A. ANALÝZA TÉMATU, CÍLE A METODY ŘEŠENÍ

Transkript

1 A. ANALÝZA TÉMATU, CÍLE A METODY ŘEŠENÍ

2 1. ANALÝZA ZADANÉHO TÉMATU Energetické hospodaření je v dnešní době nedílnou součástí zhodnocování ekonomiky provozu nejen velkých podniků, ale i domácností. S postupným zvyšováním cen za jednotlivé energie si uvědomujeme důležitost zaobírat se otázkou spotřebou energie v užívané budově. Snižováním energetické náročnosti budov nyní již zabývají odborníci z celého světa. Nejedná se pouze o snížení finančních výdajů pro spotřebitele, ale také o snížení emisí skleníkových plynů a zpomalení postupného vyčerpání fosilních paliv. Tato práce se zabývá energetickým hodnocením budov od obecných poznatků a požadavků směřujících k posouzení konkrétného objektu dle současných platných legislativních požadavků a podle nejlepšího uvážení SOUČASNÁ ENERGETICKÁ SITUACE Energetické hospodářství ve světovém měřítku znamená postupná zvyšování spotřeby energie na jednotlivce a s tím spojené emise skleníkových plynů. Především je sledován nárůst cen za jednotlivé druhy energií, čímž jsou ovlivněny jednotlivé sektory na energiích závislé. Cena ropy, která byla do roku 1970 jeden USD za barel (159 litrů), vzrostla v průběhu energetických krizí v letech na USD/barel, v roce 2004 přesáhla magickou hranici 50 USD/barel a v roce 2005 dosažením hodnoty 63 USD/barel začala ohrožovat hospodaření jednotlivce. Tato eskalace ukončila svět levné energie, [7]. Co se elektrické energie týká, od roku 2004 vzrostly ceny elektrické energie v domácnostech EU o 19,8 % a v ČR o 66,9 %, viz. Graf 1.1. Graf 1.1Vývoj cen elektrické energie[7] 13

3 Právě zvyšování cen elektrické energie má za následek globální zvyšování jak nákladů na bydlení či hospodaření podniku, tak růst cen i dalších základních produktů potravinami počínaje. V České republice činila spotřeba primární energie 45 Mtoe v roce 2008 (tuna ropného ekvivalentu, odpovídá energii získané z jedné tuny ropy; 1 toe = 41,868 GJ). Z grafu 1.2 lze zjistit, jaké podíly připadají na jednotlivé druhy primární energie. Téměř 80% celkového podílu zdrojů energie představují fosilní paliva, která lze vzhledem k jejich těžbě charakterizovat jako nevyčerpatelná. Graf 1.2 Podíl celkové primární energie v roce 2008 Z důvodu postupného vyčerpávání fosilních paliv je snahou postupně nahrazovat tento druh energie právě obnovitelnými zdroji. Určitý potenciál má v sobě ě obnovitelná energie ze slunečního záření, geotermální a větrná energie, možnosti jejich využití jsou závislé na klimatických podmínkách místa jejich získávání. V porovnání s evropskými státy představuje podíl spotřeby energie na obyvatele v České republice 12. místo, těsně před polovinou seznamu. Z celkové spotřeby energie na jednoho obyvatele dosahuje téměř 3 toe, z čehož pouze 0,3 toe je energie získaná z obnovitelných zdrojů, viz. graf 1.3. Výhledově do roku 2020 by pak mělo dojít k postupnému zvýšení podílu obnovitelné energie z 10% na 15% ve srovnání s rokem Země jako například Lucembursko či Belgie se řadí k zemím s nejvyšší měrnou spotřebou energie, a přitom s nejnižším podílem obnovitelných zdrojů energie. oproti tomu pak Švédsko má nejvyšší podíl obnovitelné energie představující více než 43%. 14

4 Graf 1.3 Spotřeba energie na obyvatele a podíl obnovitelných zdrojů energie ve státech Evropské unie Opatření ke snížení spotřeby energie Evropská unie ve snaze o podporu udržitelného rozvoje vytvořila odvážný program, přijatý většinou evropských zemí, jenž mí za cíl výrazné snížení spotřeby energie a emisí skleníkových plynů. Program s názvem zavazuje členské státy Evropské Unie do roku 2020 ke snížení spotřeby energie (nejenom na vytápění, ale i na větrání, chlazení, osvětlení a teplou vodu) v budovách o 20 % (současné zavedení energetických štítků s rozšířením A až G), dále 20 % snížení emise skleníkových plynů a 20 % zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie v porovnání s rokem Tento cíl si klade nová revidovaná směrnice 2010/31/EU, kde jsou definovány nástroje ke snížení energetické náročnosti budov a dále zavádí pojem budova s téměř nulovou spotřebou energie. Aby se docílilo výrazného snížení spotřeby energie, požaduje se, aby všechny nové budovy do konce roku 2020 byly budovy s téměř nulovou spotřebou energie a po dni nové budovy užívané a vlastněné orgány veřejní moci byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie[9]. Směrnice přitom nestanovuje konkrétní hodnoty pro vyjádření budovy s téměř nulovou spotřebou energie, uvádí pouze, že spotřeba má být velmi nízká Prostředky ČR na plnění cílů Česká republika jako stát EU vázaný touto směrnicí připravil nástroje pro dosažení cíle stanovený touto směrnicí. Zpřísnily se požadavky na vydávání průkazů energetické náročnosti budov pro nové budovy podle zákona č. 406/2006Sb. a vyhlášky 148/2007 o 15

