného čerpadla, ale také na tepelné soustavě, do které je integrováno (teplotní charakteristiky), navrženého bodu bivalence tepelného čerpadla či poměru mezi teplem dodaným pro přípravu teplé vody a pro vytápění. Existuje řada přístupů pro hodnocení soustav s teplenými čerpadly, od velmi jednoduchých korelačních metod s využitím korekčních faktorů pro nominální topný faktor po detailní simulace s hodinovým krokem.

71/92


10.3

Korelační metoda (TNI 73 0331)

Pro srovnávání efektivity tepelných čerpadel různých výrobců se používá jmenovité hodnoty topného faktoru COPN při definovaných podmínkách: - vzduch-voda A2/W35, - země-voda B0/W35, - voda-voda W10/W35. Tyto topné faktory a příslušné výkony udávají výrobci, bohužel často jako jediné, ve své technické specifikaci. V dobře navržené integraci tepelného čerpadla do budovy se v režimu vytápění může topný faktor nakonec okolo jmenovité hodnoty pohybovat. Nicméně, tepelné čerpadlo může častěji pracovat při diametrálně odlišných podmínkách, zejména při kombinaci s přípravou teplé vody nebo při nevhodné integraci do vysokoteplotní otopné soustavy. Velmi jednoduchým způsobem jak přibližně stanovit reálný roční topný faktor tepelného čerpadla z korelace se jmenovitou hodnotou v závislosti na návrhových teplotách otopné vody a připravované teplé vody uvádí TNI 73 0331. Korekční součinitele na topný faktor jsou uvedeny v tabulkách 10.2 a 10.3. Roční provozní topný faktor se stanoví podle vztahu

COProk = f ⋅ COPN

(10.11)

Legenda: COPN (-)

jmenovitý topný faktor tepelného čerpadla při jmenovitých podmínkách stanovený podle ČSN EN 14511-2

f (-)

součinitel ročního provozu tepelného čerpadla, který se stanoví podle tabulky 10.2 pro vytápění (fH,COP) a tabulky 10.3 pro systémy přípravy teplé vody (fW,COP).

Tabulka 10.1 Typické jmenovité hodnoty COPN pro tepelná čerpadla Druh tepelného čerpadla Zemina/voda (solanka/voda)

Podmínky COPN Zdroj energie / Odvod energie (°C / °C) 0 / 35

4,3

10 / 35

5,1

2 / 35

3,1

Spodní voda/voda (voda/voda) Venkovní vzduch/voda

72/92


Hodnoty fH,COP a fW,COP jsou vztaženy k teplotním podmínkám uvedeným v tab. 2.1. Pokud nejsou známy hodnoty COPN při uvedených podmínkách, nelze hodnoty z tab. 2.2 a 2.3 použít. Tabulka 10.2 Součinitel ročního provozu tepelného čerpadla fH,COP pro vytápění Návrhová výstupní teplota Vzduch-voda

Země-voda

Voda-voda

otopné vody (°C) fH,COP (-) 35

1,02

1,07

1,00

45

0,93

0,94

0,89

55

0,83

0,81

0,76

Tabulka 10.3 Součinitel ročního provozu tepelného čerpadla fW,COP pro přípravu teplé vody Požadovaná teplota teplé vody

Vzduch-voda

Země-voda

Voda-voda

(°C) fW,COP (-) 40

0,94

0,86

0,80

50

0,77

0,66

0,61

60

0,60

0,45

0,42

10.3.1 Intervalová metoda (TNI 73 0351) Výpočtové hodnocení provozu soustav s tepelnými čerpadly vychází z tzv. intervalové metody přejaté normou ČSN EN 15316-4-2. Metoda využívá údajů o teplotě venkovního vzduchu pro danou lokalitu (teplotní charakteristika) v podobě výpočtových teplotních intervalů v dostatečném rozlišení (1 K) charakterizovaných střední teplotou vzduchu a dobou trvání. Pro střední teplotu venkovního vzduchu v každém výpočtovém intervalu jsou bilancovány: -

potřeba tepla pro vytápění a přípravu teplé vody,

-

provozní podmínky a odpovídající charakteristiky tepelného čerpadla (tepelný výkon, topný faktor),

-

teplo dodané tepelným čerpadlem,

-

teplo dodané doplňkovým ohřívačem,

73/92


-

potřeba elektrické energie pro tepelné čerpadlo,

-

doba provozu tepelného čerpadla,

-

potřeba pomocné elektrické energie.

