Z konference Vytápění 2015 – 2. část

Tři roky provozu pasivní administrativní budovy

Ing. Jan Neuwirt

Konkrétní změřená skutečnost je nenahraditelnou součástí úvah o potenciálu úspor. Budova – čtyřpodlažní obdélník se zastavěnou plochou 385,6 m², podlahovou plochou 1267,7 m², kancelářská plocha 734,0 m², stálí zaměstnanci 55 osob, přednáškový sál až 50 osob.

Napojení pouze na elektrickou síť (vytápění – TČ s elektrickou bivalencí, TV – TČ s elektrickou bivalencí podporované termosolární soustavou, chlazení – TČ napojené na rekuperační jednotky s vodním chladičem) a vodovod. Součástí je fotovoltaická elektrárna na střeše objektu, která je v měsících dubnu až září za jasných a slunečných dnů schopná pokrýt spotřebu elektrické energie až z 50 % podle obsazenosti kanceláří a spotřebičů, které jsou v danou chvíli v provozu.

Z měření za první roky provozu 2012 až 2014 vyplývá, že s pasivním standardem a dokonalou regulací všech systémů jsou provozní náklady na vytápění a chlazení objektu v podstatě srovnatelné s větším rodinným domem. Nutností je dělení teplovodní otopné soustavy na severní a jižní část, neboť vnitřní zdroje tepla při intenzivním slunečním svitu stačí na vytápění jižní části až do venkovní teploty okolo –15 °C.

Větrání je plynule řízené podle koncentrace CO₂ v rozmezí 700 až 1000 ppm a přestože jsou okna osazena otevíratelnou částí, nejsou často otevírána vzhledem ke kvalitě vnitřního prostředí ve srovnání s vnějškem.

Žaluzie a osvětlení v kancelářích, přednáškovém sále, na chodbách, v recepci a na fasádě objektu jsou ovládány řídicím systémem. Na střeše objektu je instalovaná měřicí stanice, na které je umístěno čidlo teploty, větru a čidlo denního světla snímá obíhání slunce kolem objektu v rozhledu 360°. Data vyhodnocuje počítač a automaticky ovládá stahování venkovních žaluzií a naklánění lamel po jednotlivých fasádách, řídí v závislosti na denním osvětlení intenzitu vnitřního osvětlení a reguluje každé svítidlo v místnosti v rozmezí 0 až 100 %.

Rekuperace tepla a chladu ze vzduchu a vody tepelnými čerpadly

Ing. Václav Helebrant

Rekuperace tepla je stále lákavějším tématem úvah o úsporách energií. Autor definuje pět typických případů, například velmi časté využití tepla z odpadního vzduchu, přesouvání tepla, z různých technologií a chlazení atp., a podle jejich energetického potenciálu hledá řešení s vyhovující návratností.

Využití počítačových simulací při návrhu klimatizace rozsáhlé administrativní budovy

Miloš Lain, Martin Barták, Tomáš Matuška, Bořivoj Šourek

Pro návrh nových administrativních budov je žádoucí používat některé typy počítačových simulací, obzvláště v případě, kdy jsou používány systémy jako aktivace betonu či akumulace tepla/chladu do zemského polomasivu. Autoři prezentovali příklad moderní budovy s minimálními energetickými nároky, se stavitelným vnějším stíněním, aktivací betonu jako základním prvkem pro chlazení a vytápění a doplňkovým systémem s rychlým náběhem. Zdroj tepla a chladu bude využívat vrtů pod budovou a tepelných čerpadel pro dlouhodobou akumulaci tepla/chladu. Návrh je založen na detailní analýze energetických toků.

Jedním z prezentovaných úvodních výsledků je skutečnost, že řešení s parapetem místo plného zasklení může mít příznivý účinek a snížit potřebu jak na vytápění (o 3 %), tak na chlazení (o 9 %). Dvojsklo, místo trojskla, zvyšuje obě potřeby a odstranění vnějšího stínění na severoseverozápadní fasádě mírně zvýší potřebu chlazení (9 %) a na vytápění nemá vliv.

Použití parapetu o výšce 0,5 m způsobí snížení maximálních teplot pro jižní a západní orientaci o přibližně 0,6 °C, oproti tomu vliv na minimální teploty je zanedbatelný. Parapet tedy přispívá ke zlepšení kvality vnitřního prostředí i snížení spotřeby energie o cca 5 %.