5 energetické náročnosti budov, které zavedly bilanční hodnocení spotřeby energie nejen na vytápění, ale i na větrání, klimatizaci, osvětlení a teplou vodu. Také zohledňuje snížení spotřeby energie výrobou energie z alternativních zdrojů. Aby Česká republika dosáhla splnění cíle dle Evropské směrnice, zavádí stále nové přísnější nároky na energetické hospodaření. V současné době se novelizuje zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, který již s konečnou platností by měl zavést povinnost vypracování energetického štítku i při větších změnách staveb dokončených s celkovou plochou nad 1000m2, při prodeji a pronájmu budov. Další součástí tohoto zákona jsou dle příkladu Evropské Unie vypracované vyhlášky na národní úrovni. Konkrétně vyhláška č. 276/2007 Sb. o kontrole účinnosti kotlů, která stanovuje vlastníkům budov se zařízením sloužícím k ústřednímu vytápění se jmenovitým výkonem nad 20kW povinnost zajistit kontrolu účinnosti kotlů a vnitřních rozvodů tepelné energie. Vedle toho vyhláška č. 277/2007Sb. o kontrole účinnosti klimatizačního systému stanovuje vlastníkům budov s klimatizačním systémem o jmenovitém chladicím výkonu vyšším jak 12kW povinnost kontroly tohoto klimatizačního systému. V obou případech jsou kontroly prováděny za účelem zjištění úrovně hospodaření s těmito systémy a v případě energeticky neefektivního provozu systému doporučení k odstranění závad. Tato a další nařízení by měla přispět ke snížení spotřeby energie a snížení emise skleníkových plynů. Stále ještě nelze určit, zda budeme schopni dosáhnout stanoveného cíle, ale již nyní se vznáší verdikt, že stanovený cíl bude pro nás jen velmi těžko splnitelný HODNOCENÍ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI BUDOV Energetickou náročností budovy se rozumí vypočtená celková roční dodaná energie v GJ na vytápění, větrání, chlazení, klimatizaci, přípravu teplé vody a osvětlení. Energetická náročnost se počítá při standardizovaném užívání budovy bilančním hodnocením, tj. výpočtem na modelu budovy pro projektované i stávající budovy. Bilanční hodnocení se provádí intervalovou metodou, nejlépe měsíční. V případě budov s nízkou tepelnou setrvačností se časový krok intervalové metody zkracuje až na hodinu. Výsledkem vlastního výpočtu energetické náročnosti budovy je pak roční spotřeba energie rozdělení na jednotlivé subsystémy a energonositele a v součtu pak celková spotřeba energie v budově. Takto spočítaná energie je porovnávána s referenční hodnotou a na základě 16

6 porovnání hodnot roční spotřeby energie je vypočten klasifikační ukazatel a budova je zařazena do jedné z klasifikačních tříd energetické náročnosti. Výsledkem je průkaz energetické náročnosti, který je tvořen protokolem obsahujícím textový popis a hodnocení budovy a systémů TZB a grafickým znázorněním průkazu energetické náročnosti budov ve formě štítku, [9]. Pro zpracování a vyhodnocení PENB dle současných platných legislativních požadavků lze využít volně šiřitelného výpočetního programu Národní kalkulační nástroj (NKN), který pracuje na platformě Microsoft Excel nebo případně komerční software topenářského výpočtu PROTECH či výpočty tepelné techniky Svoboda SW. Hodnocení energetické náročnosti představuje složitý proces výpočtu a zjištění jednotlivých potřeb energií podílejících se na dosažení standardizované úrovně užívání budovy. K vysvětlení jednotlivých energetických bilancí na systémové hranici budovy posouží následující obr Obr.1.1 Energetická bilance budovy 17

7 Obrázek znázorňuje tepelné toky přicházející k systémové hranici pro pokrytí potřeb k vytápění. Celková tepelná ztráta představuje součet tepelných ztrát prostupem a větráním. Energie na vytápění vstupující do budovy je navýšena množstvím zpětně získané energie a snížena ztrátami otopné soustavy. Výsledná energie k vytápění je pak dodána na přípravu teplé vody a na potřebu tepla k vytápění, kterou lze snížit zisky ze solárního záření a vnitřními zisky. Vnitřní zisky představují například i tepelné zisky z osvětlení. Každý světelný zdroj vyzařuje určité množství tepla, které může na jedné straně znamenat pozitivní přínos ve formě snížení potřeb na vytápění, naopak pro potřeby chlazení může představovat zvýšení tepelné zátěže a tím negativní účinek na zvýšení spotřeby energie. Optimalizace energetické náročnosti budovy má vést k takovému způsobu užívání budovy, aby co největší množství tepla bylo hospodárně využito, nedocházelo k přebytečným ztrátám, byly splněny hygienické aspekty vnitřního prostředí a spotřeba energie byla co nejmenší NORMOVÉ A LEGISLATIVNÍ POŽADAVKY Legislativa v českém národním měřítku prošla za poslední dobu řadou změn, což je dáno potřebami implementovat evropské požadavky do českých podmínek. Stěžejním předpisem je zákon 406/2000 Sb. o hospodaření energií a s ním spojena vyhláška 148/2007 Sb. o energetické náročnosti budov. Na základě tohoto zákona vyšla také vyhláška 276/2007 o kontrole účinnosti kotlů a vyhláška 277/2007 o kontrole klimatizačních systémů. Dalšími dnes platnými normami a legislativními požadavky, které stanovují dílčí postupy a hodnoty při výpočtu energetické náročnosti budov jsou: - ČSN Tepelná ochrana budov, část 1: Terminologie, část 2: Požadavky (2011), část 3: Návrhové hodnoty veličin (2005), část 4: Výpočtové metody (2005) - ČSN EN Tepelné soustavy v budovách Výpočet tepelného výkonu 18