Výsledkem výpočtu jsou roční provozní parametry soustavy s tepelným čerpadlem, tzn. teplo dodané do tepelné soustavy vytápění a přípravy teplé vody tepelným čerpadlem a doplňkovým (záložním) ohřívačem, potřeba elektrické energie pro pohon tepelného čerpadla a celková efektivita provozu soustavy s tepelným čerpadlem, včetně zahrnutí pomocné energie, vyjádřená sezónním (ročním) topným faktorem soustavy SPF (seasonal performance factor). 10.3.2 Klimatické údaje Požadovanými klimatickými údaji pro hodnocení soustavy s tepelným čerpadlem je jednotná teplotní charakteristika (roční četnost teplot venkovního vzduchu, tzn. počet hodin trvání jednotlivých teplotních intervalů) bez ohledu na skutečné místní podmínky instalace. Příklad teplotní charakteristiky pro měsíce leden a červenec je uveden na obrázku 10.1. V odůvodněných případech, např. pro hodnocení konkrétní instalace v konkrétní lokalitě, se připouští použití jiných klimatických údajů vycházejících z hodinových údajů pro místo instalace (referenční klimatický rok podle ČSN EN ISO 15927-4). Použití místně specifické teplotní charakteristiky musí být výslovně uvedeno.

Obrázek 10.1 Teplotní intervaly (četnost venkovních teplot) pro leden a srpen

10.3.3 Rozpočet potřeby tepla do intervalů Pro energetickou bilanci se využívá jako vstupní údaj hodnota potřeby tepla (vytápění, příprava teplé vody). Zde uvedený výpočtový postup nestanovuje potřebu tepla, kterou má krýt tepelné čerpadlo. Potřeba tepla na vytápění Qp,VYT vyplývá z energetického hodnocení budov při použitých klimatických podmínkách v otopném období. Pro určení roční nebo měsíční potřeby tepla na

74/92


vytápění lze využít řady metod, např. ČSN EN ISO 13790 nebo simulační výpočet matematickým modelem budovy. Roční nebo měsíční potřeba tepla na vytápění se pro jednotlivé výpočtové teplotní intervaly j otopného období rozdělí poměrovým přepočtem na základě příslušných hodinostupňů ve výpočtových teplotních intervalech podle vztahu:

DH j

Qp,VYT,j = Qp,VYT

DH

= Qp,VYT

τ j ⋅ ( t i − t em,j )

∑ τ j ⋅ ( ti − t em,j )

= Qp,VYT ⋅ fVYT,j

(10.12)

j

Legenda: Qp,VYT (kWh)

celková potřeba tepla na vytápění (roční nebo v jednotlivých měsících)

DHj (Kh)

počet hodinostupňů výpočtového teplotního intervalu j

DH (Kh)

počet hodinostupňů za otopné období (rok) nebo v jednotlivých měsících

τj (h)

doba trvání výpočtového teplotního intervalu j

tem,j (°C)

střední teplota v intervalu j

fVYT,j (-)

podíl z celkové potřeby tepla na vytápění (roční, měsíční) ve výpočtovém teplotním intervalu j

Potřeba tepla na přípravu teplé vody Qp,TV vyplývá z energetického hodnocení budov pro danou obsazenost a vybavenost budovy. Pro určení roční nebo měsíční potřeby tepla na přípravu teplé vody lze využít řady metod, např. soubor norem ČSN EN 15316-3, TNI 73 0302 nebo přímo měření na stávající budově. Roční nebo měsíční potřeba tepla na přípravu teplé vody se pro jednotlivé výpočtové teplotní intervaly j rozdělí poměrovým přepočtem na základě doby trvání výpočtových teplotních intervalů vzhledem k době trvání celého roku nebo jednotlivých měsíců podle vztahu:

Qp,TV,j = Qp,TV

τj

∑τ

= Qp,TV ⋅ fTV,j j

(10.13)

j

Legenda: Qp,TV (kWh)

celková potřeba tepla na přípravu teplé vody (roční nebo v jednotlivých měsících)

τj (h)


fTV,j (-)

podíl z celkové potřeby tepla na přípravu teplé vody (roční, měsíční) ve výpočtovém teplotním intervalu j

