Vysoké Učení Technické Fakulta stavební Studentská vědecká a odborná činnost Akademický rok 2005/2006
Optimalizace vytápění hotelu
Jméno a příjmení studenta :
Ondřej Čermák
Ročník, obor :
5., Pozemní stavby
Vedoucí práce :
Doc. Ing. Jiří Hirš, CSc.
Ústav :
Ústav Technických zařízení budov
Obsah: 1. Obecný úvod 1.1 Motto 1.2 Ekologie 1.3 Legislativa 1.4 Aktivní a pasivní způsob 1.5 Úkol 2. Popis objektu 2.1 Lokalizace 2.2 Dispozice 2.3 Technické vybavení 2.4 Příkon zdroje 2.5 Způsob užívání 3. Určení spotřeby energie 3.1 Způsob výpočtu 3.2 Výpočtová metoda 3.3 Programové řešení – BSim 3.3.1 Praktické využití 3.3.2 Algoritmus a výstupy 3.3.3 Klimatická data a BSim 2002 4. Měření 4.1 Úvod 4.2 Záznamník teploty 4.3 Teorie 4.4 Pokoj 104 a vyhodnocení 4.5 Pokoj 301 a vyhodnocení 5. Simulace 5.1 Geometrický model a zjednodušení 5.2 Přizpůsobení skutečnosti 5.3 „6%“ 5.4 Zateplení 5.5 Neužívané pokoje 5.6 Problém vlhkosti 6. Vyhodnocení 6.1 „6%“ a zateplení 6.2 Vytápění v neužívaných pokojích 7. Literatura
2
1. Obecný úvod 1.1
Motto
„Kdo šetří má za tři“ je známé pořekadlo. V oblasti energií platí toto pořekadlo dvojnásob. A dvakrát tři je šest. O šest procent prý rostou náklady na vytápění při zvýšení teploty vzduchu v místnosti o jeden stupeň Celsiův. Toto je zase tvrzení, které bývá často opakováno v oblasti technických zařízení budov, resp. oboru vytápění.
1.2
Ekologie
V době, kdy skoro každý půlrok jeden z významných dodavatelů energie ohlašuje zdražení svých služeb a produktů, je heslo úspora skloňováno čím dál více. Když se k tomu přidají varovné zprávy o stavu zásob nerostných surovin, ve kterých se uvádí, že například ropa bude již za 100 let nedostatkovým zbožím, nelze nic jiného, než se nad vzniklým problémem racionálně zamyslet a učinit vhodná opatření pro odvrácení, nebo alespoň oddálení naznačené vize.
1.3
Legislativa
V neposlední řadě k šetrnému chování vede legislativa, v případě směrnice 2002/91/EC dokonce legislativa nadnárodní. Ta například vyžaduje plnění minimálních energetických požadavků na budovy nejen nově postavené, ale i ve větší míře rekonstruované, povinnost energetické certifikace budov (vystavený certifikát o spotřebě energie se stává součástí identifikace objektu), pravidelné kontroly energetických zařízení, aj.
1.4
Aktivní a pasivní způsob
Snižování spotřeby tepelné energie lze provádět aktivním, nebo pasivním způsobem. Druhý jmenovaný způsob má v prvé řadě za úkol bránit úniku tepla z objektu pomocí přídavné izolace stěn, střech, suterénu, utěsnění oken či dveří, popřípadě jejich výměně za výrobky nové, zabezpečující minimální únik tepla. Dalším prvkem, který lze považovat za pasivní je vlastní kotel, výměník, rozvody a otopná tělesa. Všechny tyto pasivní prvky, mohou při správné aplikaci snížit ztráty při výrobě a užití tepla. Je třeba si však uvědomit, že v konečném důsledku nemusí znamenat snížení spotřeby tepelné energie objektu. Aktivním způsobem šetření tepelné energie se rozumí především ovládání některých prvků uvedených v předešlé skupině opatření. Pomineme-li manuální řízení, zůstávají systémy automatické. Ty lze rozdělit na regulaci ekvitermní, intermní a kombinovanou. Ekvitermní regulace znamená regulaci otopné vody na teplotě venkovní, intermní regulace pak na teplotě vnitřní a při kombinovaném způsobu regulace uvažuje řídící jednotka s teplotou vnější i vnitřní. Některé z uvedených způsobů ovlivnění spotřeby tepelné energie lze uskutečnit pouze u novostaveb, tzn. ve fázi návrhu, jiné lze provést i u objektů stávajících.
