NOSNÉ OCELOVÉ KONSTRUKCE Z HLEDISKA UDRŽITELNÉHO ROZVOJE VE VÝSTAVBĚ ENERGIE NA PROVOZ

NOSNÉ OCELOVÉ KONSTRUKCE Z HLEDISKA UDRŽITELNÉHO ROZVOJE VE VÝSTAVBĚ ENERGIE NA PROVOZ

Nosné ocelové konstrukce z hlediska udržitelného rozvoje ve výstavbě EUROPEAN CONVENTION FOR CONSTRUCTIONAL STEELWORK • CONVENTION EUROPEENNE DE LA CONSTRUCTION METALLIQUE • EUROPÄISCHE KONVENTION FÜR STAHLBAU

Obsah – – – –

Úvod Poloha objektu Výpočet spotřeby energie Postup kvantifikace spotřeby

– Referenční jednotka (EN 15265:2007) – Referenční byt (úpravou EN 15265:2007) – Studie bytového objektu

12/10/2014

2


Úvod Postup výpočtu byl připraven v rámci projektu RFCS

SB_Steel (2014), Sustainable Building Project in Steel. RFSR-CT-2010-00027 Research Programme of the Research Fund for Coal and Steel

12/10/2014

3


Úvod Tepelné poměry a energetické úspory budov závisí na více parametrech

je základem udržitelného rozvoje ve výstavbě

Plášť budovy - Tvar budovy - Orientace budovy Automatická - Vzduchotěsnost kontrola - Krycí prvky - Tepelná izolace a tepelné mosty - Okna, reflexní plochy a konstrukce pláště - Zastínění, tvarem a clonami

Lidský činitel - Plán využití - Způsob využití - Vnitřní zdroje

Kontrola ventilací

Přesná předpověď energie na provoz

Technická zařízení - Spotřebiče - Umělé a přirozené osvětlení - Vytápění a klimatizace - Ventilace a rekuperace - Teplá užitková voda

Podnebí - Teplota vzduchu - Radiace slunce - Relativní vlhkost - Směr a rychlost větru - Teplota země - Doba osvitu

Obtíže souvisí s potřebou předpovědi na samém počátku návrhu objektu, kdy nejsou a nemohou být potřebná data plně k dispozici. 12/10/2014

4


Poloha budovy a klimatické pásmo Umístění objektu z hlediska klimatických podmínek má v tepelných výpočtech chování zásadní význam. Pro výpočet energetické spotřeby je potřeba znát hlavně: o Průběh teploty vzduchu o Sluneční záření na povrchu Údaje lze získat z EnergyPlus, energetické simulační software databáze počasí (EERE-USDOE, 2014) a místních meteorogických zdrojů. 300

Sluneční záření [W/m2]

Temešvár, Rumunsko 250

20

200

15

150

10

100

5

50

0

0

-5

Jan 12/10/2014

Feb Mar Apr May Jun

Jul

Teplota vzduchu, ˚C

EERE-USDoE (2014), Energy Efficiency and Renewable Energy Website from the United States Department of Energy, viz http://apps1.eere.energy.gov /buildings/energyplus/cfm/w eather_data2.cfm/ region=6_europe_wmo_regi on_6

25

North East South West Horiz. Air Temp.

Aug Sep Oct Nov Dec 5


Poloha budovy a klimatické pásmo Klasifikace podle podle Köppen-Geiger je vypracována pro pět klimatických pásem (i) Csa; (ii) Csb; (iii) Cfb; (iv) Dfb; (v) Dfc.

Dfc

Dfb Pásma

Popis

Teploty

A: rovníkové

W: poušť

h: horké suché

F: polární led

B: suché

S: step

C: mírné

f: vlhké

k: studené vyprahlé

T: polární tundra

D: se sněhem

s: suché letní

E: polární

w: suché zimní m: monzůnové

Cfb

a: horké letní b: teplé letní c: studené letní d: výrazně kontinentální

Csb Csa

12/10/2014

6


Poloha budovy a klimatické pásmo Město

Země

Amsterdam Ankara Arhanglesk Athens Barcelona Berlin Bilbao Bratislava Brussells Cluj-Napoca Coimbra Gdansk Genova Graz Hamburg Helsinki Istambul Katowice

Netherlands Turkey Russia Greece Spain Germany Spain Slovakia Belgium Romania Portugal Poland Italy Austria Germany Finland Turkey Poland

12/10/2014

Klimatická Město oblast Cfb Csb Dfc Csa Csa Cfb Cfb Cfb Cfb Dfb Csb Cfb Csb Dfb Cfb Dfb Csa Cfb

Kiev Kiruna Kraków La Coruña Lisbon Ljubljana London Lublin Madrid Marseille Milan Minsk Montpellier Moscow Munich Nantes Nice Opole

Země Ukraine Sweden Poland Spain Portugal Slovenia England Poland Spain France Italy Belarus France Russia Germany France France Poland