Energetický systém se dělí na:

• Nízkoteplotní okruh vytápění s návrhovými teplotami otopné vody 35/30 °C s ekvitermním řízením podle venkovní teploty pro aktivované betonové jádro a pro podlahové vytápění atria budovy.
• Vysokoteplotní okruh vytápění s návrhovými teplotami otopné vody 55/45 °C s ekvitermním řízením podle venkovní teploty pro větve otopných těles (suterén) a VZT jednotky (větrací systém).
• Vysokoteplotní okruh chlazení s návrhovými teplotami chladicí vody 16/18 °C pro aktivované betonové jádro a pro podlahové vytápění atria budovy.
• Nízkoteplotní okruh chlazení s návrhovými teplotami chladicí vody 7/13 °C pro VZT systém (odvlhčení, chlazení venkovního vzduchu).

Pro simulace byla jako referenční zvolena varianta uvažující pouze TČ navržená na pokrytí 70 % odběrové špičky s tím, že zbytek do 100 % pro vytápění i chlad pokrývá akumulace. V dalších variantách byl zkoumán například vliv zmenšení výkonu TČ a jejich doplnění jinými zdroji, délka a počet zemních vrtů aj.

TZB v budovách s téměř nulovou spotřebou energie

prof. Ing. Karel Kabele, CSc.

Původně použitý termín „budova s nulovou spotřebou energie“ byl svým způsobem nešťastný, a proto následně došlo k jeho korekci. Rovněž tak probíhají práce na zpřesnění související legislativy a jejího zavádění do národních prostředí. Téměř nulová či nízká spotřeba požadované energie, jak je tento fenomén pojmenováván nyní, by měla být ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů, včetně energie z obnovitelných zdrojů vyráběné v místě či v jeho okolí. V některých zemích jako Rakousko, Belgie, Kypr, ­Estonsko, Finsko, Francie, Litva a Lotyšsko je definice již uzákoněna, v ostatních zemích je definice buď přebírána přímo ze Směrnice EU nebo je součástí zatím neuzákoněných materiálů. Velká Británie definici nepřijala a jde vlastní cestou k budovám s nulovými emisemi CO₂ – Zero Carbon Building.

V některých zemích se již objevují nejen projekty, ale dokončené budovy, které požadavky plní. Autor uvedl příklad domu se 17 byty postaveného ve Frankfurtu n./M. Jeho hlavními atributy jsou 30 cm polystyrenové izolace na obálce, bioplynová kogenerační jednotka se záložním kondenzačním kotlem, pole vakuových solárních kolektorů a rovněž fotovoltaických, decentralizované teplovzdušné vytápění se ZZT, bilance 19,1 kWh·m^–2·a^–1. Jiným příkladem je rakouský dům s 32 byty v Kapfenbergu. Zde ke splnění požadavků pomáhá napojení na CZT s vysokým podílem využití obnovitelných zdrojů.

Energetická náročnost pasivního domu s různými energetickými zdroji

Ing. Martin Bažant

Autor vyšel z typového domu pod označením Atrea K1, který je koncipovaný jako rodinný dům dvoupodlažní konstrukce bez podsklepení. Jedná se o dřevostavbu s měrnou roční potřebou tepla na vytápění 14 až 15 kWh·m^–2·a^–1, na kterém demonstroval vliv různých technologií. V příspěvku autor zkoumal zřejmě nejtypičtější tři varianty:

1. Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání, krbová kamna vč. teplovodního výměníku a solární termické kolektory (cca 589 tis. Kč vč. DPH).
2. Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání, TČ země-voda, krbová kamna vč. teplovodního výměníku (cca 679 tis. Kč vč. DPH).
3. Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání, PV kolektory (7,8 kWp) a krb s teplovodní vložkou (cca 832 tis. Kč vč. DPH).

Zajímavých poznatkem, který potvrzuje zahraniční trendy, je možnost významně zvýšit vlastní spotřebu fotovoltaicky vyrobené elektřiny a zvýšit tak ekonomický profit. V dané konfiguraci domu a použitých technologií, případ ad c), se podíl vlastní spotřeby fotovoltaické elektřiny pohyboval okolo 12 %, zbytek odtékal do sítě. Po uplatnění systému, který řídí činnost spotřebičů elektrické energie, se podařilo zvýšit podíl vlastní spotřeby na 56 %, přičemž poklesly roční provozní náklady na 1/3, ve finančním vyjádření o cca 19 000 Kč.