3
→ lokace hotelu Iris na mapě Jižní Moravy
↓ severovýchodní stěna objektu (hlavní vstup), v pozadí zřícenina hradu Děvičky ↓ severozápadní stěna, pod terasou prostor kotelny, po terase vstup do cukrárny, během rekonstrukce byla stěna zateplena
↓ jihovýchodní strana hotelu, po rampě přístup do technických prostor kuchyně, restaurace
↓ zdroj tepla, plynová kaskádová kotelna
4
1.5
Úkol
Následující práce má za úkol se pokusit vysvětlit v úvodu uvedených 6% ušetřených nákladů na každý vytápěný stupeň a nastínit možnosti úspor pouze při důsledném rozmyšlení způsobu provozu klasického teplovodního otopného systému v konkrétním objektu.
2. Popis objektu 2.1
Lokalizace
Jako předmět výzkumu posloužil čtyřpodlažní hotelový objekt Iris v obci Pavlov, okrese Břeclav. Tato lokalita je součástí chráněné krajinné oblasti Pálava a nachází se cca 40 km jižně od Brna u Novomlýnské přehrady. Klimatické prostředí lze tedy klasifikovat jako teplejší. Hotel je situován do středu obce, před větrem částečně chráněný okolo stojícími budovami. Má přibližně obdélníkový půdorys, přičemž jeho podélná osa má směr jihovýchod – severozápad.
2.2
Dispozice
Hotel Iris byl postaven podle projektu z roku 1990 a jedná se o klasickou zděnou budovu s příčným nosným systémem, jedním podzemním a třemi nadzemními podlažími. Dvě poslední nadzemní podlaží, sloužící výhradně jako pokoje pro hosty, zastřešuje šikmá jednoplášťová střecha ukončená po obou stranách štítovou stěnou. Toto konstrukční řešení přináší netradiční tvar těchto pokojů, doplněné navíc o vikýře pro výplňové okenní otvory. Kromě 23 pokojů pro celkem 52 hostů disponuje Iris restaurací, fitcentrem, saunou a překrásným okolím.
2.3
Technické vybavení
Podle původního projektu z roku 1990 byl jako lokální zdroj tepla navržena soustava tří elektrokotlů značky Ekos, každý o příkonu 48 kW. Ohřev TUV pak byl zajišťován čtyřmi elektrickými akumulačními nádržemi OVN Bratislava. Objekt tak do podzimu 2005 využíval jako zdroj energie výlučně elektrickou energii. V souvislosti s neustálým zdražováním cen elektřiny, značnému stáří vytápěcí technologie a nízkým uživatelským komfortem obecně, se majitel hotelu přiklonil k rekonstrukci stávající elektrokotelny na kotelnu plynovou, tzn. celkovou plynofikaci objektu. Z pasivních způsobů úspory energie bylo provedeno zateplení severozápadní štítové stěny.