8 - ČSN EN ISO Tepelné chování budov Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním Výpočtová metoda - ČSN EN ISO Energetická náročnost budov Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení - ČSN EN ISO 6946 Stavební prvky a stavební konstrukce Tepelný odpor a prostup tepla Výpočtová metoda - ČSN EN ISO Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích Tepelné toky a povrchové teploty Podrobné výpočty - ČSN EN ISO Tepelné mosty ve stavební konstrukcích Lineární činitel prostupu tepla - ČSN EN Energetická náročnost budov Energetické požadavky na osvětlení 1.4. CÍL PRÁCE, ZVOLENÉ METODY ŘEŠENÍ Cílem práce je provést hodnocení energetické náročnosti budov na zadaném objektu. Tím je budoucí vědecké a výzkumné centrum Admas Fakulty stavební VUT a hodnocení se bude provádět na stávajícím stavu projektové dokumentace. Bude provedeno posouzení stavu vnitřního prostředí a posouzeny technologické systémy zajišťující pokrytí energetické bilance. Zvolenou metodou řešení ke zjištění roční bilance je simulace v dánském dynamickém softwaru BSim, kde je velmi detailně naprogramována geometrie, vlastnosti a chování budovy, včetně brněnských klimatických dat a knihovny materiálů a samozřejmě jednotlivá technická zařízení v budově a časové profily provozu. Z takto nadefinovaného objektu dokáže program vytvořit výpočet roční energetické bilance na jednotlivé energetické systémy a při změně některého ze zadaných parametrů BSim rychle přehodnotí výpočet a tím lze udělat rychlé porovnání. K hledání řešení na snížení potřeb energie bude využita Metodika bilančního výpočtu [3], podle které bude spočítána potřeba tepla na vytápění a posouzení možnosti zlepšení technických požadavků na obvodové konstrukce. Dále bude metodika vyžita pro vyčíslení potřeby tepla na ohřev teplé vody a pokrytí této potřeby výrobou energie solárním systémem. 19

9 1.5. AKTUÁLNÍ TECHNICKÁ ŘEŠENÍ V PRAXI V praxi se pro zjištění energetické náročnosti budovy a pro snížení potřeb energie používají nejčastěji tyto posudky: Energetický štítek obálky budovy Průkaz energetické náročnosti budovy Energetický audit Kontrola klimatizačních systémů Kontrola účinnosti kotlů Energetický štítek obálky budovy Pro posouzení tepelně technických vlastností ochlazovaných konstrukcí budovy se používá štítek pro stavební povolení. Tento protokol dle ČSN nenahrazuje průkaz energetické náročnosti budovy, jelikož nezahrnuje zhodnocení užití energie v budově. Ochlazované konstrukce zahrnují obvodové stěny a střešní plášť oddělující vnitřní vytápěný prostor od venkovního prostředí, obvodové stěny podlahy nejnižší úrovně objektu na styku se zeminou a konstrukce oddělující vnitřní vytápěný prostor od vedlejšího nevytápěného prostoru. Štítek hodnotí výsledný průměrný součinitel prostupu tepla obálky budovy a následné zatřídění do klasifikační kategorie, stejně tak v případě změny stavby stav před realizací a po realizaci. V zásadě ale nezhodnocuje spotřebu energie budovy a tedy nenahrazuje průkaz energetické náročnosti budovy. Zde je budova porovnávána a klasifikována na základě stanovení klasifikačního ukazatele CI [-] jako podíl průměrného součinitele prostupu tepla U em [W/m 2.K] a požadovaného součinitele prostupu tepla. Průkaz energetické náročnosti budovy Průkaz energetické náročnosti budovy je zpracován v souladu s vyhláškou 148/2007 Sb. o energetické náročnosti budov. Z PENB lze vyčíst základní informace o budově, její měrnou vypočtenou roční spotřebu energie v kwh/(m 2.rok) a celkové vypočtené roční dodané energie v GJ včetně podílů jednotlivých energií vyskytujících se v budově a grafické zatřídění 20

