VYUŽITÍ DYNAMICKÝCH POČÍTAČOVÝCH SIMULACÍ PRO ZPŘESNĚNÍ NĚKTERÝCH VSTUPNÍCH ÚDAJŮ A SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ HLAVNÍCH MĚŘENÍ Ing. Lucie Šancová a kolektiv k l kti výzkumného ý k éh úkolu úk l VAV VAV-SP-3g5-221-07 SP 3 5 221 07
1. 2.
1. Simulační nástroje 2. Příklady využití dynamických simulací
3. 4. 5. 6.
3. Měření v panelových domech 4. Závěr
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Simulační nástroje
Výpočet ENB – statické matematické modely
Standardní hodnotící nástroje 1. 2. 3.
- statické matematické modely modely, ustálený stav - výpočet tepelné ztráty objektu t í roční č í potřeby tř b a spotřeby tř b energie i - stanovení - výpočet dle normy: ČSN EN ISO 13 790 Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění
4.
- okrajové podmínky: TNI 73 0329 (rodinné domy) TNI 73 0330 (bytové domy)
5. - software: Svoboda SW - Energie 2010 6.
NKN (národní kalkulační nástroj) Protech
Hodnotící nástroje energetické náročnosti budov
1. stavební objekt se hodnotí jjako výrobek …
2. 3. 4. 5. 6.
spotřeba energie za „laboratorních“ podmínek … jako lednička ve výrobě
Hodnotící nástroje energetické náročnosti budov
REÁLNÝ STAV BUDE JINÝ …. 1.
j zabudovaná vedle sporáku, p , často Na lednici svítí slunce,, je se otevírá, je plná k prasknutí, neodmrazuje se, …
2. 3.
laboratoř
reálný stav
4. 5. Bude B d spotřeba tř b v reálném ál é provozu vyšší? šší? nižší? ižší? 6.
?
Hodnotící nástroje energetické náročnosti budov
REÁLNÝ STAV BUDE JINÝ …. 1. 2.
Na objekt působí také celá řada vlivů - svítí slunce, je stíněný objekty, lidé otvírají okna, zatahují žaluzie, systémy TZB se automaticky regulují, … reálný stav
„laboratoř“
3. 4.
?
5. Bude spotřeba v reálném provozu vyšší? nižší? 6. É SIMULACE DYNAMICKÉ
Výpočet ENB – dynamické matematické modely
Dynamické simulační modely 1.
- dynamický výpočet zohledňuje časovou závislost parametrů - proměnné okrajové podmínky (klimatické, chování uživatel, větrání)
2. 3. 4. 5. 6.
nedýchatelno
- předpověď reálného chování budovy - hodnocení kvality vnitřního prostředí - řešení nestandardních případů - výpočetní krok: ~ min, hod
teplo
zima
Dynamické matematické modely – postup výpočtu
Vstupní parametry
Dynamický výpočet
40
140
30
120
20
100
10
80
0 1
40
-20
20
rok (8760 hodin)
hodinová klimatická data
0 Jan
neomezené množství zón vlastnosti konstrukcí c, λ, ρ
4. 5.
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Jan
Date: Fri 01/Jan to Fri 31/Dec
roční spotřeba tepla na vytápění posouzení vlivů: zateplení výměna zateplení, oken, větrání, …
pomocné energie (chlazení, osvětlení, elektřina)
uživatelské profily (pohyb osob)
hodinové průběhy teplot
vnitřní zisky, produkce vlhkosti, produkce CO2
CO2, rh
systémy TZB
6.
Feb
Room heating plant sens. load: (panel_vvueta_praha_1974.aps)
tvar objektu a orientace
3.
60
668 1335 2002 2669 3336 4003 4670 5337 6004 6671 7338 8005 8672
-10
2.
Výstupní parametry Sys load (kW)
1.
teplota oC
Průběh teploty
PPD PMV PPD,
Dynamické matematické modely – přehled softwaru
Komplexní analýza chování budovy 1.
ECOTECT
2. 3. 4. 5. 6.
stínění objektů – byty v dolních patrech mají menší solární pasivní zisky v zimě větší spotřebu energie na vytápění
Dynamické matematické modely – přehled softwaru
Komplexní analýza chování budovy 1. 2.