5
→ textový výstup z programového řešení tepelných ztrát objektu Ztráty 2005 určení roční potřeby tepla na vytápění hotelu Iris dle metodiky Ing. Ptákové pomocí programu Ztráty 2005 pro variantu plynové kotelny; roční potřeba tepla na vytápění ve variantě elektrokotelny dle příslušné fakturace činila cca 200 000 kWh ↓
pokus o vyjádření harmonického průběhu poměru spotřeby energie pro vytápění a ohřev teplé vody dle fakturace ↓ Poměr UT a ostatního 120 100 80 60 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
← na základě výše určených tepelných ztrát objektu vystavený energetický štítek
E-t křivka (měsíční měření) 35,00 2004 30,00
2005 2006
spotřeba energie [kWh/m2]
e-t křivka slouží k rychlé a názorné diagnostice stavu technických zařízení budov, v tomto případě především pro systém vytápění hotelu (strmější křivky); v roce 2004 a 2005 během provozu elektrokotelny je patrné zlepšení dodávky tepla, patrně zkvalitněním obsluhy vyvolané neustálým zvyšováním cen elektřiny; odlišný průběh po přechodu na zemní plyn lze vysvětlit fází postupného zaregulování →
25,00
2005 plyn
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00 -10
-5
0
5
10
průměrná denní teplota [°C]
6
15
20
25
2.4
Příkon zdroje
Vzhledem k neznámé skladbě jednotlivých konstrukcí, bylo třeba je odhadnout. Poté již bylo možno vypočítat tepelné ztráty objektu. Ty byly stanoveny dle staré normy ČSN 060210, nové ČSN EN 12831 a obálkovou metodou. Ve všech případech vyšly celkové tepelné ztráty objektu kolem 80 kW. Pro ověření správnosti této hodnoty byly užity zaznamenané celkové spotřeby energie, které pověřený pracovník hotelu shromažďuje od počátku roku 2004. U nich bylo nutno ještě provést rozdělení na podíl vytápění, ohřev a distribuci teplé vody a ostatní. Po převedení číselných hodnot do grafické podoby vyjádřené jako závislost spotřeby energie pro výrobu tepla v kWh na venkovní průměrné teplotě, vychází provozní příkon zdroje tepla pro návrhovou hodnotu venkovní teploty -12°C taktéž jako 80 kW.
2.5
Způsob užívání
Závěrem poznámka o způsobu užívání daného objektu. Kvůli své lokaci je hotel Iris užíván především v období jaro – podzim, s maximem návštěvníků během léta a minimem během zimy. Četnost návštěvníků se pochopitelně odráží i v počtu využití jednotlivých pokojů. Lze tedy říci, že poslední nadzemní patro s pokoji pro hosty, není během zimního období využíváno pro pobyt osob prakticky vůbec. Na stranu druhou, je nutno kvůli nečekanému zvýšení počtu ubytovaných hostů, nebo z čistě technicko – provozních důvodů v nich udržovat určitou minimální teplotu. Po určení měrných tepelných ztrát jednotlivých podlaží je jasné, že volba správné teploty právě v tomto patře, by mohla, na rozdíl od pater ostatních, něco z celkové spotřeby energie významněji uspořit.
3. Určení spotřeby energie 3.1
Způsoby výpočtu
Přesné určení spotřeb bývá obtížným úkolem ve všech oblastech technického zařízení budov. Je jedno zda-li se jedná o určení spotřeby teplé vody, množství energie potřebné pro potlačení tepelných zisků klimatizovaných prostor, průtok odpadních vod z objektu či spotřeby tepla pro vytápění v průběhu celého roku. V každém z těchto případů je k určení výsledku zapotřebí velké množství vstupních údajů, některé musí být i voleny, a tak reálnost výsledku je přímo odvislá od jejich správné volby. Z tohoto jasně vyplívá nevhodnost řešení těchto úloh pomocí klasických výpočetních metod a je nutno využít možností programového řešení. Zadanou úlohu tvoří výpočet roční spotřeby tepla pro vytápění pro různé režimy provozu.
7
3.2
Výpočtová metoda
Z výpočetních metod bývá užívaná metoda „Cihelkova (1985)“, nebo „Ptáková (1998)“. V zásadě se v obou případech jedná o určení celkové spotřeby tepelné energie v závislosti na celkových tepelných ztrátách objektu, délce otopného období, průměrné vnitřní a vnější teplotě, účinnosti zdroje, rozvodů, a jiných dalších doplňujících faktorů. Tímto způsobem zjištěná roční spotřeba tepla hotelu Iris činí cca 150 kWh.
3.3
Programové řešení – BSim
Jako nástroj programového řešení zadaného úkolu byl použit výpočetní software dánského institutu pro výzkum budov a bydlení, BSim (building simulation) 2000. Jedná se o uživatelsky příjemný program pro výpočet a analýzu vnitřního prostředí a spotřebu energií budov. Podrobně vyvinutým matematickým modelem budovy lze simulovat i velké komplexy budov s pokročilými vytápěcími a větracími systémy a možné způsoby jejich ovládání.