10 jedné z klasifikačních tříd ENB. V případě změny stávající stavby je pak srovnán stav před realizací změny s odhadovaným vypočteným stavem po provedení změny. Platnost průkazu je 10 let. PENB hodnotí tepelně-technické vlastnosti konstrukcí, energetickou náročnost na vytápění, chlazení, větrání, ohřev teplé vody a osvětlení. Pro přesnější výpočet využívá zónování objektu. Celková vypočtená potřeba energie pak může být snížena o energie získané z obnovitelných zdrojů. Součástí dokumentu je také posouzen ekologické a ekonomické proveditelnosti použití alternativních zdrojů energie a lze uvést i prostou návratnost investice do uvažovaných systémů. Porovnávacím ukazatelem pro zatřídění do třídy energetické náročnosti budovy je právě měrná roční spotřeba energie budovy EP A [kwh/m 2.rok]. Energetický audit Energetický audit je prováděn za účelem zjištění stávající úrovně energetického hospodaření a návrh změn vedoucí ke snížení spotřeby energie v případě žádosti podpory z dotačních programů. Zpracování energetického auditu je dle vyhlášky 213/2001 Sb., kterou se vydávají podrobnosti náležitostí energetického auditu, a která byla novelizována vyhláškou č.425/2004 Sb. V současné době však není vypracovaná novela, která by po vzoru projektu řešila problematiku nulových budov. Energetický audit může na rozdíl od průkazu energetické náročnosti budovy posuzovat jakékoliv energetické hospodářství, od spotřebiče přes komplex technických zařízení budov na úrovni souboru budov i obcí, elektráren a rozvodných sítí. Energetický audit sestává z několika dílčích částí. V první fázi je identifikace projektu, jestliže vykazuje možnosti výrazného dosažení úspor, následuje prohlídka, kdy se zjistí, zda uvažované možnosti lze skutečně realizovat. Zhodnotí se současná koncepce energetického hospodaření, tepelné vlastnosti budovy, energetické zdroje zajišťující dodávku tepla a chladu, stav a využití technického vybavení, roční spotřeby energie a případné posouzení změny dodavatelé energií. Následuje výpočetní posouzení pro zjištění potenciálu energetických úspor s přihlédnutím na plnění podnikatelského plánu. Nejčastěji bývá výstupem auditu 21

11 doporučení k provedení změn zhodnocený v několika variantách. Součástí výstupu je také zhodnocení ekologické z hlediska ochrany životního prostředí a ekonomické jako posouzení návratnosti investic při realizaci vybraných variant. Měřitelným výstupem je pak zjištění celkové výše dosažitelných energetických úspor. Kontrola účinnosti kotlů Tato nově zavedená, již zmíněná, povinnost se vztahuje na vlastníky budov s centralizovaným zdrojem vytápění s výkonem nad 20 kw. Povinnost je stanovena zákonem 406/2000 Sb. a prováděcí vyhláškou č. 276/2007 Sb., o kontrole účinnosti kotlů. kotlů. Provádí se kontroly dvojího typu pravidelná kontrola kotlů a jednorázová kontrola Pravidelný kontrola kotlů se provádí s četností nejméně jedenkrát za 2 roky pro kotle spalující uhlí a kapalná paliva o výkonu do 200 kw a jedenkrát za 4 roky pro kotle psalující plyn do výkonu 200 kw. Jednorázová kontrola kotlů je zaměřena na kotle starší 15 let se jmenovitým výkonem nad 20 kw. Posuzuje se dimenzování kotle v poměru k požadavkům výlučně na vytápění budovy, a to včetně kontroly vnitřních rozvodů tepelné energie v této budově [5]. Oba typy kontroly spočívají v posouzení účinnosti kotle, zjištěný, zda je kotel svým výkonem pokryje potřebu pro vytápění, případně je-li předimenzován. Provádí se měření emisí CO, teplota spalin a teplota topné vody při spalování s různými přebytky vzduchu, z čeho je následně stanovena ztráta a účinnost kotle. Výstupem je pak zpráva zahrnující identifikaci budovy včetně ochlazovaných ploch a obestavěného prostoru, identifikace kotle, případně popis rozvodů, celková roční spotřeba paliva, účinnost výroby tepla a v závěru hodnocení stavu a doporučení vedoucí ke snížení spotřeby energie na vytápění. 22

12 Kontrola účinnosti klimatizačního systému Zákon 406/2000 Sb. o hospodaření energií a prováděcí vyhláška č. 277/200/ Sb. o kontrole účinnosti klimatizačního systému povinnost provozovatelům klimatizačního systému se jmenovitým chladicím výkonem nad 12 kw nechat provést kontrolu klimatizačního systému. Kontrola se provádí jednou za 4 roky. Klimatizačním systémem se rozumí soubor všech prvků a zařízení na úpravu parametrů vnitřního prostředí spojené s ohřevem, chlazením, zvlhčováním a filtrací vzduchu, které jsou součástí stavby [2]. ČSN EN zjednodušeně uvádí, že z kontroly jsou vyjmuty systémy mechanického větrání, které nezajišťují chlazení budovy. Toto rčení je stěžejní pro vysvětlení pojmu klimatizační systém, neboť zřetelně vysvětluje, jako kontrolovat soubor malých jednotek v jedné budově. Kontrola sestává z prohlídky klimatizačního systému, vizuálního posouzení stavu zdroje chladu, vzduchotechnického systému, zhodnocení stavu chladiva, účinnosti přenosu chladicího média, zjištění stavu vnitřního mikroklimatu ve vztahu k požadavkům pro splnění hygienických limitů, posouzení funkčnosti měření a regulace. Výstupem je zpráva o kontrole klimatizačního systému popisující základní vlastnosti budovy, zdroje chladu, vzduchotechniky včetně rozvodů a celkově stav klimatizačního systému, zjištění závad a doporučení poradenství k jejich odstranění TEORETICKÉ ŘEŠENÍ Teoretická řešení s využitím fyzikální podstaty dějů jsou využívány k výpočtům stacionárního nebo nestacionárního vedení tepla. Jde o výpočty tepelné techniky, především pak: Prostup tepla konstrukcí Využívá tepelně technických vlastností konstrukcí, jako je tepelný odpor. Výsledkem je stanovení měrného součinitele prostupu tepla potřebný pro zjištění tepelné ztráty konstrukce. Šíření vlhkosti konstrukcí 23

