ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. 125TBA1 Vytápění. Prof. Ing. Karel Kabele, CSc. A227b konzultace: středa 9-10

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov

125TBA1 – Vytápění Prof. Ing. Karel Kabele, CSc. A227b konzultace: středa 9-10 125TBA1 - prof. Karel Kabele

ČLOVĚK

TERMIT 5𝑚 5 𝑚𝑚

1

= 1000

love-to-animals.blog.cz

http://www.garystpc.com

828 𝑚 1,8 𝑚

0 kW

http://www.svobodnymonitor.cz/zpravy/termitiste-jsou-pryidealnim-bydlenim-budoucnosti-architekti-napodobujihmyz/

= 460

40 000 kW

125TBA1 - prof. Karel Kabele

2

1

Vytápění - Historie 700 př.n.l - 0 Hypocausta

Turecko,Foto autor

Hypocaustum (řecky „vytápění zdola“) A - topeniště (praefurnium), B - dutina zdvojené podlahy, C - nosné sloupky cca 80 cm, D - podlahové desky, E - vytápěná místnost (kaldárium), F - komíny ve stěnách

Santorini, Řecko, Foto autor


3

Vytápění - Historie - středověk • Krby, kamna

ČR,Český Krumlov,Foto autor

ČR, Mostov,Foto autor

ČR, Mostov,Foto autor Foto autor

ČR,,Foto autor


4

2

Vytápění - Historie 18-19.století parní soustavy

J.Pacold: Konstrukce pozemního stavitelství, Praha 1901


5

Historie 20.století

J.Pacold: Konstrukce pozemního stavitelství, Praha 1901


6

3

Historie 20.století teplovodní soustavy Parní soustavy jsou nahrazovány teplovodními – použití elektrické energie, čerpadel, regulace

Teplovodní kotel Strebl z roku 1927

Foto: Autor


7

1900-1945


8

4

Vytápění - současnost • Teplovodní otopné soustavy • Plynové kotle řízené elektronikou • Otopné plochy umístěné v podlaze, stěnách, stropech • Počítačové modely chování systémů


9

Vytápění - současnost


10

5



12



13

6

Vliv umístění tělesa na obraz proudění vzduchu v místnosti


14

Systémy vytápění Energonositel

Paliva

Zdroj tepla

Topidla

Přenos tepla

Přímo zdrojem

• Uhlí • Zemní plyn • Bioplyn • Biomasa • Topný olej

Kotle

Teplovodní otopná soustava

Energie prostředí

Kogenerační jednotky

Horkovodní otopná soustava

• Solární energie • Geotermální energie • Energie vody, země, vzduchu

Fototermické kolektory

Parní otopná soustava

Elekřina

Tepelná čerpadla

Vytápění prostoru

Otopná tělesa • Desková • Článková • Trubková • Konvektory • Sálavé panely Otopné plochy

Teplovzdušné vytápění


• Podlahové vytápění • Stropní vytápění • Stěnové vytápění Přímé sdílení •Kamna •Krby •Plynová topidla •Elektrická topidla •Zářiče •Vzduch

15

7

Lokální vytápění Vše v jedné místnosti Energonositel

Zdroj tepla

Přenos tepla



16

Etážové vytápění Vše v jednom podlaží Energonositel

Zdroj tepla

Přenos tepla



17

8

Ústřední vytápění Vše v jedné budově Energonositel

Zdroj tepla

Přenos tepla



18

Dálkové vytápění Energonositel

Zdroj tepla

Přenos tepla


Distribuční soustava

Zdroj tepla

Vše v jednom sídelním celku 19


9

TEORETICKÝ ZÁKLAD 125TBA1 - prof. Karel Kabele

20

Základy termokinetiky • Teplo, tepelná energie – Forma přenosu energie související s neuspořádaným pohybem částic soustavy

• Teplota – Stavová veličina, vyjadřující střední kinetickou energii částic hmoty • Termodynamická /Kelvin/ T [K] • Celsius t [°C] t= T-273,15 • Fahrenheit [°F] 1°F=5/9°C (°F-32).5/9=°C 125TBA1 - prof. Karel Kabele

21

10

Základní zákony termodynamiky • O.zákon – Existuje stavová veličina TEPLOTA. Dvě soustavy v termodynamické rovnováze mají stejnou teplotu. – Dvě soustavy v tepelném kontaktu mění své fyz. parametry tak dlouho, dokud nenastane rovnováha vyjádřená stejnou teplotou.


22

Základní zákony termodynamiky • 1.zákon – Součet energií všech hmotných objektů izolované soustavy je konstantní

• 2.zákon – Teplo se šíří samovolně z místa vyšší teploty do místa s nižší teplotou.