Tloušťka tepelné izolace ve světě a u nás

Ing. Vít Koverdynský, Ph.D.

Autor se soustředí především na izolace rozvodů tepla a důsledky, které vyplývají ze současných předpisů. Uvádí například ČSN EN 12828 (navrhování teplovodních tepelných soustav), která předepisuje výpočet součinitele prostupu tepla pro vymezené oblasti, konkrétně pro 6 izolačních tříd. Systém izolačních tříd podle normy EN 12828 má v Evropě pravděpodobně velkou budoucnost. Doporučená izolační třída je závislá na tzv. „funkčním parametru I“, v jehož jednoduchém výpočtu projektant zohlední podíl předaného tepla, který je považován za tepelnou ztrátu nesloužící k vytápění objektu (hodnota 1,0 znamená, že veškerá tepelná ztráta do okolního prostoru není dále vy­užita, tedy není brána v potaz při výpočtu tepelné bilance prostoru) a číselně stanoví energetický význam izolace v daném místě rozvodu.

V současné době je v České republice platná vyhláška č. 193/2007 Sb. i norma EN 12828. Obě pracují s krité­riem součinitele prostupu tepla, hodnoty ale nekorespondují. Hodnoty dané vyhláškou jsou závazné, kolizní hodnoty uvedené v normě jsou doporučené, a kromě toho platí pouze pro izolaci teplovodních sy­stémů. Výhoda systému izolačních tříd je do budoucna v poměrně snadné začlenitelnosti do systému posuzování budov formou klasifikačních tříd energetické náročnosti budov.

Dynamika teplotních polí deskových otopných těles

Ing. Jindřich Boháč, prof. Ing. Jiří Bašta, Ph.D.

Článek je zaměřen na sledování, rozbor a popis tepelné dynamiky deskového otopného tělesa mimo tepelně ustálený stav. Základem je rozložení teplotního pole na čelní straně teplosměnné plochy sledované termovizní kamerou. Sledováno bylo těleso Korado Radik klasik typu 10 v modulovém rozměru 500 x 1000 mm s jednostranným napojením shora dolů ve fázi náběhu. Rychlost změny teplotního pole nejen v části, ale v celé čelní straně teplosměnné plochy souvisí s aktuálním tepelným výkonem tělesa.

Jedním z výsledků práce je zjištění, že zatímco v sektoru 9 (spodní část strany vzdálené od připojení) je např. v čase 2 min. a 53 sekund výkon teplosměnné plochy cca 6 %, tak výkon v sektoru 2 (střed horní části) je více než 90 %, což je z hlediska popisu aktivní teplosměnné plochy rozdíl zásadní. Ze zjištěných výsledků vyplývá, že nárůst aktivní teplosměnné plochy, tedy plochy, ve které se zvýšila střední povrchová teplota minimálně o 0,1 K, není v čase lineární. Za uvedeného předpokladu těleso sdílí teplo celou svou otopnou plochou po přibližně 40 sekundách od prvotního vstupu teplé vody z přívodního potrubí.

Cílem snažení je popis metodiky a nalezení takového způsobu určování popsaných veličin, který by byl aplikovatelný v konečném výsledku na více druhů otopných těles a napomohl tím k lepší regulovatelnosti a zvýšení efektivity provozu otopných těles.

Matematická simulace termohydraulického rozdělovače

prof. Ing. Jiří Bašta, Ph.D.

Termohydraulický rozdělovač není principiálně nic jiného než předimenzovaný zkrat kotlového okruhu, který má zanedbatelný hydraulický odpor. Na rozdíl od zkratu je v termohydraulickém rozdělovači (THR) zanedbatelný rozdíl tlaků mezi přívodem a zpátečkou. Aby plnil řádně svou funkci, musí být dodrženy určité podmínky jeho návrhu. V praxi se bohužel pro THR objevují i nesprávná označení jako anuloid, výhybka, hydraulická spojka apod.