13 Stanovuje se pro potřeby zjištění ročního množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce Průvzdušnost obálky konstrukcí Z tepelně technických vlastností konstrukcí a spárové průvzdušnosti oken se vypočítává mnišství výměny vzduchu, které se pak podílí na tepelné ztrátě větráním. Tepelná stabilita místnosti Dle parametrů olovových konstrukcí a okolních teplot vypočítává pokles výsledné teploty místnosti v zimním období po ukončení režimu vytápění. Výpočet má význam pro zjištění potřeby temperování místnosti. Pokles dotykové teploty podlahy Výsledkem výpočtu je zjištění snížení teploty chodila po prvních 10 minutách styku chodidla s nášlapnou vrstvou. Podlahy jsou pak vyhodnocovány jako teplé nebo méně teplé. 1.7 EXPERIMENTÁLNÍ ŘEŠENÍ Pro zjištění parametrů vnitřního prostředí laboratoře proběhlo experimentální měření teploty, relativní vlhkosti a teploty rosného bodu v průběhu týdne, a rovněž termografické měření. Sledovaným objektem byla laboratoř stavebních hmot v areálu Fakulty stavební v Brně. Jedná se o přízemní prostor obdélníkového půdorysu se třemi ochlazovanými obvodovými zdmi. Cílem bylo zjistit, na jakou teplotu je vytápěn prostor laboratoře v průběhu týdne a tomu odpovídající vlhkost. Termografické měření bylo provedeno za účelem zjištění chování a prostupu tepla obvodovou konstrukcí a případných nežádoucích zvýšených tepelných prostupů. První týden byla měřena data dvěma dataloggery a naměřené hodnoty se budou porovnávat. 24

14 1.7.1 Měření parametrů stavu vnitřního prostředí Proběhlo měření stavu vnitřního prostředí, tedy vnitřní teploty, relativní vlhkosti a teploty rosného bodu. Pomocí dataloggerů byl zaznamenáván stav vnitřního prostředí jak v průběhu pracovního týdne, tak o víkendu i o vánočních svátcích. Zajímalo nás, na jakou teplotu se vytápí laboratoř v pracovní době a na jakou teplotu se temperuje, jaké faktory mají vliv na změnu těchto hodnot a doba jejich vyrovnání. Okrajové podmínky Hodnoty klimatických podmínek byly převzaty ze serveru wundreground.com [11]. Samozřejmě by bylo přesnější převzat výsledky měření místní meteo stanice Fakulty stavební, jenže právě ve sledovaném období došlo k týdennímu mylnému záznamu hodnot. Ve sledovaném období, tedy od 5. prosince do 31. prosince 2011 byly naměřeny následující hodnoty venkovních teplot, teploty rosného bodu, množství srážek a rychlost větru, viz tab. 1.1 a graf 1.4. Tab. 1.1 Klimatická data pro oblast Brno, prosinec 2011 [11] 25

15 Graf 1.4 Průběh klimatických dat pro oblast Brno, prosinec 2011 [11] Klimatická data z měsíce ledna jsou zaznamenána ke dni , měření bylo ukončeno Hodnoty a jejich průběh viz. tab. 1.2 a graf 1.5. Tab. 1.2 Klimatická data pro oblast Brno, leden 2012 [11] 26

16 Graf 1.5 Průběh klimatických dat pro oblast Brno, leden 2012 [11] Popis metody Měření probíhalo od 5. prosince 2011 do 3. ledna 2012 s časovým krokem zaznamenání hodnot 5 minut. Měřicí čidlo bylo osazeno uprostřed místnosti 2 metry nad podlahou bez možnosti přímého oslunění. Data byla ukládána do paměti měřícího zařízení a nakonec exportována do PC pomocí softwaru pro dataloggery. Popis přístrojové techniky Dataloggery od výrobce COMET SYSTEM, s.r.o. se záznamem teploty, relativní vlhkosti a teploty rosného bodu jsou dodávány s USB adaptérem pro připojení k PC a magnetem pro možnost spuštění měření. Nastavení konfigurace probíhá jen za připojení datalogegru k PC a pomocí příslušného programu pro dataloggery téhož výrobce. Po aktualizaci času se zvolí parametry záznamu měření, jako jsou začátek a případně konec měření, časový krok záznamu a rozsah pracovních teplot. Program pro dataloggery uloží naměření data v tabulkovém souboru a z nich vytvoří graf. 27

17 Obr. 1.1 Datalogger s příslušenstvím Technické údaje: - rozsah pracovních teplot: -30 C až +80 C - přesnost měření vnitřní teploty: ± 0,4 C - přesnost měření vlhkosti vzduchu: ± 2,5 % RV od 5 do 95 % při 23 C - interval záznamu: nastavitelný od 10 s do 24 hod. - rozměry: 93x64x29 mm - krytí: IP67 chráněno před vlivy dočasného ponoření do vody Vyhodnocení Graf 1.6 znázorňuje změny teplot a vlhkosti týdenního profilu užívání laboratoře. Zde je zjištěno, že v provozní době je teplota vnitřního prostředí udržována na teplotě 15 C, v nočních hodinách a o víkendech je prostor temperován na nejnižší teplotu interiéru 13 C. Teplotní rozmezí se v tomto týdenním cyklu pohybuje v mezích od 13 C do 16 C. 28