3.3.1 Praktické využití Stavební inženýři a architekti mohou BSim využít pro správný návrh obvodových a výplňových konstrukcí tak, aby byly splněny všechny normami dané požadavky. Energetičtí auditoři zase mohou program využít k číselnému určení a grafickému zobrazení různých druhů spotřeb energií ve stanoveném časovém rozmezí.
3.3.2 Algoritmus a výstupy BSim 2000 počítá výstupy energie a jejich toky uvnitř i mimo budovu. Pro všechny simulované prostory nebo zóny software počítá tepelné ztráty prostupem, infiltrací a větráním, tepelné zisky osluněním, vlhkostní zisky od ubytovaných osob a technologií, elektrickou spotřebu energie pro osvětlení a ostatní technologie. Parametry úrovně vnitřního mikroklimatu jsou vypočteny na základě hodinových hodnot teplot vzduchu, povrchových teplot, relativní vlhkosti a výměně vzduchu v každé zóně.
3.3.3 Klimatická data a BSim 2002 Toto vše se děje na základě vložených klimatických dat. Pro případ hotelu Iris byly vzhledem k úzkoprofilovosti nabídky meteorologických dat v ČR užity hodnoty pro Ostravu. Poznámku na závěr tvoří fakt, že v současné době je na trhu k dispozici stejnojmenná verze programu, BSim 2002. Tento typ přidává oproti užité verzi mimo jiné i problematiku vlhkostních toků a tím i bilanci zkondenzované vody v konstrukcích a v neposlední řadě možnost komunikace s tvůrcem programu prostřednictvím internetu – pravidelný update, databáze klimatických dat.
8
↑ tempo práce uživatele v závislosti dle jeho zkušeností s daným programem dle tvůrců BSim 2000 uživatelské rozhraní simulačního softwaru; samostatný model měřeného podkrovního pokoje pro hosty číslo 301; vlevo výpis místností, jejich konstrukce, tepelné zóna, její systémy jako vytápění, infiltrace, vybraná klimatická data pro Ostravu; v pravé části náhled, bokorys, půdorys a model 3D, vykreslený včetně skutečných nadefinovaných tloušťek jednotlivých konstrukcí ↓
ukázka grafického a číselného výstupu po simulaci zadaného období; sloupcový graf zobrazuje týdenní spotřebu v kWh sledovaných veličin, v tabulce je uvedeno to stejné a některé další údaje v číselných hodnotách↓
↑ doplňkový program XSun znázorňující průběh oslunění
9
4. Měření 4.1
Úvod
Pro dosažení reálných výsledků pomocí programového řešení je nutné nashromáždit také dostatečný počet hodnot naměřených přímo na konkrétním objektu. Jedině tímto způsobem lze určit skutečné poměry panující v objektu, nebo mimo něj. Proto byly v polovině listopadu minulého roku instalovány do dvou místností zkoumaného hotelu Iris automatické měřiče teploty – do každé místnosti jeden. Měření probíhalo od 17. 11. do 11. 12. 2005.
4.2
Záznamník teploty
Jednalo se o záznamníky teploty a relativní vlhkosti s displejem značky Logger S3120, které dodává firma Comet systém, s.r.o. z Rožnova pod Radhoštěm. Tyto přístroje jsou určeny pro měření a záznam okolní teploty a relativní vlhkosti vzduchu. Měřící senzory teploty (odporový snímač Pt1000/3850ppm) i vlhkosti jsou neodnímatelnou součástí přístroje. Naměřené hodnoty včetně vypočtené teploty rosného bodu jsou zobrazovány na dvouřádkovém LCD displeji a jsou ukládány v nastavitelném časovém intervalu do vnitřní, energeticky nezávislé paměti. Veškerá nastavování a ovládání záznamníku se provádějí pomocí počítače a je možno je chránit heslem.