Obecně se uvádí, že rychlost proudění otopné vody v THR musí být nízká a oběhové množství vody v kotlovém okruhu by mělo být větší než v okruhu sekundárním. Např. že objemový průtok primárním (kotlovým) okruhem by měl být o 20 až 50 % vyšší než jmenovitý průtok sekundárním okruhem a zároveň rychlost proudění v THR, vztahovaná k průtoku primárním okruhem, by se pro jeho dimenzování měla uvažovat v rozmezí 0,1 až 0,25 m·s^–1. Nikde však není věrohodně zdůvodněno, proč právě tak veliký přebytek průtoku na primární straně. To vedlo k vytvoření modelu THR a zkoumání teplotních a proudových polí v THR na základě matematických simulací. A to jak pro vytápění, tak chlazení.

Pro vytápění autor formuloval doporučení:

• Nejvhodnější je umístit teplotní čidlo v hlavě THR do jedné čtvrtiny průměru blíže ke spotřebitelským okruhům, a to z důvodů větších rychlostí a zvýšení kinetické energie turbulence v doporučeném místě pro teplotní čidlo v hlavě THR. Tím bude zvýšena dynamika snímané teploty.
• Nelze vycházet pouze ze směšovacích rovnic. Na základě získaných výsledků nelze doporučit předimenzovávat průtok na primární straně o 20 až 50 %, ale je zcela patrné, že lze projektovat průtok na primární straně a sekundární v poměru 1:1 aniž by se změnila funkce THR nebo jeho provozní chování, a to především u systémů, kde je tepelné čerpadlo či kondenzační kotel. Nadále zůstává platné doporučení stran malých návrhových rychlostí proudění vody v THR (0,1 až 0,25 m·s^–1).

Pro chlazení lze formulovat doporučení:

• Při napojení THR na akumulační nádobu chladu se vyskytuje nestabilní chování proudění v THR i za jinak stabilních podmínek okolní soustavy. To znamená, že THR v takovémto napojení bude způsobovat teplotní výkyvy v napojené soustavě. Reálně dochází k tepelným ziskům (ohřívání) na chladicí vodě do spotřebitelské sítě a na zpátečce k chladicímu zařízení a s ohledem na projevy směšování proudů v THR klesá energetická účinnost zásobování chladem. Potlačení nežádoucích vlivů závisí na konstrukci THR.

Využití zavěšených sálavých panelů pro letní chlazení

Ing. Jakub Dvořák, prof. Ing. Jiří Bašta, Ph.D.

Teplota rosného bodu je limitující podmínka. Vzhledem k tomu, že v prostředí, kde jsou umístěny panely, není žádoucí kondenzace vody na povrchu panelů (pasů), musíme dodržet vždy alespoň vyšší povrchovou teplotu panelu, než je rosný bod daného stavu v místnosti.

Pro nepřekročení teploty rosného bodu, je potřeba umístit senzor vlhkosti a teploty co nejblíže povrchu panelu. S ohledem na jistotu nepodkročení teploty rosného bodu se naměřená teplota snižuje o další 1 K.

Při volbě počtu, či velikosti pasů je žádoucí splnit požadavky nejen pro chlazení, ale i vytápění. Tuto úlohu lze řešit jednoduchými výpočetními postupy, ale k optimálnímu výsledku nejrychleji vedou výpočetní programy. Neboť se nezohledňuje jen plocha pasů, ale i hydraulické propojení, směry proudění teplonosné látky, konkrétní podmínky v místě panelu, zdroj chladu – tepla aj.

Nové poznatky o spalování biomasy: vypovídací hodnota emisních faktorů

Ing. Jan Hrdlička, Ph.D., Ing. Pavel Skopec

Autoři si dali za cíl provést vlastní hodnocení emisních faktorů, které by co nejlépe odráželo skutečné provozní stavy malého kotle na biomasu a zahrnovalo paliva, která potenciálně připadají v úvahu v prostředí ČR.

Výsledky potvrdily, že úroveň emisních faktorů vztažených na množství spáleného paliva i na výhřevnost paliva silně závisí na výkonové úrovni kotle, a to tak, že s klesajícím výkonem emisní faktor roste. To je obecně dáno dvěma faktory. Prvním z nich, platným pro všechny sledované znečišťující látky, je pokles účinnosti kotle, způsobený vyšším přebytkem spalovacího vzduchu, resp. vyšší komínovou ztrátou. Druhý z nich je platný pro emise CO a souvisí s tím, že při nižších výkonech u malých kotlů na biomasu razantně rostou koncentrace CO.