18 Měření týden Teplota [ C] :00:00 0:00:00 12:00:00 0:00:00 Relativní vlhkost [%] 12:00:00 0:00:00 12:00:00 0:00:00 12:00:00 0:00:00 12:00:00 0:00 12:00:00 0:00:00 12:00:00 Vnitřní teplota [ C] Teplota rosného bodu [ C] Relativní vlhkost [%] Graf 1.6 Výsledky měření prvního týdne Pro podrobnější náhled nyní vezmeme jeden z pracovních dnů, tedy středu. V grafu 1.7 vidíme průběh vnitřní teploty, kdy v nočních hodinách dochází k postupnému ochladnutí interiéru a v 6 hodin ráno se začíná vytápět na teplotu 15 C a od konce uvažované pracovní doby, přibližně v 19 hodin systém přestává vytápět a teplota klesá. K výraznému ochlazení došlo ve 12 hodin, kdy se otevřely vrata pro navážku materiálu. V odpoledních hodinách pak bylo naměřeno hodnoty nad 15 C a sice nejspíše solárními zisky z oken na západní stěně. Relativní vlhkost se v nočních hodinách drží přibližně v konstantních mezích, tedy %. V 6 ráno při začátku vytápění se skokem vlhkost snižuje, přičemž teplota nerůstá. Graf tím dokazuje fyzikální jev závislosti relativní vlhkosti na teplotě, kdy při zvýšení teploty dochází ke snížení množství vodní páry v měrné jednotce vzduchu a tím k poklesu relativní vlhkosti. V průběhu dne se tak vlhkost pohybuje mezi % a v čase 12 hodin, kdy došlo k otevření dveří a vyvětrání prostoru, klesla vlhkost skokem ze 40 % na 38 %. Teplota rosného bodu udává teplotu, při které je vzduch maximálně nasycen vodními parami, tedy jeho relativní vlhkost dosáhne 100 %. Naměřené teploty rosného bodu se v průběhu dne pohybovaly okolo 2 C. Aby však byl lépe patrný rozdíl vnitřních teplot, které se pohybují od 13 C do 16 C, nebudeme teplotu rosného bodu přidávat do grafu. 29

19 Na první pohled by se mohlo zdát, že docházelo ke skokové změně vnitřní teploty, zde se ale jedná o teplotní rozdíl pouze 0,1 C. 16 Pracovní den - středa , Teplota [ C] 15 14, , Relativní vlhkost [%] Vnitřní teplota [ C] Relativní vlhkost [%] Graf 1.7 Výsledky měření v průběhu pracovního dne Nyní zhodnotíme průběh parametrů vnitřního prostředí v době temperování prostoru. Bereme v úvahu neděli jako nepracovní den. Z grafu 1.8 je patrné, že i o víkendech se udržuje teplota prostoru na teplotě blízké návrhové vnitřní teplotě. V tomto případě vnitřní teplota neklesla pod 13 C, aby prostor zajišťoval požadavky na minimální teplotu pro tuhnutí stavebních dílců a podobné procesy. V průběhu dne nedošlo k žádnému výkyvu teplot, proto lze předpokládat, že se zde ani nenacházely osoby, které by svou činností ovlivňovaly vnitřní teplotu. Díky tomu lze z grafu vyčíst, jak se mění relativní vlhkost podle teploty ve sledované laboratoři v nepřítomnosti osob. V časovém intervalu od 4 do 10 hodin došlo k teplotnímu rozdílu 0,3 C a relativní vlhkost přitom klesla o 2,3 %. Teplota rosného bodu se při tomto provozním režimu držela přibližně v konstantních mezích, od 2 C se za 24 hodin snížila na 1 C. 30

20 Teplota [ C] 16 15, , ,5 13 Neděle Relativní vlhkost [%] Vnitřní teplota [ C] Relativní vlhkost [%] Graf 1.8 Výsledky měření v průběhu neděle Závěr měření Laboratoř stavebních dílců stačí vytápět na 15 C, jelikož se nejedná o místnost s trvalým pobytem osob a ani nebyly zjištěny negativní ohlasy na stav vnitřního prostředí ze strany uživatelů. Pro temperování prostoru pak postačí v průběhu dne zatopit a tato masivní stavba se zvýšenou akumulační schopností zajistí jen pomalý pokles vnitřní teploty. Pro potřeby výpočtu energetické bilance pro vytápění haly řešené v diplomové práci budeme uvažovat návrhovou vnitřní teplotu 15 C a temperování při teplotě okolo 12 C, neovlivní-li požadavky investora tuto úvahu. Relativní vlhkost vzduchu se bude uvažovat jako průměrná hodnota 45 %. Vyhodnocení dalších týdnů Z grafu měření 2. týdne ( ) je zřejmé, že v průběhu pracovních dní se teplota prostoru udržovala okolo 16 C, v nočních hodinách pak již vytápěna nebyla, ale vnitřní teplota neklesla pod 13,5 C. Od soboty pak nastala dlouhodobá odstávka vytápění, kdy 31

