POTŘEBA ENERGIE NA VĚTRÁNÍ UČEBEN A ENERGETICKÝ PŘÍNOS ZPĚTNÉHO ZÍSKÁVÁNÍ TEPLA

Simulace budov a techniky prostředí 2016 9. konference IBPSA-CZ Brno, 10. a 11. 11. 2016

POTŘEBA ENERGIE NA VĚTRÁNÍ UČEBEN A ENERGETICKÝ PŘÍNOS ZPĚTNÉHO ZÍSKÁVÁNÍ TEPLA Marek Begeni, Vladimír Zmrhal ČVUT v Praze Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí e-mail: [email protected] ABSTRAKT Cílem příspěvku je stanovit reálnou potřebu tepla na větrání učeben a analyzovat energetické přínosy vysokých teplotních faktorů zpětného získávání tepla se započítáním vnitřních tepelných zisků a zisků od přívodního ventilátoru. Na jednoduchém modelu učebny byl realizován energetický výpočet v simulačním programu ESP-r. V rámci studie bylo porovnáváno několik variant z hlediska umístění a orientace učebny, provozu otopné soustavy (nepřetržitý / s útlumem) a stupně vzdělávacího procesu (ZŠ 1. stupeň, SŠ). Na základě provedených výpočtů je naznačeno za jakých podmínek je účelné využití výměníků s vysokým teplotním faktorem ZZT jak nařizuje směrnice o Ekodesignu. Výsledky simulačního výpočtu jsou porovnány s modelem, který nerespektuje vnitřní tepelné zisky v učebně. Článek se zamýšlí nad opodstatněním využití ZZT od určitých hodnot teplotního faktoru s ohledem na energetický přínos. Klíčová slova: větrání, učebna, potřeba energie, tepelné zisky, zpětné získávání tepla ENERGY DEMAND OF CLASSROOM VENTILATION The goal of the paper is to determine real heat energy demand for classroom ventilation and analyze energy benefits of heat recovery exchangers with high temperature efficiency together with internal heat gains and heat gains from fan motor. Energy calculation was done on a simple model in simulation software ESP-r. In study we compared several options of classrooms in terms of location and orientation, operation of heating system (continuous / with attenuation) and education stage (elementary school up to 10 years pupils / high school). On the base of calculation is written in which conditions is advisable to use heat recovery exchangers with high temperature efficiency as ordered in Ecodesign directive. Energy simulation results are compared with model that does not respect internal heat gains in classroom. This paper also examines substantiation of the use of heat recovery exchangers from certain temperature efficiency with regard of energy benefit. Keywords: ventilation, classroom, energy demand, heat gains, heat recovery

ÚVOD Jedním z hlavních argumentů proti řádnému větrání učeben je spotřeba energie. Na opačném pólu je kvalita vnitřního prostředí a životní podmínky pro naše děti - žáky a studenty škol. Zhoršená kvalita vnitřního prostředí způsobená nedostatečným větráním má negativní vliv na pozornost a výkonost žáků [1], [10]. Prokázána je i vyšší nemocnost spojená s absencí včetně dopadu zdravotních potíží, které se projevují alergiemi, astmatem apod. [4],[6],[8],[9]. Je jisté, že větrání (ať už přirozené nebo nucené) s sebou přináší provozní náklady (platby za energie). Často se lze setkat s názorem typu „nejvíc ušetřím, když nevětrám“, což se může zdát v kontextu snižování nákladů na provoz školy jako opodstatněné (peněz na školství je málo), navíc v době kdy je vyvíjen značný tlak na snižování spotřeby energie budov. Problematika je však mnohem širší, má celospolečenský charakter a zasahuje do dalších odvětví (zdravotnictví, vzdělávání, průmysl). Tyto náklady jsou jen těžko vyčíslitelné a argumentace ve prospěch zdravého vnitřního prostředí ve školách je tak velmi obtížná.