Souběžně autoři zjistili, že mnohé literární zdroje neprezentují emisní faktory provázaně se specifikací postupu měření, zařízení a paliva, a takto nekonkrétně uvedené výsledky jsou matoucí. Pro porovnání doporučují uvádět emisní faktory vztažené na jednotku vyprodukovaného tepla, protože jde o nejvíce reprezentativní vyjádření obsahující tepelnou účinnost kotle, která emisní faktory významně ovlivňuje. A tomuto vztahu mohou rozumět i poučení uživatelé zdrojů tepla.

Přechod z páry na vodu u výrobního podniku

Ing. Petr Kudera, Jiří Vožický

Autoři popsali postupné kroky přechodu z páry na vodu a decentralizace vytápění v areálu VUAB Pharma, které započaly 2009. Jde o příklad modernizace energetiky, kterou nebylo možné provést v jednom kroku ať již z finančních, tak i provozních důvodů. Rychlé ověřování souladu předpokladů a skutečností po provedení jednotlivých kroků je zdrojem cenných informací. Důležitým faktorem koncepční činnosti je provázanost technických řešení, organizačních opatření, zejména technologická kázeň a integrované MaR s uplatněním moderních řídicích algoritmů a vyhodnocovacích postupů.

Přívod spalovacího vzduchu ke zdrojům tepla a spotřebičům na tuhá paliva a větrání prostor, ve kterých jsou tyto zdroje instalovány

Ing. Vladimír Jirout

Pro spalování plynu platí řada technický pravidel a norem, které přesně popisují podmínky, které je nutné dodržovat. Umožnila to skutečnost, že složení a výhřevnost plynů je přesně definována. U tuhých paliv, zejména u biomasy, mohou být vlastnosti velice variabilní. S tím roste i potřeba věnovat zvýšenou pozornost trvalému a správně dimenzovanému přívodu spalovacího vzduchu. Neboť většina spotřebičů na tuhá paliva je typu B, tedy odebírají spalovací vzduch z místnosti, ve které jsou instalovány. Teprve v poslední době se začaly uplatňovat i spotřebiče uzavřené, typu C, do kterých je spalovací vzduch přiváděn přímo z vnějšího prostředí.

Autor v závěru uvádí, že pro hrubý odhad lze počítat s potřebou spalovacího vzduchu při spalování hnědého uhlí cca 2,2 m³_·h^–1 na 1 kW příkonu zdroje tepla a při spalování dřevní hmoty a slámy cca 2,5 m³_·h^–1 na 1 kW příkonu.

Snižování hluku od zdrojů tepla a šíření zvuku

Ing. Miroslav Kučera, Ph.D.

S instalací tepelného čerpadla vzduch-voda (TČ) je spojena nutnost zajistit takovou úroveň hluku, která bude nejen pod horní hranicí hygienického limitu, ale někdy i významně nižší. Autor popisuje postup v konkrétním případě TČ umístěného v suterénu objektu s napojenými vzduchovými kanály vyústěnými na fasádě domu. Názorně ukazuje, že vznikající hluk je nutné analyzovat v doporučených frekvenčních pásmech a podle jejich úrovně volit vhodné řešení. V dané situaci bylo nutné se zabývat hlukem vytvářeným vlastní jednotkou TČ a vzduchovými kanály, vše ve strojovně v objektu a samostatně hlukem z vyústek na fasádě.

Výpočet, který předcházel realizaci, byl následně ověřen po uvedení do provozu a byla dosažena vyhovující shoda. Předložení hlukové studie bývá nutností při žádosti o stavební povolení.

Autor rovněž upozornil na skutečnost, že ve zdroji hluku v tepelných čerpadlech jsou ventilátory a kompresory, které jsou typickými zdroji tónových složek v signálu. Vyskytne-li se v 1/3 oktávovém spektru tónová složka, vede to ke zpřísnění hygienického limitu o 5 dB a toto musí projekt zohlednit.

První otopné těleso s řízeným zatékáním

Ing. Vlastimil Mikeš

Příspěvek popisuje různé druhy deskových otopných těles, u nichž je zatékání teplonosné látky konstrukčně řešeno odlišným způsobem. Podrobněji se pak věnuje deskovému otopnému tělesu RADIK RC, které umožňuje řídit zatékání během provozu. Jsou prezentovány výsledky reálných měření a simulací, dokládající jeho inovativní přínosy v oblasti předávání tepla.

DOKONČENÍ PŘÍŠTĚ