21 prostor byl pouze občasně vytápěn. Z grafu 1.9 je patrné, jak se postupně snižuje vnitřní teplota, kdy v intervalu 24 hodin klesla teplota pouze o 2 C díky akumulačním schopnostem konstrukčních materiálů , ,5 Týden Teplota [ C] 15 14, , , Vnitřní teplota [ C] Relativní vlhkost Obr. 1.9 Teplota a relativní vlhkost 2. týdne měření Následujících dvou týdnů pak byla místnost mírně přitápěna a teplota se pohybovala na 14 C až 15 C, následně byla zcela přerušena dodávka tepla a teplota klesla až na 11,4 C. Grafy 1.11 a 1.12 zobrazují výsledky dalšího měření v průběhu vánočních svátků a na začátku nového pracovního týdne. V průběhu těchto dní došlo k občasnému spuštění otopného systému. Díky tomu, že místnost má těžký obvodový plášť a dobrou tepelnou stabilitu, postačí pouze občasné vytápění pro temperování místnosti a konstrukce zajistí pouze pomalé ochlazování prostoru. 32

22 Týden Tepůlota [ C] Vnitřní teplota [ C] Relativní vlhkost [%] Relativní vlhkost [%] Graf 1.10 Měření vnitřní teploty posledního týdne v roce 17 Týden Teplota [ C] Relativní vlhkost [%] Vnitřní teplota [ C] Relativní vlhkost [ C] 35 Graf 1.11 Měření vnitřní teploty na přelomu roku 33

23 1.7.2 Ověření shodnosti dataloggerů První týden probíhalo měření parametrů vnitřního prostředí. Dva dataloggery stejného typu umístěné 20 cm od sebe zaznamenávaly hodnoty v pětiminutových intervalech. Nyní zjistíme, zda oba přístroje zaznamenávají stejné hodnoty, a případně jak se liší. Porovnání naměřených teplot Teplota vnitřního prostředí byla měřena s přesností na 0,1 C. Z grafu 1.12 je vidět, že hodnoty se mírně liší. Kdybychom chtěli precizní zpracování, použili bychom záznamy z tabulky a z rozdílu hodnot zjistili, že datalogger 2 v 60% případů neměřil teplotu o 0,1 C vyšší než datalogger 1. Teplota s rozdílem 0,2 C se pak v průběhu týdne vyskytla 4-krát a rozdíl 0,3 C jedenkrát. 16 Srovnání naměřených teplot 15,5 Teplota [ C] 15 14, , Datalogger 1 - teplota Datalogger 2 - teplota Graf 1.12 Porovnání naměřených vnitřních teplot z obou dataloggerů Srovnání naměřených relativních vlhkostí Relativní vlhkosti byly zaznamenávány s přesností 0,1%. Graf 1.13 dokazuje, jak se data lišila. Při porovnání hodnot lze uvést, že až na vyjímku dvou případů, datalogger 2 naměřil pokaždé vyšší hodnotu, nejčastěji o 0,2% nebo 0,3% vyšší. 34

24 48 Srovnání naměřených relativních vlhkostí 46 Relativní vlhkosti [%] Datalogger 1 - rel. vlhkost Datalogger 2 - rel. vlhkost Graf 1.13 Porovnání naměřených relativních vlhkostí z obou dataloggerů Srovnání teplot rosného bodu Vzhledem k faktu, že již při měření teploty a vlhkosti byly zjištěny rozdíly, přepokládá se, že i teplota rosného bodu bude vyhodnocena rozdílnou hodnotou. Zde datalogger 2 naměřil vždy vyšší teplotu rosného bodu než datalogger 1. Rozdíl byl přitom 0,1 C nebo 0,2 C. Porovnání je znázorněno na grafu

25 3,5 Srovnání teplot rosného bodu 3 Teplota rosného bodu [ C] 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0, Datalogger 1 - teplota rosného bodu Datalogger 2 - teplota rosného bodu Graf 1.14 Porovnání naměřených relativních vlhkostí z obou dataloggerů Zhodnocení a závěr Naměřené odchylky obou dataloggerů byly v celkovém měřítku natolik malé, že můžeme konstatovat, že oba přístroje měří stejně, nedochází k výraznému výkyvu naměřených hodnot a proto je lze bez problému využít pro následné výzkumné účely Termografické měření Proběhlo termografické měření části objektu, ve kterém se laboratoř nachází, s cílem odhalení zvýšených tepelných ztrát a rozšíření poznatků týkajících se používání termokamery a vyhodnocení termografických snímků. Laboratoř byla hodnocena pouze z externí strany, neboť osoby povolané nebyly v té době k zastižení, aby nám umožnily přístup do vnitřních prostor. 36