POTŘEBA ENERGIE NA VĚTRÁNÍ Při současných požadavcích na výstavbu se na celkové tepelné bilanci podílí významnou měrou tepelné zisky. Z pohledu školských budov se jedná zejména o vnitřní tepelné zisky způsobené přítomností člověka (dětí) a dále o tepelné zisky z venkovního prostředí způsobené slunečním zářením. Výsledný tepelný tok se skládá ze třech základních položek: 1) celkové množství přeneseného tepla prostupem, 2) celkové množství přeneseného tepla větráním, 3) celkové tepelné zisky (vnitřní a vnější). Dříve publikovaná analýza výpočtu potřeby energie na ohřev větracího vzduchu učeben [3] je založena na zjednodušeném výpočtu a tepelné zisky prakticky nezahrnuje (kromě tepelného zisku od ventilátoru). Pro podrobné analýzy analýzy se jeví výhodnější využít energetický simulační výpočet, který poskytne předpověď tepelných zátěží, tepelných ztrát, parametrů vnitřního prostředí a potřeby energie pro danou zónu při zadaném průběhu venkovních klimatických podmínek, obvykle s hodinovým časovým krokem.

Tepelně technické vlastnosti Model byl realizován pro dvě varianty umístění učebny. 1) učebna ve vnitřním traktu budovy, 2) rohová učebna. Varianta 1) představuje učebnu ve vnitřním traktu budovy, která sousedí podélně s chodbou (teplota vzduchu 18 °C), ostatní vnitřní stěny vč. podlahy a stropu sousedí s učebnami. Varianta 2) představuje rohovou učebnu, tj. učebnu v posledním patře budovy pod střechou, kdy dvě fasády a střecha sousedí s venkovním prostředím. Obvodové konstrukce učebny jsou navrženy tak, aby tepelně technické vlastnosti vyhovovaly normě [15]. Vnější obvodová stěna je cihlová tl. 375 mm s tepelnou izolací EPS tl. 100 mm. Konstrukce střechy u varianty 2) je v provedení s tepelnou izolací EPS tl. 80 mm a litým betonem tl. 200 mm. Součinitele prostupu tepla pro jednotlivé obvodové konstrukce učebny stanovené dle ČSN EN ISO 6946 jsou uvedeny v tab. 1. Tepelná ztráta prostupem podle [16] (pro výpočtovou teplotu te,výp = -12 °C a ti = 22 °C) činí pro variantu 1: 1,08 kW; pro variantu 2: 1,76 kW.

Tab. 1 – Součinitel prostupu tepla obvodových konstrukcí učebny U [W/m2K] 0,25 0,20 1,50 0,96

Konstrukce Vnější stěna Střecha Výplně otvorů Vnitřní příčky

Venkovní klimatické údaje Pro účely vyhodnocení potřeby tepla byl použit referenční klimatický rok zpracovaný pro Prahu (TRY – test reference year), který reprezentuje reálná charakteristická klimatická data pro výpočet energetické potřeby budov. Zasklení a stínění Výplně otvorů jsou tvořeny dvojitým zasklením, jehož složení a optické vlastnosti jsou uvedeny na obr. 2. Stínění je realizováno pouze ostěním oken (obr. 1). Okna jsou v modelu, vzhledem k charakteru programu ESP-r, zadána jako bezrámová. Plocha oken je 15,12 m2 což představuje 43 % z celkové plochy fasády. V simulačním výpočtu nebylo uvažováno se stíněním okolní zástavbou nebo krajinou. Optické vlastnosti zasklení (-)

MODEL UČEBNY Pro analýzy byl vytvořen jednozónový model učebny, jejíž půdorys je znázorněn na obr. 1, vč. pohledu na venkovní fasádu. Celková podlahová plocha učebny činí 70 m2, objem učebny je 245 m3.

0,8 6 mm Planibel clear - 22 mm Argon 90 % - 4 mm Planibel Top N+

0,7

0,6

T

A1

A2

R

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0

20

40

60

80

Úhel mezi normálou okna a slunečními paprsky q (° )

Obr. 2 – Optické vlastnosti zasklení - izolační dvojsklo bez žaluzií

Obr. 1 – Půdorys učebny s uspořádáním vnější fasády

Tepelné zisky Do simulačního modelu byl zadáván tepelný zisk od vnitřních zdrojů tepla v době přítomnosti osob (umělé osvětlení nebylo uvažováno). Učebna je navržena pro 30 žáků a 1 vyučujícího. Obsazenost učebny žáky se předpokládá z 90 % (27 žáků). V tab. 2 je uveden tepelný zisk vztažený na 1 žáka v závislosti na jeho věku při pobytu v místnosti, kde je udržována teplota 22 °C. Poměr mezi sálavou a konvektivní složkou tepelného toku je 50 / 50 %. Uvedené údaje byly stanoveny na základě tepelné bilance člověka [11]. Průtok venkovního vzduchu na žáka odpovídá větrání podle potřeby na základě koncentrace CO2 [3] (nejedná se o návrhovou hodnotu podle [13]).