Potřeba tepla budovy rozpočítaná do jednotlivých teplotních intervalů na obr. 2.2 naznačuje, v jaké oblasti musí být tepelné čerpadlo efektivní především. Pro dosažení vysoké celoroční efektivity soustav s tepelnými čerpadly vzduch-voda nejsou zapotřebí tepelná čerpadla vysoce účinná při extrémně nízkých venkovních teplotách, ale tepelná čerpadla vysoce

75/92


účinná především v oblasti venkovních teplot od cca -2 do +13 °C, neboť právě v této oblasti pokrývají většinu potřeby tepla (65 až 75 %). U tepelných čerpadel země-voda je tento vliv úměrně snížen utlumením zemským masívem.

Obrázek 10.2 Rozložení potřeby tepla budovy během roku 10.3.4 Údaje o tepelném čerpadle Pro výpočet provozních charakteristik soustavy s tepelným čerpadlem je nezbytné mít k dispozici údaje o tepelném výkonu Φk a topném faktoru COP (coefficient of performance) tepelného čerpadla stanovené zkouškou v souladu s ČSN EN 14511 za podmínek: -

teplota na vstupu do výparníku tv1,

-

teplota na výstupu z kondenzátoru tk2.

Minimální počet údajů o tepelném výkonu a topném faktoru ze zkoušky podle ČSN EN 14511 pro tepelná čerpadla voda-voda je 5, pro tepelná čerpadla země-voda je 7 a pro tepelná čerpadla vzduch-voda je 12. Pro dosažení spolehlivějších výsledků je doporučeno mít k dispozici údajů více než je minimální počet. Je možné použít i údaje pro jiné teplotní podmínky tv1 a tk2, avšak v rozsahu dostatečně pokrývajícím celoroční provoz tepelného čerpadla. U tepelných čerpadel s venkovním vzduchem jako zdrojem tepla je nezbytné použít charakteristiky ze zkoušky podle ČSN EN 14511 zahrnující i odtávací cykly tepelného čerpadla. Pro vytvoření spolehlivé funkční závislosti výkonových charakteristik tepelného čerpadla na provozních podmínkách (teplota na vstupu do výparníku, teplota na výstupu z kondenzátoru) je nezbytné použít vhodnou funkci pro proložení souboru údajů, které má výrobce k dispozici podle tabulky 1. Zatímco pro tepelná čerpadla voda-voda a země-voda lze pro zjednodušení použít lineární závislost, u tepelných čerpadel vzduch-voda s výrazně nelineárními charakteristikami je nezbytné použít polynom vyššího řádu. Pro účely hodnocení provozního chování soustav s tepelnými čerpadly intervalovou metodou se doporučuje uvažovat např. funkční závislost:

76/92


2 P = A + B ⋅ t v1 + C ⋅ t k2 + D ⋅ t 2v1 + E ⋅ t k2 + F ⋅ t v1 ⋅ t k2

(10.14)

Legenda: P (-)

obecná výkonová charakteristika, např. výkon tepelného čerpadla Φk nebo topný faktor COP

tv1 (°C)

teplota na vstupu do výparníku

tk2 (°C)

teplota na výstupu z kondenzátoru.

Funkční závislost lze získat vícenásobnou lineární regresí jako standardním statistickým postupem.

10.3.5 Nízkopotenciální zdroj tepla Teplota nízkopotenciálního zdroje tepla během roku, tj. teplota na vstupu do výparníku tv1, ovlivňuje provozní efektivitu a výkon tepelného čerpadla. Pro výpočet provozních parametrů tepelného čerpadla v jednotlivých výpočtových teplotních intervalech je nezbytné stanovit odpovídající teplotu na výstupu ze zdroje tepla pro tepelné čerpadlo. Pro různé druhy zdroje tepla je v tabulce 10.4 uveden vztah pro určení teploty na vstupu do výparníku tv1 v souladu s ČSN EN 15316-4-2. Tabulka 10.4 Teplota nízkopotenciálního zdroje tepla pro výpočet Zdroj tepla

Teplota na vstupu do výparníku

Vzduch (venkovní)

tv1,j = tem,j

Spodní voda (čerpací studna)

tv1,j = průměrná roční teplota vzduchu

Zemský masiv

tv1,j = max (0 °C; min (0,15· tem,j + 1,5 °C; 4,5 °C))