IES VE IES
SketchUp - 3D model
3. 4. 5. 6. r ENERGY+ další SW: ESP ESP-r, ENERGY+, …
Dynamické matematické modely – přehled softwaru
Analýza dílčích komponent 1. CFD -
PV*Sol
T*Sol
2. 3. 4. 5. 6.
chování vnitřního prostředí (proudění vzduchu) další SW: TRNSYS, TRNSYS Fluent Fluent, …
výpočet solárních systémů
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Příklady využití dynamických simulací
1) Spotřeba tepla na vytápění jednotlivých bytů – IES
1. 2. 3. 4. 5. 6.
- vícezónový simulační model, 12 typových zón v objektu - tvorba 3D modelu: SketchUp - dynamický d i ký výpočet: ý č t IES IES VE - porovnání vlivu zateplení jednoltivých bytů
1) Spotřeba tepla na vytápění jednotlivých bytů – IES
Jednozónový model
Spotřeba tepla na vytápění 160
1. spotřeba tepla (MWh) s
140
2.
120 100 80 60 40 20 0.29
0.27
0.25
0.23
0.21
0.19
0.17
0.15
0.13
0.11
0.09
0.07
0.05
0.03
0.01
0
tl. tepelné izolace od 1 do 30 cm
3.
Vícezónový model – IES 4.
160
100 80 60 40 20
střední byty malé
tl. tepelné izolace od 1 do 30 cm
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.2
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0
0.02
6.
horní a krajní byty velké
120
0
5.
spotřřeba tepla (MWh)
140
2) Letní přehřívání místností – IES
1.
- zateplení objektu - vícezónový model
přehřívání bytů ??? …kterých???
tloušťka tepelné izolace [m]
tloušťka tepelné izolace [m]
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.2
0.18
0.16
0.14
0.12
0 0.1
0.3
0.28
0.26
0.24
0.22
0.2
0.18
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0
500
0.08
200
0.06
400
1000
0.04
600
1500
0.02
800
2000
0
1000
0.04
6.
1200
0.02
5.
1400
0
4.
- řešení: použití markýzy? počett hodin>26°C
3.
spotře eba (tepla a [kWh] )
2.
3) Vliv zasklívání lodžií – Flovent
- validace modelu: měření v panelovém objektu Ondříčkova, Praha 3 1. 2. 3. 4. 5. 6.
- lodžie zasklená se spárami mezi skly - měření - teploty vzduchu na lodžii - teploty vzduchu v exteriéru - povrchové teploty zasklení - povrchové teploty v rohu lodžie - relativní e at vlhkosti ost na a lodžii od - relativní vlhkosti v exteriéru
3) Vliv zasklívání lodžií – výsledky měření
1.
- výsledky měření: teplota na lodžii o ~ 5 °C vyšší než v exteriéru při te < 0 °C překročeny hodnoty rosného bodu
2.
30,0 zavřená lodžie
otevřená lodžie
zavřená lodžie
25,0
3. 20,0
4.
15,0
pokoj1 pokoj2 k j2 zaskle lodžie exterier rosný bod v lodžii
10 0 10,0
5.
5,0
-5,0
-10,0
6:00:00
3:00:00
0:00:00
21:00:00
18:00:00
15:00:00
9:00:00
12:00:00
6:00:00
3:00:00
0:00:00
21:00:00
18:00:00
15:00:00
9:00:00
12:00:00
6:00:00
3:00:00
0:00:00
21:00:00
18:00:00
15:00:00
9:00:00
12:00:00
6:00:00
3:00:00
0:00:00
21:00:00
18:00:00
15:00:00
9:00:00
12:00:00
6:00:00
3:00:00
0:00:00
6.
21:00:00
0,0
kondenzace
3) Vliv zasklívání lodžií – Flovent
1.
Flovent - modelování proudění vzduchu - spára mezi skly o šířce 0,5; 1; 2 mm - závislost průtoku vzduchu na ∆p - výpočet spárové průvzdušnosti
2. 3. 4. 5. 6.
∆p = 5 Pa
3) Vliv zasklívání lodžií – Flovent
1. 2. 3.
IES - porovnání bytů s a bez zasklené lodžie - různé tepelně-technické vlastnosti konstrukcí - snížení tepelné ztráty prostupem ve všech variantách (21 (21-37%) 37%) - teplota na lodžii závisí na výměně vzduchu - vysoká teplota na lodžii nižší ztráta prostupem šší ztráta t át větráním ět á í (konc. (k CO2) vyšší - zavřené zasklení větší výměna vzduchu vyšší ztráta - je nutné vyměňovat vzduch mezi exteriérem a lodžií! byt se zasklenou lodžií
4.
byt v původním stavu
5. 6.
4) Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla – IES porovnání spotřeby energie rovnotlakých systémů větrání v panelových domech
1.
lokální rekuperace p
centrální rekuperace p tepla p
2. 3. 4. 5. 6.
ventilátor s frekvenčním měničem (75 200 Kč/byt) s dvěma stupni otáček (55 300 Kč/byt) x přirozené větrání
4) Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla – IES
Modelovaný byt 3+1
1.
75 m2 obytné plochy 4 osoby
2. 3.
profil užívání klimatická databáze
4.
regulace průtoku vzduchu dle CO2
5.
dynamická simulace
6.
potřeba tepla na větrání (kWh/rok) pomocné energie (ventilátory)
Dg
4) Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla – IES Výsledky simulace: tepelná ztráta větráním
1. 1800 kWh/rok (27
kWh/m2.rok)
otopné období
otopné období
360 kWh/rok (5 kWh/m2.rok)
2. 3. 4.
+ spotřeba elektrické energie na pohon ventilátorů 2 otáčkový ventilátor
Dg s frekvenčním měničem
5. 6.
400 kWh/rok
280 kWh/rok
5) Solární energie - ECOTEC
výpočet dopadající sluneční energie [kWh/rok] na plochu fasády 1.
množství solárních zisků v objektu
2. 3.
posouzení PVE instalací
4. 5.
analýza vlivu venkovního a vnitřního stínění studie osvětlení, osvětlení oslunění
6.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Měření
1) Sledování vnitřního klimatu v bytě
1. 2. 3. 4. 5. 6.
kontinuální měření 4 měsíce (srpen – prosinec) y 3+1,, VVU ETA,, Praha Prosek byt 70 % času nad hranicí 1000 ppm (Vyhláška č. 268/2009 Sb.)
2) Větrání pomocí rotačních hlavic
1. 2. 3. 4. 5. 6.
měření na panelovém domě měření v laboratorních podmínkách výrobci udávají závislost průtoku vzduchu na rychlosti větru tlaková charakteristika hlavice - dopravní tlak > tlaková ztráta potrubní sítě (panelové domy: nad 100 Pa) - průtok vzduchu > potřeba (25 m3/h na osobu)
2) Měření efektivnosti rotačních hlavic – in-situ
1. 2. 3. 4.
objekt: panelový dům T06B,14 NP Praha, ul. Vavřenova 2 větrací průduchy (kuchyň, koupelna) průduchy zakončeny rotační hlavicí vyměněná plastová okna s mikroventilací měření efektivnosti větrání ve třech režimech otáčení hlavice zabržděná rotační hlavice odbržděná hlavice (5,5 m/s) nahrazení hlavice ventilátorem s přidaným elektromotorkem … a ve dvou režimech oken
5. 6.
zavřená otevřená na polohu “větračka“ větračka
2) Měření efektivnosti rotačních hlavic – in-situ
průtok vzduchu na výústce v koupelnách 1. 2. 3. 4. 5. 6.
a) zabržděná hlavice 3-27 m3/h b) odbržděná hlavice 6 27 m3/h 6-27 c) centrální ventilátor 8-110 m3/h
2) Měření efektivnosti rotačních hlavic na měřící trati
2. 3. 4. 5. 6.
měření: doprravní tlak k [Pa]
1.
měřící trať: 3 m, Ø 315 mm y hybridní hlavice elektormotorek 7 W vtoková dýza (sání)
Tlaková charakteristika hlavice
10 Pa << 100 Pa !!! průtok vzduchu [m3/h]
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Závěr
Závěry
1. 2.
Simulace - dynamické modely poskytují přesnější výsledky než statické (spotřeba energií ekonomické hodnocení) - výměna vzduchu (tepelná ztráta větráním) - hodnocení vnitřního klimatu - zpřesnění vstupů do parametrického modelu
3. 4. 5. 6.
Měřeníí Měř - validaci matematických modelů - výběr pro analýzu ý jjednotlivých ý úsporných p ý opatření p p ý
Děk j Děkujeme za pozornost, t těšíme těší se na případné ří d é otázky tá k Výzkumný kolektiv EkoWATT