Tab. 2 – Tepelný zisk a množství vzduchu na žáka Typ učebny ZŠ – I. st. SŠ

Věk dětí 10 let 18 let

Qcit,os [W/os] 57 95

Ve,os [m3/h.os] 12 20

Větrání a zpětné získávání tepla Množství vzduchu na osobu bylo stanoveno s ohledem na věk dítěte podle metodiky [18]. Uvedené průtoky vzduchu reprezentují větrání podle potřeby (na základě limitní koncentrace CO2), tedy reálné průtoky vzduchu, nikoliv návrhové podle [13]. Větrání učebny bylo uvažováno pouze ve všední den v době pobytu dětí tj. od 7.30 do 13.30. Průtok venkovního vzduchu do simulačního modelu je zadáván formou infiltrace venkovního vzduchu [7]. Při použití zpětného získávání tepla (dále jen ZZT) byl průtok venkovního vzduchu infiltrací přepočítán následovně (pro  = konst.) Ve,inf  Ve,vet 1   

(1)

Teplotní faktor  = 0 % odpovídá situaci, kdy větrací systém není vybaven ZZT, např. přirozené větrání nebo nucené podtlakové větrání. Hodnoty teplotního faktoru ZZT představují celoroční průměrnou hodnotu v době provozu zařízení. V tab. 3 je uveden seznam zkoumaných případů a jejich identifikace. Z hlediska teplotních podmínek v učebně byla uvažována teplota vnitřního vzduchu 22 °C v době pobytu žáků (s ideální regulací). Jedna z variant (22/16) předpokládá útlum vytápění v noční době od 18.00 do 7.00 hodin, kdy je nastavena teplota vnitřního vzduchu na 16 °C. Tab. 3 – Identifikace zkoumaných místností vXP _O_T T – teplota vnitřního vzduchu 22 = bez útlumu 22/16 = s útlumem 18 – 7 h O – orientace zasklení S = sever J = Jih P – provozní režim ZS = základní škola 1. st. SS = střední škola X – umístění učebny 1 = ve vnitřním traktu budovy 2 = rohová místnost VÝSLEDKY Potřeba energie na vytápění Potřeba energie pro ohřev venkovního vzduchu se běžně zahrnuje do potřeby energie na vytápění. Ve většině případů je obtížné tyto dvě hodnoty od sebe

oddělit, zejména v případech kdy do bilance vstupují tepelné zisky. K vyčíslení potřeby tepla na větrání byly realizovány simulační výpočty pro různé varianty provozu učebny: a) bez / s vnitřními zisky, b) bez / s větráním, c) bez / se ZZT. Výstupem simulačního výpočtu všech zkoumaných variant byla potřeba energie na vytápění za celý rok (vč. uvažování prázdnin a víkendů). Pro zkoumané učebny ZŠ a SŠ jsou výsledky pro všechny zkoumané varianty při všech provozních stavech v grafické podobě uvedeny v příloze A. Reálné provozy učebny představují varianty se započítáním vnitřních tepelných zisků. Z grafů je patrno proporční porovnání jednotlivých variant, vliv vnějších tepelných zisků (orientace učebny), vnitřních tepelných zisků a větrání. Zajímavé jsou výsledky simulačních výpočtů pro varianty bez větrání (ANO / 0 / 0) kdy se ukazuje, že potřeba energie na vytápění je, pro učebny orientované na jih, minimální. U variant s nočním útlumem (22/16) je patná nižší potřeba energie na vytápění. Pro analýzy potřeby tepla na větrání nebyly varianty s nočním útlumem použity. Potřeba energie na ohřev větracího vzduchu Potřeba energie na ohřev větracího vzduchu byla stanovena jako rozdíl příslušné varianty s větráním a bez větrání. Potřeba energie na ohřev větracího vzduchu byla vyhodnocována vždy v době chodu větracího zařízení. Výsledky pro všechny zkoumané varianty jsou zobrazeny v příloze B. Tyto výsledky slouží pro další dílčí analýzy. Na obr. 3 jsou výsledky zobrazeny jiným způsobem. Zde jsou vyneseny výsledky manuálního výpočtu [3] bez uvažování tepelných zisků a výsledky simulačních výpočtů s uvažováním pouze vnitřních a vnitřních i vnějších tepelných zisků v závislosti na teplotním faktoru ZZT. Podstatnou část tepelné ztráty větráním pokrývají tepelné zisky. Na obr. 4 jsou výsledky potřeby tepla na větrání všech sledovaných variant. Potřeba energie na ohřev větracího vzduchu modelové učebny vybavené nuceným větráním s teplotním faktorem min. 67 % je max. 131 kWh/rok (pro učebnu ve vnitřním traktu budovy) a 286 kWh/rok (pro učebnu rohovou). Při průměrné ceně tepelné energie 1,8 Kč/kWh (500 Kč/GJ), to představuje náklady ve výši max. 236 až 515 Kč/rok na učebnu (orientovanou na sever jako nejhorší možný případ) tj. 9 až 19 Kč/rok na žáka (!). Ve skutečnosti je patrná nižší, neboť ve výsledné bilanci se projeví i tepelný zisk od přívodního ventilátoru. Náklady spojené s pohonem ventilátorů jsou diskutovány v další části textu. Potřeba energie na ohřev větracího vzduchu s nuceným větráním se ZZT by tak neměla být překážkou pro jeho provoz.