77/92


Obrázek 10.3 Souvislost mezi teplotou na výstupu ze zemního vrtu a venkovní teplotou Teplota na vstupu do výparníku u tepelného čerpadla vzduch-voda je teplota venkovního vzduchu, a tedy střední teplota daného teplotního intervalu. U tepelného čerpadla odebírajícího teplo ze studniční vody lze použít celoročně konstantní teplotu vody na vstupu do výparníku. Teplota studniční vody odpovídá roční průměrné venkovní teplotě v dané oblasti. Zjednodušeně se uvažuje 10 °C. Pro tepelné čerpadlo země-voda se použije vztah uvedený v ČSN EN 15316-4-2 vztahující teplotu na vstupu do výparníku k venkovní teplotě:

t v1,j = max 0 °C;min ( 0,15 ⋅ t em,j + 1,5 °C;4,5 °C ) 

(10.15)

Jedná se o lineární závislost. Na obrázku 10.3 je uveden průběh teploty nemrznoucí kapaliny na výstupu ze zemního vrtu (na vstupu do výparníku tepelného čerpadla) v závislosti na venkovní teplotě. Z grafu je patrné, že teplota ze zemního vrtu na vstupu do výparníku přímo úměrně kolísá podle venkovní teploty. Lze to vysvětlit nepřímým vlivem venkovní teploty na potřebu tepla a tedy chod tepelného čerpadla. Čím nižší je venkovní teplota, tím větší je potřeba vytápět, tím déle běží tepelné čerpadlo, tím více se vychlazuje zemní vrt, tím nižší je provozní teplota na výstupu ze zemního vrtu do tepelného čerpadla. Sklon přímkové závislosti je samozřejmě daný dimenzováním zemního vrtu vůči potřebě tepla, u poddimenzovaných vrtů bude sklon strmější (rychlejší pokles teploty na výstupu z vrtů s venkovní teplotou), u předimenzovaných naopak pozvolnější. Vliv mají také vlastnosti zemského masívu (tepelná vodivost, tepelná kapacita). Norma ČSN EN 15316-4-2 udává pouze jednu standardizovanou závislost. 10.3.6 Pomocná zařízení Kromě elektrické energie pro pohon tepelného čerpadla je pro provoz soustavy s tepelným čerpadlem nezbytná pomocná elektrická energie na pohon zařízení, která nejsou součástí jednotky tepelného čerpadla, avšak zajišťují funkci soustavy tepelného čerpadla (oběhová čerpadla, regulace, ventily). U tepelných čerpadel zkoušených podle ČSN EN 14511 je pomocná elektrická energie pro překonání tlakových ztrát při proudění teplonosné látky výměníky tepelného čerpadla již zahrnuta ve vyhodnocení topného faktoru COP.

78/92


Ne všechna pomocná zařízení pracují ve všech režimech provozu, např. oběhové čerpadlo pro přednostní nabíjení zásobníku teplé vody pracuje pouze v režimu přípravy teplé vody a v režimu vytápění je vypnuto, zatímco oběhové čerpadlo zdroje tepla (např. zemní vrt) pracuje v obou režimech. Pro stanovení potřeby pomocné energie v jednotlivých výpočtových intervalech je nutné znát elektrické příkony všech pomocných zařízení v jejich pracovních bodech v obou provozních režimech (příprava teplé vody, vytápění). 10.3.7 Tepelná soustava Příprava teplé vody Pro přípravu teplé vody se určí teplota připravované teplé vody tTV. Teplota na výstupu z tepelného čerpadla pro každý výpočtový teplotní interval tk2,j v režimu přípravy teplé vody je dána vztahem

t k2,j = t TV + ∆t TV

(10.16)