Klimatická Město oblast Dfb Dfc Cfb Csb Csa Cfb Cfb Dfb Csa Csa Cfb Dfb Csa Dfb Cfb Cfb Csb Cfb

Oslo Ostersund Paris Porto Poznan Prague Rome Salamanca Sanremo Sevilla Stockholm Tampere Timisoara Vienna Warsaw Wroclaw

Databáze pro 52 měst Země Norway Sweden France Portugal Poland Czech Republic Italy Spain Italy Spain Sweden Finland Romania Austria Poland Poland

Klimatická oblast Dfb Dfc Cfb Csb Cfb Cfb Csa Csb Csb Csa Dfb Dfc Cfb Dfb Dfb Cfb

7


Výpočet spotřeby energie Zjednodušený algoritmus v AMECO 3 umožňuje předvídat spotřeba energie na: o Vyhřívání o Chlazení o Teplá užitková voda (TUV)

Algoritmus zahrnuje požadavky v několika evropských normách o Výpočet vytápění a chlazení se řeší pomocí bilance měsíčního kvazi-ustáleného stavu podle ISO 13790 (2008) o Potřeba energie pro přípravu teplé užitkové vody se vypočítá podle ČSN EN 15316-3-1 (2007) ISO 13790 (2008) Energy performance of buildings – Calculation of energy use for space heating and cooling, CEN EN 15316-3-1 (2007) Heating systems in buildings – Method for calculation of system energy requirements and system efficiencies – Part 3.1 Domestic hot water systems, characterisation of needs (tapping requirements), CEN

12/10/2014

8


Bilance měsíčního kvazi-ustáleného stavu

Výpočet spotřeby energie

12/10/2014

9


Postup výpočtu spotřeby energie Hlavní vstupy Poloha budovy podle klimatického pásma (pro konkrétní oblasti): i) teplota vzduchu ii) sluneční záření na povrch dané orientace Druh objektu obytné, kancelářské, obchodní a průmyslové. Obvodový plášť po částech: stěny, podlahy, střechy, přízemí, otvory Rozměr a orientace délka, šířka, výška, počet podlaží Vnitřní klima vytápění a chlazení, rychlost proudění vzduchu při větrání

Hlavní výstupy • Energie na vytápění, chlazení a přípravu teplé užitkové vody • Tepelná bilance pro hlavní konstrukčních prvků (stěny, střecha, okna) 12/10/2014

10


Postup výpočtu spotřeby energie Výpočet spotřeby energie pro ohřev QH,nd 1) Rovnováha za předpokladu rovnoměrného vytápění QH,ht celkový přenos tepla (vedením + větráním)

( Tepelné ztráty)

QH,gn celkové tepelné zisky (vnitřní + solární) ηH,gn opravný součinitel pro ohřev QH,nd = QH,nd,cont = QH,ht − ηH,gn QH,gn 2) Oprava pro přerušení vytápění Redukční součinitel aH,red

12/10/2014

QH,nd,interm = aH,red QH,nd,cont

11


Postup výpočtu spotřeby energie Výpočet spotřeby energie pro chlazení QC,nd 1) Rovnováha za předpokladu rovnoměrného vytápění QC,ht celkový přenos tepla (vedením + větráním) QC,gn celkové tepelné zisky (vnitřní + solární) ηC,ls opravný součinitel pro chlazení Porovnání s fází ohřevu

QH,nd = QH,nd,cont = QH,ht − ηH,gn QH,gn QC,nd = QC,nd,cont = QC,gn − ηC,ls QC,ht

2) Oprava pro přerušení chlazení Redukční součinitel aC,red


Postup výpočtu spotřeby energie

12/10/2014

13


Požadavky na spotřebu Metodika ověřena na vytápění / chlazení budovy (Santos et al. 2014) o Referenční jednotka (EN 15265:2007) o Referenční byt (rozšíření podle EN 15265:2007) o Studie bytového objektu

P. SANTOS; R. MARTINS; H. GERVÁSIO; L. SIMÕES DA SILVA, “Assessment of building operational energy at early stages of design – A monthly quasi-steady-state approach”, Energy and Buildings (ISSN: 0378-7788), vol. 79, pp. 58–73, 2014. EN 15265 (2007), Energy performance of buildings - Calculation of energy needs for space heating and cooling using dynamic methods - General criteria and validation procedures. CEN - European Committee for Standardization. 12/10/2014

14


Referenční jednotka (EN 15265:2007) Informativní

Norma popisuje 12 zkušebních příkladů pro bytovou místnost Zkouška 1 Referenční Zkouška 2 Vysoká tepelná setrvačnost

3.6 m

Zkouška 3 Bez vnitřních zisků

5.5 m

Přerušované vytápění (normativní)