Man. výpočet bez zisků + vnější tep. zisky

Sim_ZS_S + vnější zisky Sim_ZS_J + vnější zisky Sim_ZS_S + vnější i vnitřní zisky

1000

Sim_ZS_J + vnější i vnitřní zisky + vnitřní tep. zisky

500

0 0

20

40

60

80

100

Teplotní faktor ZZT [%]

Obr. 3a – Potřeba energie na ohřev venkovního vzduchu pro ZŠ (v1ZS_S_22 a v1ZS_J_22) Učebna SŠ 27 žáků, 20 m3/h.os Po až Pá, 8.00 až 13.00 hod ti = 22 °C, TRY pro Prahu

bez tepelných zisků

2500

+ vnější tep. zisky

2000

Man. výpočet bez zisků Sim_S + vnější zisky

Sim_J + vnější zisky Sim_S + vnější i vnitřní zisky

1500

Sim_J + vnější i vnitřní zisky + vnitřní tep. zisky

1000

500

0 0

20

40

60

80

100


Obr. 3b – Potřeba energie na ohřev venkovního vzduchu pro SŠ (v1SS_S_22 a v1SS_J_22) Potřeba tepla pro ohřev vzduchu [kWh/rok]

500 Učebny 27 žáků Po až Pá, 8.00 až 13.00 hod ti = 22 °C, TRY pro Prahu

400

v1ZS_S_22 v1ZS_J_22 v1SS_S_22

300

v1SS_J_22 v2ZS_S_22 v2ZS_J_22 v2SS_S_22

200

v2SS_J_22

100

0 50

60

67 70 73

80

Učebna ZŠ I. st. - Sever 27 žáků, 12 m3/h.os Po až Pá, 8.00 až 13.00 hod ti = 22 °C, TRY pro Prahu 500 Kč/GJ

600

80

60

SFP = 0 SFP = 1000 SFP = 2000 SFP = 3000

400

100

40

200

20 vč. tep. zisků

0 50

0 67 70 73

90


Obr. 5 – Potřeba energie na ohřev venkovního vzduchu při započítání ohřevu vzduchu ve ventilátoru (v1ZS_S_22) Náklady na ohřev vzduchu [Kč/rok na žáka]

Potřeba tepla pro ohřev vzduchu [kWh/rok]

3000


800

Náklady na ohřev vzduchu [Kč/rok na žáka]


1500

Náklady na ohřev vzduchu [Kč/rok na žáka]


Učebna ZŠ I. stupeň 27 žáků, 12 m3/h.os Po až Pá, 8.00 až 13.00 hod ti = 22 °C, TRY pro Prahu


obr. 5 (SFP je měrný příkon jednotky). Obdobně byly zpracovány i ostatní varianty.