Zvýšení teploty o ∆tTV zohledňuje teplotní rozdíl na výměníku tepla mezi přiváděnou otopnou vodou a připravovanou teplou vodou (zpravidla trubkový výměník v akumulačním zásobníku). Pro přípravu teplé vody bez využití cirkulace lze uvažovat ∆tTV = 0 K, pro přípravu teplé vody s cirkulací ∆tTV = 5 K. Vytápění Otopná soustava je teplotně charakterizována návrhovými teplotami přívodní a vratné otopné vody tw1,N / tw2,N a teplotním exponentem n převažujících otopných ploch v otopné soustavě. Na základě návrhových parametrů otopné soustavy lze stanovit pro každý výpočtový teplotní interval ekvitermní teplotu přívodní otopné vody tw1,j na základě střední teploty venkovního vzduchu ve výpočtovém intervalu tem,j podle vztahu: 1/m

t w1,j

t i − t em,j  t w1,N + t w2,N t −t   t i − t em,j  = t i + w1,N w2,N ⋅ + − t i  ⋅   2 t i − t e,N  2   t i − t e,N 

(10.17)

Legenda: ti (°C)

vnitřní teplota vzduchu

te,N (°C)

venkovní výpočtová teplota

tw1,N (°C)

návrhová teplota přívodní otopné vody

tw2,N (°C)

návrhová teplota vratné otopné vody

tem,j (°C)

střední teplota venkovního vzduchu ve výpočtovém intervalu

m (-)

teplotní exponent otopných ploch.

79/92


Požadovaná teplota otopné vody na výstupu z tepelného čerpadla tk2,j se v daném výpočtovém teplotním intervalu pro režim vytápění stanoví na základě teploty přívodní otopné vody tw1,j jako:

t k2,j = t w1,j + ∆t w

(10.18)

kde zvýšení teploty o ∆tw zohledňuje nabíjení uvažovaného nárazového zásobníku otopné vody nad požadovanou ekvitermní teplotu do otopné soustavy pro omezení cyklování tepelného čerpadla. Pro běžné podmínky lze uvažovat ∆tw = 2 K.

10.3.8 Výpočtový postup Určení teplotních intervalů a provozních podmínek Teplotní intervaly jsou určeny teplotní charakteristikou v ročním nebo měsíčním rozlišení. Pro účely bilancování provozu tepelných čerpadel je vhodné používat šířku teplotních intervalů 1 K a menší. Každý teplotní interval je určen střední teplotou venkovního vzduchu a dobou trvání v roce. Střední teplota intervalu tem,j je použita pro stanovení provozních podmínek tepelného čerpadla (teplota na vstupu do výparníku, teplota na výstupu z kondenzátoru). Bilance energie v intervalu V případě soustavy s tepelným čerpadlem pro kombinovanou přípravu teplé vody a vytápění má během roku zpravidla přednost krytí potřeby tepla na přípravu teplé vody. Výpočtový postup je dále vysvětlen pro tento případ. Pokud má v konkrétní instalaci přednost krytí potřeby tepla na vytápění, zamění se pořadí výpočtu. Režim přípravy teplé vody Pro každý výpočtový teplotní interval j se stanoví potřeba tepla na přípravu teplé vody QTV,j. Pro teplotu zdroje tepla tv1,j a teplotu otopné vody na výstupu z tepelného čerpadla tk2,j v soustavě přípravy teplé vody se z charakteristik tepelného čerpadla určí jeho tepelný výkon k,TV,j (tv1,j, tk2,j) a topný faktor COPTV,j (tv1,j, tk2,j) v režimu přípravy teplé vody. Dostupné teplo z tepelného čerpadla Qk,TV,j pro přednostní přípravu teplé vody v daném teplotním intervalu j je:

Qk,TV,j = Φk,TV,j ⋅ τ j (kWh)

(10.19)

Legenda:

Φk,TV,j (kW)

výkon tepelného čerpadla pro přípravy teplé vody v podmínkách teplotního intervalu j

τj (h)


Teplo dodané tepelným čerpadlem QTC,TV,j pro krytí potřeby tepla na přípravu teplé vody je minimální hodnotou z dostupného tepla QkTV,j a potřeby tepla Qp,TV,j v teplotním intervalu j:

Q TC, TV,j = min ( Qk,TV,j ;Qp,TV,j ) (kWh)

(10.20)

80/92


Doba provozu tepelného čerpadla τTC,TV,j v teplotním intervalu j v režimu přípravy teplé vody se stanoví ze vztahu:

τTC,TV,j =

Q TC,TV,j Φk,TV,j

(h)

(10.21)

Potřeba elektrické energie ETC,TV,j pro pohon tepelného čerpadla v režimu přípravy teplé vody v teplotním intervalu j se určí ze vztahu:

E TC,TV,j =

Q TC,TV,j COPTV,j

(kWh)

(10.22)

Potřeba pomocné elektrické energie Epom,TV,j soustavy s tepelným čerpadlem v režimu přípravy teplé vody se určí ze vztahu:

Epom, TV,j = Ppom,TV ⋅ τTC,TV,j (kWh)

(10.23)

Legenda: Ppom,TV (kW)

elektrický příkon pomocných zařízení pracujících v režimu přípravy teplé vody v jejich pracovním bodě

τTC,TV,j (h)

doba provozu tepelného čerpadla v teplotním intervalu j v režimu přípravy teplé vody

V případě, že v teplotním intervalu j je dostupné teplo z tepelného čerpadla v režimu přípravy teplé vody nižší než potřeba tepla na přípravu teplé vody, je nutné krýt zbývající potřebu tepla Qd,TV,j z doplňkového (záložního) ohřívače podle vztahu:

Qd,TV,j = Qp,TV,j − QTC,TV,j (kWh)

(10.24)

Režim vytápění Pro každý výpočtový teplotní interval j se stanoví potřeba tepla na vytápění QVYT,j. Pro teplotu zdroje tepla tv1,j a teplotu otopné vody na výstupu z tepelného čerpadla tk2,j v otopné soustavě se z charakteristik tepelného čerpadla určí jeho výkon Φk,VYT,j (tv1,j, tk2,j) a topný faktor COPVYT,j (tv1,j, tk2,j) v režimu vytápění. V případě kombinované přípravy teplé vody a vytápění, je přednostně část doby provozu a dostupného tepla z tepelného čerpadla vyhrazena režimu přípravy teplé vody. Proto je nutné pro stanovení dostupného tepla z tepelného čerpadla pro vytápění nejdříve určit pro výpočtový teplotní interval j zbývající dobu provozu tepelného čerpadla τk,VYT,j dostupnou pro režim vytápění:

τk,VYT,j = τ j − τTC,TV,j (h)

(10.25)

81/92


Dostupné teplo z tepelného čerpadla pro vytápění Qk,VYT,j za dobu trvání teplotního intervalu se potom stanoví ze vztahu:

Qk,VYT,j = Φk,VYT,j ⋅ τk,VYT,j (kWh)

(10.26)

Teplo dodané tepelným čerpadlem QTC,VYT,j pro krytí potřeby tepla na vytápění je minimální hodnotou z dostupného tepla Qk,VYT,j a potřeby tepla na vytápění Qp,VYT,j v teplotním intervalu j:

Q TC, VYT,j = min ( Qk,VYT,j ;Qp,VYT,j ) (kWh)

(10.27)

Doba provozu tepelného čerpadla τTC,VYT,j v teplotním intervalu j v režimu vytápění se stanoví ze vztahu:

τTC,VYT,j =

QTC,VYT,j Φk,VYT,j

(h)

(10.28)

Potřeba elektrické energie ETC,VYT,j pro pohon tepelného čerpadla v režimu vytápění v teplotním intervalu j se určí ze vztahu:

E TC,VYT,j =

Q TC, VYT,j COPVYT,j

(kWh)

(10.29)

Potřeba pomocné elektrické energie Epom,VYT,j soustavy s tepelným čerpadlem v režimu vytápění se určí ze vztahu:

Epom, VYT,j = Ppom,VYT ⋅ τTC,VYT,j (kWh)

(10.30)

Legenda: Ppom,VYT (kW)

elektrický příkon pomocných zařízení pracujících v režimu vytápění v jejich pracovním bodě

τTC,VYT,j (h)

doba provozu tepelného čerpadla v teplotním intervalu j v režimu vytápění

V případě, že v teplotním intervalu j je dostupné teplo z tepelného čerpadla v režimu vytápění nižší než potřeba tepla na vytápění, je nutné krýt zbývající potřebu tepla Qd,VYT,j z doplňkového (záložního) ohřívače podle vztahu:

Qd,VYT,j = Qp,VYT,j − QTC,VYT,j (kWh)

(10.31)

10.3.9 Výsledky pro hodnocení Výpočtový postup vede ke stanovení hlavních provozních parametrů popisujících celkovou energetickou bilanci soustavy s tepelným čerpadlem pro přípravu teplé vody a vytápění.