• 3.zákon – Žádným konečným pochodem nelze dosáhnout absolutní nuly


23

11

Sdílení tepla v prostoru • Vedení (kondukce) – Sdílení uvnitř pevných těles, Biot-Fourierův zákon

• Proudění (konvekce) – Sdílení tepla makropohybem molekul a jejich shluků – Pohybem tekutiny a přenos z povrchu pevného tělesa do tekutiny a naopak – Newton-Richman, Fourier-Kirchhof

• Prostup = proudění+vedení+proudění – Sdílení tepla mezi dvěmi tekutinami oddělenými stěnou 125TBA1 - prof. Karel Kabele

24

Sdílení tepla v prostoru • Sálání (radiace) – Přenos tepla elektromagnetickým vlněním – Nevyžaduje hmotu – Stefan-Boltzmannův zákon Sazima a kol: Technický průvodce – Sdílení tepla


25

12

VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ BUDOV • Teorie vnitřního prostředí budov – – – – –

Tepelně vlhkostní mikroklima Akustické mikroklima Psychické mikroklima Světelné mikroklima Elektrostatické mikroklima a další.

• Tepelně-vlhkostní mikroklima – Stav vnitřního prostředí z hlediska tepelných a vlhkostních toků mezi člověkem a okolím

• Tepelná pohoda – Tepelná rovnováha mezi člověkem a okolím


26

Člověk z hlediska tepelné energie • Zdroj tepla Qm – metabolické teplo

• Sdílení tepla s okolím Qz – – – – –

Dýchání Konvekce Radiace Kondukce Evaporace

T p

T

• Rovnice tepelné bilance lidského organismu Qm=Qz pohoda Qm>Qz horko Qm
a


27

13

Co ovlivňuje tepelnou pohodu • Člověk – Tepelná produkce metabolismu – Tepelný odpor oděvu

• Místnost – Teplota vzduchu – Povrchová teplota okolních stěn – Rychlost proudění vzduchu – Vlhkost vzduchu


28

ENERGETICKÉ VÝPOČTY PRO VYTÁPĚNÍ 125TBA1 - prof. Karel Kabele

36

14

Podklady pro navrhování vytápění - energetické výpočty • Výpočet tepelného výkonu [kW] – Předběžný výpočet – ČSN EN 12831 Tepelné soustavy. Stanovení tepelného výkonu

• Výpočet roční potřeby energie [kWh, GJ] – Denostupňová metoda – ČSN EN13790 Energetická náročnost budov - Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení – Zákon č. 406/2000 Sb, Vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov (Průkaz energetické náročnosti)

•

Matematické modelování – Porovnání variant řešení – Nestandardní řešení 37


Výpočet tepelného výkonu kW

GJ/s

38


15

Tepelný výkon • Tepelný výkon – pro navržení velikosti zdroje a otopných ploch • Stanovuje se na základě tepelných ztrát • Předběžný výpočet – na úrovni studie • Podrobný výpočet – projekt stavby

39


Předběžný výpočet tepelného výkonu – Pro celou budovu, stanovení výkonu zdrojů – Obálková metoda • Celou budovu uvažuji jako jednu místnost s danou průměrnou teplotou • Prostup tepla jednotlivými obalovými konstrukcemi • Ztráta větráním

40


16

ČSN EN 12831 Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu • Norma popisuje výpočet návrhového tepelného výkonu pro: – vytápěný prostor pro dimenzování otopných ploch – budovu nebo část budovy pro dimenzování tepelného výkonu Výpočet pro standardní případy - výška místností do 5 m, vytápění do ustáleného stavu x zvláštní případy: budovy s vysokou výškou stropu nebo rozdílnou teplotou 41


ČSN EN 12831 – Postup výpočtu a)

Stanovení základních údajů: – výpočtové venkovní teploty – průměrné roční venkovní teploty

b)

Určení každého prostoru budovy: vytápěný ( teplota), nevytápěný

c)

Stanovení: rozměrových vlastností a tepelných vlastností • všech stavebních částí pro každý vytápěný a nevytápěný prostor.

d)

Výpočet návrhových tepelných ztrát prostupem: • (návrhový součinitel tepelné ztráty prostupem x návrhový rozdíl teplot)

e)

Výpočet návrhových tepelných ztrát větráním: • (návrhový součinitel tepelné ztráty větráním x návrhový rozdíl teplot)

f)

Výpočet celkové tepelné ztráty: (návrhová tepelná ztráta prostupem + návrhová tepelná ztráta větráním)

g)

Výpočet zátopového výkonu: (dodatečný výkon potřebný pro vyrovnání účinků přerušovaného vytápění)

h)

Výpočet návrhového celkového tepelného výkonu: (celkové návrhové tepelné ztráty + zátopový výkon) 42


17

ČSN EN 12831 – Veličiny • Značení veličin: θ .…teplota (°C) [théta] Φ…tepelná ztráta, výkon (W) [velké fí] H…součinitel tepelné ztráty (W/K) ψ…lineární součinitel prostupu tepla (W/m.K) Q…množství tepla (J)

43


ČSN EN 12831 - Veličiny Výsledná teplota Θo = aritmetický průměr teploty

vnitřního vzduchu a průměrné teploty sálání. Výpočtová vnitřní teplota Θint = výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru Předpokládá se, že za běžných podmínek jsou obě teploty sobě rovné.