2000

90

100


Obr. 4 – Potřeba energie na ohřev venkovního vzduchu (všechny varianty bez útumu) Ohřev vzduchu od ventilátoru Veškerá energie přívodního ventilátoru, který je spolu s elektromotorem umístěn v proudu vzduchu, se přemění na teplo a podílí se tak na ohřevu vzduchu. Předpokládáme, že přívodní ventilátor se na celkové spotřebě elektrické energie jednotky podílí právě jednou polovinou. Celková potřeba energie na ohřev venkovního vzduchu ponížená o příkon přívodního ventilátoru pro jednu ze zkoumaných variant (v1ZS_S_22) je znázorněna na

Výsledky jsou zobrazeny pro různé hodnoty SFP (barevné křivky). Černá přímka znázorňuje potřebu tepla bez uvažování tepelných zisků. Z analýz větracích jednotek na českém trhu (viz dále) bylo zjištěno, že většina jednotek dosahuje hodnot SFP do 3000 W.s/m3. U jednotek se SFP > 3000 W.s/m3 a  > 67 % není prakticky nutné vzduch dohřívat. To samozřejmě neznamená, že použití jednotek s vysokým příkonem (vysokou hodnotou SFP) je energeticky výhodné (viz dále). Cena za elektrickou energii je často vyšší, než cena za energii tepelnou. Na obr. 5 jsou rovněž vyčísleny i orientační náklady na ohřev větracího vzduchu pro zkoumanou učebnu na jednoho žáka. Výsledky zohledňují tepelnou zátěž i ohřátí vzduchu v přívodním ventilátoru. Jak již bylo uvedeno, cena za ohřev větracího vzduchu při použití nuceného větrání se ZZT je velmi nízká. Cena za tepelnou energii se může lišit podle použitého zdroje tepla nebo podle regionu (v případě použití CZT, které využívá cca 1/3 škol) [2], ve zkoumaném případě bylo uvažováno s cenou 500 Kč/GJ (1,8 Kč/kWh). Teplota vnitřního vzduchu Z výsledků simulačních výpočtů resp. průběhů teploty vnitřního vzduchu je patrno, že v učebnách zatížených tepelnými zisky (Obr. 6) dochází k výraznému nárůstu teploty vnitřního vzduchu prakticky ve všech zkoumaných případech, kdy jsou učebny orientované na jih (Obr. 6b) a to i během zimního období. Ke zvýšení teploty vnitřního vzduchu dochází i v případech, kdy je využit výměník ZZT s vysokým teplotním faktorem (účinností). Používání výměníků s vysokým teplotním faktorem však nařizuje směrnice o Ecodesignu větracích jednotek [12]. Uvedený problém je nutné řešit vhodným návrhem a regulací jednotky (viz diskuze).

28

140

ZŠ I. stupeň v1ZS_S_22/16

0 / ANO / 0

120

ANO / 0 / 0

110

ANO / ANO / 0

ti

90

80

22

70 60 50

20

40 30

18

20 10

16

0

te

-10

14

-20 1.2

6.2

11.2

16.2

21.2

26.2

3.3

8.3

Čas

Obr. 6a – Průběh teploty vzduchu v učebně pro vybranou variantu: v1ZS_S_22/16 36

60

ZŠ I. stupeň v1ZS_J_22/16

20

3 - vnitřní zisky / bez větrání

30

5 - vnitřní zisky / větrání ZZT 67%

120 110

4 - vnitřní zisky / větrání ZZT 0%

100

SFP = 1000 SFP = 2000 SFP = 3000 Dp=50Pa

0 50

60

67 70 73

80

90

100


Obr. 7 – Parametry větracích jednotek (v1ZS_S_22)

90

28

80 70

ti

26

Učebna ZŠ - sever - roh 27 žáků, 12 m3/h.os Po až Pá, 8.00 až 13.00 hod ti = 22 °C, TRY pro Prahu 500 Kč/GJ; 4,25 Kč/kWh V= 350 m3/h

SFP = 0

130

Teplota venkovního vzduchu te [°C]

1 - bez zisků / větrání ZZT 0 %

32

s uvažováním tepelných zisků

40

140 0 - bez zisků / bez větrání

34

Teplota vnitřního vzduchu ti [°C]

Náklady na nucené větrání [Kč/rok na žáka]

100

ANO / ANO / 67

24

náklady. Zásadní roli zde hraje příkon navržené jednotky.

60

24

50 40

22

30

20

20

18

10

te

0

16

-10

14

Řízené větrání Celkové množství přeneseného tepla prostupem a větráním vč. tepelných zisků učebny Qc je možné stanovit na základě zjednodušené tepelné bilance zahrnující tepelnou ztrátu prostupem Qztr,p, větráním Qztr,vět a vnitřní tepelné zisky Qz,i.