82/92


Sečtením hodnot jednotlivých veličin ze všech intervalů se stanoví roční, resp. měsíční výsledky. Roční nebo měsíční dodávka tepla QTC tepelným čerpadlem pro přípravu teplé vody a vytápění je:

Q TC = ∑ Q TC,TV,j + ∑ Q TC,VYT,j (kWh) j

j

(10.32)

Roční nebo měsíční potřeba elektrické energie ETC pro pohon tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody a vytápění je:

E TC = ∑ E TC,TV,j + ∑ ETC,VYT,j (kWh) j

j

(10.33)

Roční nebo měsíční potřeba pomocné elektrické energie Epom pro provoz tepelného čerpadla pro přípravu teplé vody a vytápění je:

Epom = ∑ Epom,TV,j + ∑ Epom,VYT,j (kWh) j

j

(10.34)

Roční nebo měsíční dodávka tepla Qd doplňkovým tepelným zdrojem (záložním ohřívačem) je:

Q d = ∑ Q d,TV,j + ∑ Qd,VYT,j (kWh) j

j

(10.35)

Roční nebo měsíční doba provozu τTC tepelného čerpadla je:

τTC = ∑ τTC,TV,j + ∑ τTC,VYT,j (h) j

j

(10.36)

Uvedené výsledné provozní parametry slouží jako podklad pro stanovení úspory primární energie tepelným čerpadlem, úspory emisí, případně ekonomických ukazatelů instalace tepelného čerpadla (úspora provozních nákladů, návratnost). Na základě výsledných parametrů lze stanovit navazující energetické ukazatele, např. roční pokrytí celkové potřeby tepla na přípravu teplé vody a vytápění teplem dodaným z tepelného čerpadla:

f=

QTC,TV + QTC,VYT Q TC (-) = Qp,TV + Qp,VYT Qp

(10.37)

dále sezónní topný faktor tepelného čerpadla:

SPFsys =

QTC + Q d (-) E TC + Epom + E d

(10.38)

83/92


nebo u soustav s tepelnými čerpadly s elektricky poháněnými kompresory celkový sezónní topný faktor celé soustavy:

SPFTC =

Q TC (-) E TC

(10.39)

Legenda: Ed (kWh)

potřeba doplňkové energie Qd ze záložního zdroje, pokud se jedná o elektrický ohřívač.

84/92


10.4 Literatura Dokumenty [1]

ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov - Požadavky, vč. navazujících norem

[2]

ČSN 73 0540-4 Tepelná ochrana budov - Výpočtové metody

[3]

ČSN EN ISO 10211 Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích - Tepelné toky a povrchové teploty - Podrobné výpočty

[4]

ČSN EN ISO 13370 Tepelné chování budov - Přenos tepla zeminou - Výpočtové metody

[5]

ČSN EN ISO 13790 Energetická náročnost budov - Výpočet potřeby energie na vytápění a chlazení

[6]

ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda

[7]

Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (odkaz na smlouvu o fungování EU, čl. 194)

[8]

Vyhláška č. 118/2013 Sb. o energetických specialistech

[9]

Vyhláška č. 193/2007 Sb. kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu

[10]

Vyhláška č. 193/2013 Sb. o kontrole klimatizačních systémů

[11]

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 a registrujícími dodávku tepelné energie, vč. změny 237/2014 Sb.

[12]

Vyhláška č. 194/2013 Sb. o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie

[13]

Vyhláška č. 441/2012 Sb. o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie

[14]

Vyhláška č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku

[15]

Vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov

[16]

Zákon č. 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší

[17]

Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií (vč. změn)

85/92


Výpočetní aplikace [18]

AREA 2011

[19]

ENERGIE 2014

[20]

SIMULACE 2011

[21]

TEPLO 2011

[22]

ZTRATY 2011

Internet [23]

www.mpo.cz

[24]

www.mpo-efekt.cz

[25]

www.mvcr.cz

[26]

www.sfzp.cz

[27]

www.tzb-info.cz

Pozn.: Obrázky byly převzaty ze soukromých archivů autorů

86/92


11 Příloha 1 - Vzor evidenčního listu energetického auditu

87/92


88/92


89/92


90/92


12 Příloha 2 - Grafická část průkazu ENB

91/92


92/92

No title

Recommend Documents