4.3
Teorie
Vzájemná závislost mezi naměřenými hodnotami vychází ze základů psychrometrie – věda zabývající se analytickografickými metodami pro řešení úprav vzduchu. Barometrický tlak se skládá z tlaku suchého vzduchu a tlaku vodní páry p = p s + p d . Ten se nazývá parciálním tlakem vodní páry. Jeho poměr s parciálním
ϕ=
pd p d ´´ .
tlakem nasycené vodní páry pak udává hodnotu relativní vlhkosti vzduchu Stav nasycení vzduchu vodní párou má hodnotu 1 (100%) a je to tzv. rosný bod. Vztah mezi relativní vlhkostí, teplotou a teplotou rosného bodu analyticky:
, a graficky: Ještě poznámka o určení pojmu „teplota“: Nejčastěji se používá definice: teplota je veličina, která charakterizuje, zda látka při tepelném kontaktu s jinou látkou bude či nebude v tepelné rovnováze (zda bude či nebude přijímat nebo předávat teplo).
1 1 − 235,6 + t 235,6 + t r
ϕ = exp 4044,2 *
10
Pokoj pro hosty č. 104
↑ půdorys místnosti v CAD
místnost a její uživatel ↵
[°C]
↑ místo umístění záznamníku teploty ↑
104 - Denní průběhy teploty
23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
0 0:0
0 22
:0
0 20
18
:0
:0
0
0 :0 16
14
:0
0
0 :0 12
10
:0
0
0 8:0
6: 00
4: 00
[%]
2:0
0: 00
0
12
104 - Denní průběhy relativní vlhkosti
65
60 55
50
45 40
35
30 25
11
0: 00
0 :0 22
:0 0 20
0 :0 18
:0 0 16
:0 0 14
0 :0 12
:0 0 10
0 8 :0
6: 00
0 4 :0
0 2 :0
0: 00
20
pokoj pro hosty 301
↑ půdorys místnosti v CAD
detail termostatické hlavice ↵
[°C]
↑ měřená místnost dvoulůžkový podkrovní pokoj (foceno 17:30 letního času) ↑ 301 - Denní průběhy teploty
20
19
18
17
16
15
14
13
0: 00
22 :0 0
20 :0 0
18 :0 0
16 :0 0
14 :0 0
12 :0 0
10 :0 0
8:0 0
6: 00
4:0 0
[%]
0: 00
2:0 0
12
301 - Denní průběhy relativní vlhkosti
65
60
55
50
45
40
35
30
25
12
0:0 0
22 :0 0
20 :0 0
18 :0 0
16 :0 0
14 :0 0
12 :0 0
10 :0 0
8:0 0
6:0 0
4: 00
2: 00
0:0 0
20
4.4
Pokoj 104 a vyhodnocení
První záznamník teploty byl umístěn v 1.PP v pokoji číslo 104. Místnost byla po čas měření užívána jako služební pokoj – pouze k přespání. Z hlediska tepelnětechnických vlastností obálky zkoumané prostory je od exteriéru oddělena obvodovou zdí o tloušťce 375 mm s U = 0,39 W/m2K a jedním výplňovým okenním otvorem s U = 2,4 W/m2K. Orientace stěny na severovýchod. Podlaha na terénu se součinitelem prostupu tepla 0,43 W/m2K má plochu 12,1 m2 a světlá výška místnosti je 3,25 m. Měřič teploty byl umístěn na noční stolek za vstupem do místnosti. Pokoj 104 je vytápěn deskovým otopným tělesem s termostatickým ventilem a termostatickou hlavicí. Po dobu měření byla hlavice nastavena na maximum. Denní průběh teploty – minimální výkyvy teploty, v dopolední části patrné sluneční zisky a malý pokles teploty okolo 10. hodiny dopolední. Denní průběhy relativní vlhkosti – zvýšení relativní vlhkosti v místnosti během spánku ubytované osoby a okolo 9:30 – příchod uklízečky, krátkodobé intenzivní otevření okna (navazuje snížení vnitřní teploty). Průměrná teplota za dobu měření 20,3°C a pr ůměrná relativní vlhkost 37%.