-20 1.2

6.2

11.2

16.2

21.2

26.2

3.3

8.3

Čas

Obr. 6b – Průběh teploty vzduchu v učebně pro vybranou variantu: v1ZS_J_22/16 DISKUZE Náklady na provoz nuceného větrání Na obr. 7 jsou vyneseny náklady (potřeba tepelné a elektrické energie) na větrání vztažené na jednoho žáka ZŠ (vnitřní učebna v1ZS_S_22), při započítání potřeby elektrické energie pro pohon jednotky. Body v grafu představují konkrétní parametry větracích jednotek. Pro účely tohoto článku bylo analyzováno 19 lokálních větracích jednotek se zpětným získáváním tepla dostupných na českém trhu (bez bližší specifikace) se jmenovitým průtokem 350 m3/h (pro učebnu ZŠ), 500 m3/h (pro učebnu SŠ) dopravní tlak jednotek byl uvažován 50 Pa (cena za elektrickou energii byla uvažována 4,25 Kč/kWh). Technické údaje tj. příkon a účinnost ZZT byly převzaty z webových stránek výrobců vzduchotechnických jednotek. Z obr. 7 je zřejmé, že většina jednotek dosahuje hodnot SFP do 3000 W.s/m3. Náklady na provoz větrání při použití konkrétní lokální větrací jednotky se ZZT ( ≥ 67 %) se pohybují v rozmezí od 10 do 43 Kč/rok na žáka pro učebnu ZŠ a SŠ umístěnou ve vnitřním traktu budovy, orientovanou na sever. Rohová učebna orientovaná na sever vykazuje o 10 Kč vyšší náklady, tj. maximálně 53 Kč/rok na žáka. Jak je vidět náklady na větrání závisí na typu jednotky, resp. jejím měrném příkonu SFP a účinnosti ZZT. Z obr. 7 je zřejmé, že vyšší teplotní faktor ZZT nemusí znamenat nutně nižší provozní

Qc  Qz ,i  Qztr ,vět  Qztr , p

(2)

Záporné hodnoty veličin Q v rovnici (2) znamenají tepelnou ztrátu, kladné hodnoty tepelný zisk. Pro zjednodušení v úvahách opomineme tepelné zisky od oslunění (uvažujeme místnost orientovanou na sever, kde jsou zisky od oslunění v zimě zanedbatelné - viz výše) i akumulaci tepla do stavební konstrukce. Na obr. 8 je tepelná bilance řešené učebny SŠ vybavené větr. jednotkou ( = 80 %, 20 m3/h.žáka). I přes to, že opomíjíme oslunění je zřejmé, že po většinu roku jsou obě učebny zatíženy tepelnými zisky – výsledná bilance je kladná (červená závislost). Jak naznačují simulační výpočty (obr. 6), v důsledku toho bude teplota vzduchu v učebně stoupat. 3,0 Učebna SŠ 27 žáků + 1 vyučující 20 m3/h.žáka ti = 22 °C,  = 80 %

2,0

Tepelná ztráta (-) / zisk (+) [kW]

Teplota vnitřního vzduchu ti [°C]

26

130

Teplota venkovního vzdchu te [°C]

0/0/0

1,0

0,0

-1,0 Tepelná ztráta prostupem Tepelná ztráta větráním

-2,0

Tepelné zisky vnitřní Celkem

-3,0 -15

-10

-5

0

5

10

15

Teplota venkovního vzduchu [°C]

Obr. 8 – Tepelná bilance učebny SŠ

20

Uvedené úvahy vedou na nutnost řízeného větrání učeben tak, aby výsledná bilance (2) byla pokud možno nulová (Qc = 0) viz obr. 9. Uplatní se zde regulace průtoku vzduchu a rovněž regulace teploty přiváděného vzduchu pro změnu tepelné ztráty větráním Qztr,vět (vyznačeno na obr. 9). Nedílnou součástí větracího systému tak musí být zařízení pro regulaci výkonu výměníku ZZT (řízená obtoková klapka) i vhodná výusť pro rozptýlení přiváděného (chladného) vzduchu v prostoru. Pro teploty te > 13 °C se již v maximální míře může uplatnit přirozené větrání s vyššími průtoky vzduchu. Z hlediska potřeby energie na vytápění to nepředstavuje žádný problém, neboť otopná soustava již není v provozu. Na obr. 9 není tato možnost zohledněna. 3,0 Tep. ztráta prostupem

Tepelná ztráta (-) / zisk (+) [kW]

2,0

Učebna SŠ 20 m3/h.žáka ti = 22 °C, tp = var.