44


18

ČSN EN 12831 - Klimatické údaje (NA) NA = národní příloha

45


ČSN EN 12831 - Výpočtová vnitřní teplota (NA)

Výpočtová vnitřní teplota θ int,i = výsledná teplota ve středu prostoru ve výšce 0,6 -1,6m

Vyplývá z požadavku na zajištění tepelné pohody.. 46


19

ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát • Celková návrhová tepelná ztráta (W)

i = T,i + V,i

T,i ….. návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i …..návrhová tepelná ztráta větráním 125TBA1 - prof. Karel Kabele

47

ČSN EN 12831 Prostup tepla T ,i  ( HT ,ie  HT ,iue  H T , ig  H T , ij )  (int, i   e )

H…součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int…..vnitřní prostor i……..vytápěný prostor e…….vnější, venkovní u…….nevytápěný prostor g…….zemina, půda j……...vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu)48


20

ČSN EN 12831 Ztráta větráním

V ,i  HV ,i  (int,i  e ) HV ,i  Vi    cp H…součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi…výměna vzduchu (m3/s)


52

Vmech,inf

Vinf

Vex

Vmin

Vsu

Vinf Vmin

Vinf


53

21

ČSN EN 12831 Větrací vzduch Vmin…hygienické množství

Vmin, i  n min .Vi nmin (h-1)

Druh místnosti Obytná místnost (základní)

0,5

Kuchyně nebo koupelna s oknem

1,5

Kancelář

1,0

Zasedací místnost, školní třída

2,0


54

ČSN EN 12831 Návrhový tepelný výkon Pro vytápěný prostor: HL,i = T,i + V,i + RH,i (W) Pro budovu nebo část budovy:

HL =  T,i +  V,i +  RH,i (W) T,i …návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i …návrhová tepelná ztráta větráním (* pro budovu redukováno maximum) RH,i …zátopový tepelný výkon při přerušovaném vytápění 125TBA1 - prof. Karel 55

Kabele

22

Výpočet roční potřeby tepla kWh, GJ, MJ


57

Otopné období x dodávka tepelné energie •

Otopné období začíná 1. září a končí 31. května následujícího roku. – Období, kdy systémy vytápění musí být v „pohotovosti“, tzn. jsou připraveny dodávat tepelnou energii do budovy. Je stanoveno pevně bez ohledu na počasí.

•

Dodávka tepelné energie během otopného období – se zahájí v otopném období, když průměrná denní teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě poklesne pod + 13 ºC ve dvou dnech po sobě následujících a podle vývoje počasí nelze očekávat zvýšení této teploty nad +13 ºC pro následující den. – Vytápění bytů a nebytových prostor v bytových a nebytových budovách se omezí nebo přeruší v otopném období tehdy, jestliže průměrná denní teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě vystoupí nad +13 ºC ve dvou dnech po sobě následujících a podle vývoje počasí nelze očekávat pokles této teploty pro následující den. Při následném poklesu průměrné denní teploty venkovního vzduchu pod +13 ºC se vytápění obnoví.

𝜃𝑒𝑑 =

𝜃𝑒7 + 𝜃𝑒14 + 2 ∙ 𝜃𝑒21 4

Vyhláška 194/2007 Sb. ve znění 237/2014 Sb 125TBA1 - prof. Karel Kabele

58

23

Roční průběh potřebného výkonu

59


ČSN EN 12831 - Klimatické údaje (NA) NA = národní příloha

60


24

Roční potřeba tepla na vytápění • Denostupňová metoda HL = návrhový výkon

R 

24. HL . .D I E



ei .et .ed  r . o

D  ( I   M , E )  d

ei -nesoučasnost infiltrace a prostupu (0,8 -0,9) et -snížení teploty během dne (0,8 - 0,7) ed -zkrácení doby s vyt. přestávkami (0,8 - 1) d – počet dnů otopného období ϴI - průměrná výpočtová teplota v budově ηr -účinnost rozvodů (0,95 - 0,98) ϴM,E - průměrná venkovní teplota v otopném ηo -účinnost obsluhy (0,9 - 1) období d – počet dnů otopného období ϴE - venkovní výpočtová teplota 125TBA1 - prof. Karel Kabele

61

ČSN EN ISO 13790 Tepelné chování budov - výpočet potřeby tepla na vytápění

62


25

Energetická bilance budovy

63


•Proměnné klimatické podmínky •Prostup a větrání •Vnitřní a vnější zisky •Účinnost výroby a distribuce energie

Roční potřeba energie a potřeba tepla

•ČSN EN 13790 •Předpokládaná spotřeba paliva •Certifikace budov

GJ, kWh

64


26

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. 125TBA1 Vytápění. Prof. Ing. Karel Kabele, CSc. A227b konzultace: středa 9-10

Recommend Documents