4.5
Pokoj 301 a vyhodnocení
Druhý záznamník teploty byl umístěn v 3.NP v pokoji číslo 301. Místnost nebyla po čas měření užívána. Tento pokoj vzhledem ke svému situování do podkroví má konstrukci oddělující interiér od exteriéru vlivem konstrukce střešního pláště zkosenou, dva okenní výplňové otvory (stejného typu jako v první místnosti) jsou řešeny formou vikýřů. Součinitel prostupu tepla byl odhadnut na 0,33 W/m2K (sádrokarton, minerální tepelná izolace o tloušťce 160 mm), hraniční konstrukce je orientována na jihozápad. Pokoj 301 má půdorysnou plochu 18,3 m2 a světlou výšku ve své nezkosené části 2,6 m. Měřič teploty byl umístěn na bok sedací soupravy za vstupem do místnosti. Místnost je vytápěna dvěma deskovými otopnými tělesy s termostatickými ventily a termostatickými hlavicemi. Po dobu měření byla hlavice nastavena na minimum. Denní průběh teploty – významné zvýšení vnitřní teploty okolo 13. hodiny a patrné postupné vychládání. Denní průběhy relativní vlhkosti – přísně konstantní, dokumentace faktu, že pokoj nebyl užíván. Průměrná teplota za dobu měření 17,4°C a pr ůměrná relativní vlhkost 36%. Protože místnost má velmi složitý vnitřní tvar s množstvím koutů a rohů, stejně tak díky svému umístění do nejvyššího nadzemního podlaží, je zajímavé určení nejmenšího rozdílu mezi vnitřní teplotou a teplotou rosného bodu. Ze sledovaného období je to 14 K. Jedná se o relativně velký rozdíl teplot, takže by se vzhledem k odhadnutým tepelně-technickým vlastnostem obvodového pláště této místnosti dalo říct, že kondenzace vodní páry (a tím i možný výskyt hub a plísní) přímo na vnitřním povrchu konstrukcí nehrozí, ikdyž je místnost neužívána.
13
5. Simulace 5.1
Geometrický model a zjednodušení
Jak bylo naznačeno v úvodu, ověření teorie o 6 procentním snížení nákladů bude provedena pomocí simulačního programu BSim 2000. Prvním krokem bylo vytvoření 3D modelu zkoumaného objektu v uživatelském prostředí BSim-u. Vzhledem ke členitosti hotelu Iris bylo nutné dovolit mnohá zjednodušení. Takže první podzemní a další dvě nadzemní patra byla vytvořena jako jednotlivé celky. Místnost kotelny byla vytvořena odděleně. Poslední nadzemní podlaží bylo vymodelováno včetně přibližného zachování skutečných rozměrů jednotlivých pokojů pro hosty. Rovněž od vytvoření vikýřů jako ve skutečnosti bylo upuštěno, skutečný stav je proveden pouze u „měřeného“ pokoje číslo 301. Výsledkem všech těchto zjednodušení je tepelná ztráta celého objektu vypočtená dle programu jako 60 kW. Tzn. o 1/3 nižší, než hodnota tepelné ztráty vypočtená standardním algoritmem.
5.2
Přizpůsobení skutečnosti
Druhým krokem bylo přiřazení dostupných klimatických dat. Byla použita klimatická data pro Ostravu. Poté následovalo stanovení dalších okrajových podmínek a nastavení, tak aby výsledné průběhy sledovaných veličin alespoň částečně odpovídaly naměřeným skutečnostem. Jako příklad lze uvést součinitele zohledňující vliv větru a teploty při výpočtu infiltrace. BSim 2000 totiž stejně jako v případě určení infiltrace dle ČSN EN 12831 neuvažuje přímo se spárovou průvzdušností oken. Ta je již zahrnuta v různých odpovídajících koeficientech. Po celkovém vyladění daného modelu, lze již postoupit ke třetímu kroku, a to simulaci požadovaných dějů.