Tepelná ztráta větráním Tepelné zisky vnitřní

1,0

Celkem

0,0

-1,0

-2,0

-3,0 -15

-10

-5

0

5

10

15

20

Teplota venkovního vzduchu [°C]

Obr. 9 – Tepelná bilance učebny SŠ – řízené větrání ZÁVĚRY Kromě udržování kvality vnitřního ovzduší přispívá větrání k odvodu tepelné zátěže a zabraňuje přehřívání místností a to i během zimních měsíců. Ukazuje se, že většinu roku je potřeba do učeben přivádět vzduch o nižší teplotě, než je teplota vzduchu v místnosti což vede na úvahy o nutnosti použití vysokých faktorů výměníků ZZT a jejich přínosu. Zařízení s nižším teplotním faktorem ZZT bude pravděpodobně disponovat menší tlakovou ztrátou, což v důsledku vede na nižší příkony ventilátorů. Jak bylo ukázáno, stěžejním z hlediska nákladů je potřeba elektrické energie pro jejich pohon. Řešením s ohledem na „platnost Ecodesignu“ je řízené větrání s možností regulace průtoku vzduchu a teploty přiváděného vzduchu (podle CO2 a teploty vzduchu v místnosti). Pro regulaci teploty přiváděného vzduchu je potřeba využívat řízeného obtoku výměníku ZZT. Příspěvek se nezabývá spotřebou energie, která bude ovlivněna typem zdroje tepla, otopné soustavy, ztrátami tepla v rozvodech apod. což jsou okrajové podmínky, které nebyly analyzovány.

PODĚKOVÁNÍ Příspěvek vznikl za podpory projektu SGS16/212/OHK2/3T/12 - Modelování, řízení a navrhování zařízení techniky prostředí. LITERATURA [1] BAKÓ-BIRÓ, Zs, et al. Ventilation rates in schools and pupils’ performance. Building and Environment, 2012, 48: 215-223. [2] BEGENI, M., ZMRHAL, V. Dotazníkový průzkum stavu školských budov. In: portál TZB info. ISSN 1801-4399. 2015. [3] BEGENI, M., ZMRHAL, V. Potřeba energie pro větrání učeben. In: Vytápění, větrání, instalace. 2015, roč. 24, č. 5, s. 218-222. ISSN 1210-1389 [4] DAISEY, J. M.; ANGELL, W. J.; APTE, M. G. Indoor air quality, ventilation and health symptoms in schools: an analysis of existing information. Indoor air, 2003, 13.1: 53-64 [5] DRKAL, F., ZMRHAL, V. Větrání. Vysokoškolské skriptum. Česká technika nakladatelství ČVUT v Praze. 2013. ISBN 97880-01-05181-8. [6] MENDELL, M. J., et al. Association of classroom ventilation with reduced illnessabsence: a prospective study in California elementary schools. Indoor air, 2013, 23.6: 515 528. [7] PROCHÁZKA, J., ZMRHAL, V. ZBOŘIL, V. Potřeba tepla na větrání pasivního domu. In: Simulace budov a techniky prostředí 2014 sborník 8. konference IBPSA-CZ. 2014. ISBN 978-80-260-7209-6. [8] SIMONI, M., I. ANNESI-MAESANO, T. SIGSGAARD, et al. School air quality related to dry cough, rhinitis and nasal patency in children. European Respiratory Journal [online]. 2010, 35(4), 742-749 [cit. 2016-09-21]. ISSN 09031936. [9] SUN, Y., Y. ZHANG, L. BAO, Z. FAN a J. SUNDELL. Ventilation and dampness in dorms and their associations with allergy among college students in China: a case-control study. Indoor Air [online]. 2011, 21(4), 277-283 [cit. 2016-09-21]. ISSN 09056947. [10] WARGOCKI, P, WYON D., P., a P. Ole FANGER. The performance and subjective responses of call-center operators with new and used supply air filters at two outdoor air supply rates. Indoor Air [online]. 2004, 14(s8), 7-16 ISSN 0905-6947 [11] ZMRHAL, V. Produkce tepla od lidí jako podklad pro energetické simulační výpočty. Dosud nepublikováno.