Zkouška 4 Bez zaclonění

2.8 m

Zkouška 5 = Zkouška 1 + Zkouška 6 = Zkouška 2 + Zkouška 7 = Zkouška 3 +

Vytápění 8:00-18:00 po až pá

Přerušované vytápění dvouplášťové (normativní)

Zkouška 8 = Zkouška 4 + Zkouška 9 = Zkouška 5 + Zkouška 10 = Zkouška 6 + Zkouška 11 = Zkouška 7 +

Dvouplášťová střecha

N

Zkouška 12 = Zkouška 8 +

Zkušební příklady pro klíčové parametry zastínění, jímání tepla, stálé a přerušované vytápění, využití vnitřní tepelných zisků 12/10/2014

15


Referenční jednotka (EN 15265:2007) Přesnost odhadu závisí na řešeném případu, měsíci a režimu Měsíční chyba odhadu < 12%

Měsíční chyba odhadu < 7%

10%

10%

5%

5%

0% J

F

M

A

M

-5%

J

J

A

S

O

N

D

Chyba

15%

Chyba

15%

0% J

-10%

-10%

-15%

-15%

Zahřívání

F

M

A

-5%

M

J

J

A

S

O

N

D

Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 6 Test 7 Test 8 Test 9 Test 10 Test 11 Test 12

Chlazení

Měsíční přesnost algoritmu pro vytápění / chlazení pro dvanáct zkušebních případů podle EN 15265:2007 16


Referenční byt (rozšíření podle EN 15265:2007) o Měsíční algoritmus je zaměřen na předpověď energetické spotřeby budovy, ne na stavební prostor, viz ČSN EN 15265 (2007) o Ověření sadou testovacích případů pro typické byty Parametry pláště Prvek

U-value [W/m2.K]

Vnější stěna Vnitřní stěna Střecha Přízemní

0.493 0.243 -

κm

κm [J/m2.K] 81297 9146 6697 63380

Vytápěná plocha

Řešené proměnné Případ T1 T2

Model, vnitřní rozměry

T3 T4 T5 T6

GFR [%]

NGWR [%]

SGWR [%]

35

36

54

25

20

40

15

12

24

Zastínění zapnuto vypnuto zapnuto vypnuto zapnuto vypnuto

GFR: poměr zasklení; NGWR: poměr severních oken ku stěnám; SGWR: poměr jižních oken ku stěnám.

Referenční byt pro ověření opravných součinitelů 12/10/2014

17


Studie bytového objektu Dvoupodlažní bytový objekt v Coimbře, Portugalsko

Severozápadní pohled

Jihozápadní pohled

12/10/2014

18


Studie bytového objektu

N

WC

Garáž

Ložnice 3

Ložnice 1

Hlavní fasáda

Kuchyň

WC

WC Obývací pokoj

Ložnice 2

Terrace

Řezy 12/10/2014

19


Studie bytového objektu Plášť Střecha

Vnější stěna

Vnitřní stěna Tepelné vlastnosti Prvek

Strop

Dvojsklo, PVC rám 12/10/2014

[W/m2.K]

[J/m2.K]

0.37 0.60 0.29 -

13435 61062 65957 13391 26782

Tepelné vlastnosti Materiály

SHGC – Solar heat gain coefficient

κm

Střecha Strop Podlaha Vnější stěna Vnitřní stěna

Podlaha

Okna

Tep. odp.

8+6 mm, vzduchová mezera 14 mm

Tep. odp. [W/m2.K]

2.60

SHGC Součinitel tepelného zisku 0.78 20


Studie bytového objektu Referenční hodnoty pomocí dynamické analýzy Pomocí Modelováno 10 tepelných oblastí

Pohled na DBs model

Podlaží 12/10/2014

Zastínění 10 srpna 21


Studie bytového objektu Výsledky Průměrná chyba 7,2% 700

2500

647

QH,nd,ISO

2133

565

2000

QH,nd,Dyn [kWh]

500

462

QC,nd,ISO

400

1500

QC,nd,Dyn

332

314

300

251

200

1000

157

139

100

932

[kWh/year]

600

500

96

65 29

7

0

0 J

F

M

A

M

J

J

A

S

O

N

D

Annual

Energie pro ohřev a chlazení dynamická simulace (Dyn) je porovnána s jednoduchým modelem (ISO) 12/10/2014

22


o Posouzení spotřeby energie základ analýzy udržitelného rozvoje o Řešení závisí na řadě parametrů o Zjednodušený algoritmus o Pro vytápění / chlazení o Pro přípravu teplé užitkové vody, podle norem o Přesnost měsíční metody kvazi-ustáleného podle ISO 13790 ověřena dynamickou simulací o Přesnost dobrá o Se střední chybu < 10 % 12/10/2014

23

NOSNÉ OCELOVÉ KONSTRUKCE Z HLEDISKA UDRŽITELNÉHO ROZVOJE VE VÝSTAVBĚ ENERGIE NA PROVOZ

Recommend Documents