5.3
„6%“
Pro ověření nákladů na vytápění v závislosti na vnitřní teplotě byl celý objekt hotelu Iris uvažován jako jedna tepelná zóna. Její vnitřní teplota byla nastavena jako vážený průměr výpočtových vnitřních teplot zaokrouhlený na celé stupně nahoru. Nejdříve tedy proběhla simulace celého roku 2005 s tepelnou zónou nastavenou na 20°C a poté na 19°C. Jednalo se pouze o modelový p říklad, v praxi by vážený průměr 19°C p ři zachování způsobu užívání všech místností znamenal podkročení minimálních výpočtových vnitřních teplot. V prvním případě vyšla roční spotřeba energie 160 481 kWh a ve druhém případě potom 151 619 kWh. Celková roční úspora tedy činí 5,8%. Snižování vnitřních teplot má smysl uvažovat pouze v případě hrubě přetápěných prostor. V řešeném případě si personál při nastavení dle výpočtových teplot a obzvláště v kombinaci s původní elektrokotelnou stěžoval na pocit chladu v některých obytných prostorách. Takže způsob úspory je třeba hledat jiným způsobem.
14
↑ zjednodušený model celého hotelu IRIS
↑ roční spotřeby/zisky energií pro vytápění, infiltraci, sluneční radiaci a prostupem pro dvě vnitřní teploty
← rozdělení posledního NP na jednotlivé místnosti
15
↑ průběh vnitřní teploty (použit model celého objektu jako jedné tepelné zóny) před a po zateplení ↑ pokus stability nejchladnější místnosti ve 3.NP v zimním období; do 21:00 byl pokoj pro hosty číslo 302 (krajní místnost orientována na severozápad) vytápěn na teplotu 21°C, pak došlo k přerušení vytápění; venkovní teplota byla cca 12°C ve zkoumaném časovém intervalu → ukázka průběhu povrchové teploty během celého roku okenního otvoru v místnosti číslo 302 orientovaného na severovýchod temperovaného na 16°C; pozn. teplota rosného bodu pro relativní vlhkost 60% činí 9°C ↓
16
5.4
Zateplení
Proto majitel hotelu provedl v rámci rekonstrukce kotelny i zateplení celé severozápadní štítové stěny. Jednalo se o 150 mm tlustý, blíže nespecifikovaný materiál – patrně na bázi polystyrenu. Pro zajímavost byla provedena na předchozím modelu i simulace roční spotřeby tepla na vytápění před a po zateplení. Z tepelnětechnického hlediska došlo ke snížení tepelných ztrát budovy o 1,5%, součinitel prostupu tepla zateplené stěny se snížil z 0,69 na 0,42 W/m2K. Výsledná roční úspora energie činila cca 1200 kWh, tj. necelých 0,8% z celkového ročního součtu.
5.5
Neužívané pokoje
Jak bylo již v úvodu naznačeno, jistý způsob snížení roční spotřeby by mohl být snížením teploty v neužívaných pokojích. Doba kdy pokoje nebudou užívány byla stanovena na rozmezí leden – duben a říjen – prosinec. Počet neužívaných pokojů vychází jako celé poslední nadzemní podlaží. V tomto případě bylo použito více tepelných zón pro získání podrobnějších výsledků. Každé patro tvořilo samostatnou tepelnou zónu, v posledním patře tepelnou zónu tvořil každý pokoj a přístupová komunikace. Možnost úspory pomocí přerušovaného způsobu vytápění byla zavržena pomocí pokusu s tepelnou stabilitou v zimním období v nejchladnější místnosti na daném podlaží. Všechny pokoje v 3.NP mají příliš nízkou schopnost akumulace tepla a v součinnosti s nevalnou kvalitou okenních výplňových otvorů jsou předurčeny k trvalému vytápění. Nejdříve byla provedena simulace s vnitřní teplotou v posledním podlaží nastavenou na hodnotu 18°C, což odpovídá stavu zjištěném z měření in suitu. V dalších simulacích byla tato teplota snižována až na hodnotu 16°C. Výsledky jsou shrnuty do p řiložené tabulky. vnitřní teplota roční spotřeba [°C] energie [kWh] 18 163 595 17 161 564 16 160 064
5.6
rozdíl [kWh]
úspora [%]
2 031 3 531
1,3 2,2
teplota ros. bodu (60% vlhkost) [°C] 11 10 9
Problém vlhkosti
Vytápět místnosti na ještě nižší teploty by mohlo přinést komplikace v podobě vzniku plísní a hub v kritických místech. Při 60% vnitřní relativní vlhkosti a teplotě 16°C je totiž teplota rosného bodu 9°C. Po kontrole povrchových teplot v nejchladnějším pokoji posledního nadzemního podlaží – pokoj 302 – na nejchladnějším povrchu, což je jedno z oken, se dojde ke zjištění, že tato povrchová teplota může během celého roku klesnout až na 6°C. Pro možnost vni třní teploty jen 16°C na druhou stranu hovo ří fakt, že průměrná roční relativní vlhkost činí 40% a kritické depresní výkyvy sledované povrchové teploty jsou vždy při relativních vlhkostech nižších než je i hodnota relativní vlhkosti průměrná.