[12] Nařízení Komise (EU) č. 1253/2014 ze dne 7. července 2014, kterým se provádí směrnice Evropského parlamentu a Rady 2009/125/ES, pokud jde o požadavky na ekodesign větracích jednotek. [13] Vyhláška č. 410/2005 Sb., o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých ve znění pozdějších předpisů (Vyhláška č. 343/2009 Sb.). [14] ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce - Tepelný odpor a součinitel prostupu tepla - Výpočtová metoda. ÚNMZ, 2008. [15] ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky. ÚNMZ, 2011. [16] ČSN 12 831 Tepelné soustavy v budovách Výpočet tepelného výkonu. ÚNMZ, 2005. [17] The ESP-r System for Building Energy Simulation – User Guide Version 10 Series. Glasgow: University of Strathclyde. [18] Metodický pokyn pro návrh větrání škol. SFŽP. 2015. [19] Program LBL Window 6.3 dostupný na adrese .

PŘEHLED OZNAČENÍ c měrná tepelná kapacita [J·kg–1·K–1] I intenzita větrání [h–1] Q tepelný tok [W] S plochy stěny [m2] SFP měrný příkon VZT jednotky [W·s·m–3] t teplota [°C] U součinitel prostupu tepla [W·m–2·K–1] V objemový průtok vzduchu [m3·h–1]  hustota [kg·m–3]  teplotní faktor ZZT [-]

PŘÍLOHA A – POTŘEBA ENERGIE NA VYTÁPĚNÍ ZŠ I. STUPEŇ

SŠ 5000

v1ZS_S_22

4500

v1ZS_J_22

4000

v1ZS_S_22/16 v1ZS_J_22/16

3500 3000 2500 2000 1500 1000

Potřeba tepla na vytápění [kWh/rok]


Var. 1 – Učebna vnitřní

5000

v1SS_S_22

4500

v1SS_J_22

4000

v1SS_S_22/16 v1SS_J_22/16

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

500

0

0 0/0/0

0 / ANO / 0

0 / ANO / 67

ANO / 0 / 0

0/0/0

ANO / ANO / 0 ANO / ANO / 67

0 / ANO / 0

v2ZS_S_22 v2ZS_J_22

v2ZS_S_22/16

5000

v2ZS_J_22/16

4000 3000 2000 1000

0 / ANO / 0

0 / ANO / 67

ANO / 0 / 0


v2SS_S_22 v2SS_J_22

v2SS_S_22/16

5000

v2SS_J_22/16

4000 3000 2000 1000

0 0/0/0

ANO / 0 / 0

6000



Var. 2 – Rohová učebna

6000

0 / ANO / 67

Vnitřní zisky / Větrání / ZZT [%]


0


0/0/0

0 / ANO / 0


0 / ANO / 67

ANO / 0 / 0



PŘÍLOHA B – POTŘEBA ENERGIE NA OHŘEV VĚTRACÍHO VZDUCHU ZŠ I. STUPEŇ SŠ 2000

v1ZS_S_22

1800

v1ZS_J_22

1600

v1ZS_S_22/16

1400

v1ZS_J_22/16

1200 1000 800 600 400

Potřeba tepla na větrání [kWh/rok]


Var. 1 – Učebna vnitřní

2000

v1SS_S_22

1800

v1SS_J_22

1600

v1SS_S_22/16

1400

v1SS_J_22/16

1200 1000 800 600 400 200

200

0

0 0

67

0

73

v2ZS_J_22

2000

v2ZS_S_22/16

1800

v2ZS_J_22/16

1600

1400 1200 1000 800 600

v2SS_S_22

2200


v2ZS_S_22

2200


73

2400

2400

Var. 2 – rohová učebna

67

ZZT [%]

ZZT [%]

v2SS_J_22

2000

v2SS_S_22/16

1800

v2SS_J_22/16

1600

1400 1200 1000 800 600 400

400

200

200

0

0 0

67

ZZT [%]

73

0

67

ZZT [%]

73

POTŘEBA ENERGIE NA VĚTRÁNÍ UČEBEN A ENERGETICKÝ PŘÍNOS ZPĚTNÉHO ZÍSKÁVÁNÍ TEPLA

Recommend Documents