17
6. Vyhodnocení 6.1
„6%“ a zateplení
Závěrem lze říci, že skutečně platí 6% ušetřených nákladů na vytápění oproti snížení vnitřní požadované teploty o jeden stupeň. Nutno ovšem dodat, že tato úprava musí proběhnout ve všech místnostech posuzované budovy. Zlepšení tepelně-technických vlastností obvodového pláště budovy přináší výraznější prospěch pouze při komplexním užití. Například zateplení celého objektu. V případě hotelu Iris by stála především za úvahu kompletní výměna okenních výplňových otvorů.
6.2
Vytápění v neužívaných pokojích
Další, prakticky bez dalších nákladů vyžadující úpravou, by bylo snížení vnitřní teploty v 3.NP v době jejich nevyužití. Veškerá otopná tělesa v tomto patře jsou napojena na společné stoupací potrubí, v kotelně za rozdělovačem osazené čtyřcestnou armaturou ovládanou regulátorem Komextherm RVT 06. Doporučenou vnitřní teplotou v těchto neužívaných pokojích by byla hodnota 16°C, pro niž by se vzhledem k regulaci jednotlivých otopných větví dle teploty výstupní vody muselo na daném regulátoru najít správné nastavení. Jiným způsobem by mohlo být řízení otopné větve pro 3.NP prostorovým termostatem umístěným v nejchladnějším pokoji č. 302 na nejchladnější ze stěn. Toto řešení by však vyžadovalo dalších nákladů ve formě jiného regulátoru za rozdělovačem a prostorového termostatu. Úpravy teplot v pokojích pro hosty by vyžadovaly dalšího pozorování, včetně termovizních snímků exponovaných míst pro ověření naznačených teorií a především praktického poklesu úrovně vnitřního mikroklimatu v podobě vlhkostní problematiky.
7. Literatura - Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2002/91/EC o energetické náročnosti budov - RNDr. Foukal Z.: Regulace vytápění – programová regulace teploty, TZB-Info, 6.2.2003 - Ing. Kopuletý J.: Souhrnná zpráva stavby - Rekonstrukce kotelny, 2004 - vyhláška MPO č. 291/2001 Sb. kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách, k zákonu č. 406/200 Sb. o hospodaření energií - norma ČSN 060210, Výpočet tepelných ztrát budov pro ústřední vytápění, ČNI Praha, 1994 - norma ČSN EN 12831, Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu, ČNI Praha, 2004 - norma ČSN 730540-2, Tepelná ochrana budov - Požadavky, ČNI Praha, 2005 - Ing. Tintěra L.: Denostupně – Teorie k výpočetní pomůcce, TZB-Info, 11.7.2005 - Ing. Ptáková D.: Výpočet roční potřeby paliv a energie pro vytápění, Větrání, vytápění a instalace č. 2, 1998 - Cihelka J. a kol.: Vytápění, větrání a klimatizace, kapitola 5.7.3., SNTL Praha, 1985 18
- Wittchen K. B., Johnsen K., Grau K.: User´s guide BSim 2000, version 2.1.11.1, 2000 - návod k použití „Logger S3120“, Comet systém s.r.o. - Gebauer G., Rubinová O., Horká H.: Vzduchotechnika, ERA group, Brno, 2005 - Doc. Ing. Cihlář J. CSc., Ing. Gebauer G. CSc., Ing. Počinková M.: Technická zařízení budov – Ústřední vytápění I, CERM, Brno, 1998 - Ing. Čupr K. CSc., Ing. Bartošová B., Ing. Počinková M., Ing. Vrána J.: Zdravotní technika pro kombinované studium, CERM, Brno, 2002
19