26 Okrajové podmínky Doba pořízení snímků: v 10:30 hod. Venkovní teplota: 0,5 C Relativní vlhkost: 87,5 % Vnitřní teplota: 14,5 C Obloha zatažená. Popis metody Termografické snímkování budov je bezkontaktní způsob analýzy tepelných vazeb objektu. Podstatou je snímání infrazáření, které je pro lidské oko neviditelné a přitom jej vyzařuje každé těleso o teplotě vyšší jak 0 K. Záření je zachyceno termokamerou a vyhodnoceno teplotním spektrem v rozsahu dle teplot vyskytujících se na snímku. Pro správné vyhodnocení povrchových teplot je třeba na kameře nebo v programu pro vyhodnocení nastavit parametry jako teplota vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, optickou vzdálenost mezi objektem a optickou soustavou termokamery, ale ze všeho nejdůležitější je nastavení emisivity materiálu. Emisivita materiálu je schopnost odrážet tepelné záření okolních materiálů. Koeficient emisivity ε vyjadřuje poměr mezi zářením daného tělesa a zářením absolutně černého tělesa, platí 0 < ε < 1, pro absolutně černé těleso ε =1,0. Význam zadávání této hodnoty je ten, že reflexní materiály odrážející tepelné záření okolních materiálů by byly vyhodnoceny jako nejteplejší materiál, přitom jejich teplota může být právě nejnižší (např. venkovní klempířské prvky, reflexní fasády). Pro správné nastavení koeficientu emisivity je třeba nejdříve změřit povrchovou teplotu materiál kontaktním teploměrem a poté pořídit snímek z termokamery, budeme tak znát reálnou teplotu a koeficient upravovat v nastavení tak, aby snímek vyhodnotil daný prvek správnou teplotou. Pro zjednodušení existují lepicí pásky na úpravu emisivity povrchu, které lze nalepit na sledovaný materiál a termokamerou změřit teplotu konstrukce právě v místě nalepení pásku. Snímky následně vyhodnotí tepelné záření jednotlivých materiálů a tím lze jednoduše odhalit skryté nedokonalosti ve stavební konstrukci, jako je například chybějící izolace nebo 37

27 vzduchová dutina v materiálu, tak, že v tomto místě dochází ke zvýšenému tepelnému toku a povrch konstrukce má vyšší teplotu. Při snímkování budovy z vnějšího prostředí, aby budova měla co nejlepší tepelně technické vlastnosti, by měl být vnější povrch konstrukce co nejchladnější. Naopak ve vnitřním prostoru jsou právě nízké teploty nežádoucí, právě například při vyhodnocování tepelných mostů v koutě místnosti s výhodou používáme termografické vyhodnocení povrchových teplot, kde lze předpovídat potenciální riziko vzniku plísní. Popis přístrojové techniky Termovizní kamery E-řady jsou určeny pro měření v energetice a průmyslu, jsou plně přenosné díky malé hmotnosti a výdrži baterii na jedno nabití. Jsou vhodné pro měření jak ve vnitřním, tak ve vnějším prostředí. Kamery jsou osazeny nechlazenými paticovými detektory, kdy hustota (počet) pixelů detektoru se liší podle typu kamery. Kamery se zaostřují ručně, jejich obrazová frekvence je 60 Hz a mají zabudované video kamery a LED osvícení. Technické parametry - rozsah pracovních teplot -20 C až +65 C - citlivost 0,05 C při teplotě 25 C - hmotnost 825 g včetně vyjímatelného akumulátor - výdrž baterie na jedno nabití je 5 hodin provozu - krytí IP 54 - obrazová frekvence 60Hz Vyhodnocení První snímek zobrazuje vstup do budovy. Teplota vnějšího povrchu stěny dosahuje 2,7 C, větší tepelný tok proudí dveřmi, kde je povrchová teplota 3,5 C. Světlé místo u dveří je zvonek, kde teplota dosáhla 6,9 C, což ale není vlivem oslabeného místa v konstrukci, ale vlivem elektroinstalace. 38

28 Obr. 1.2 Snímek vstupu do budovy Druhá ukázka zabírá širší pohled na budovu a můžeme zde vidět celé spektrum tepelných toků. Ve stěně si lze povšimnout zvýšeného tepelného toku nadokenním překladem a také stěnou pod úrovní střechy, naopak zeleně zbarvené pásky mezi okny dokazují snížený prostup tepla zesílenou konstrukcí obvodové stěny. Ze snímku je taktéž patrná dobrá izolace střechy, avšak na styku s vedlejší budovou vzniká tepelný most. Obr. 1.3 Čelní pohled na budovu Snímek okenního otvoru je dokladem spárové průvzdušnosti okenního otvoru, kdy štěrbinami v otevíraných částí rámu odchází nejvíce tepla. Lze si také povšimnout, jak tepelný 39

29 tok nerůstá s po výšce okna. Je to dáno stoupáním teplého vzduchu a jeho následným zadržením pod nadokenním překladem. Celkově lze říci, že kromě nevyhnutelné spárové průvzdušnosti má okno dobré izolační vlastnosti. Obr. 1.4 Okno ze západní strany Záběr na střešní okna měl odhalit jednu skrytou konstrukční vadu. Pod levým oknem se vyskytnul zvýšený prostup tepla a povrchová teplota zde byla 2,5 C, zatímco v okolní části střechy teplota 1,9 C. tato nedokonalost mohla vzniknout spadením nebo vynecháním izolačního materiálu. Obr. 1.5 Čelní pohled na střechu Velmi zajímavý pohled se nachází na příjezdová vrata, kde je vidět postupné zvyšování tepelné ztráty po výšce rámu. Teplý vzduch samovolně vždy stoupá nahoru a do 40

30 venkovního prostoru uniká konstrukcí místem s nejnižší hodnotou tepelného odporu. Zde navíc proudění tepelného toku znemožňuje nadpraží, kde se teplý vzduch hromadí. Na úrovni terénu je vnější povrchová teplota 5,5 C a s každým metrem roste až na 8,5 C (pravý horní roh) a na levé straně teplota vzrostla na hodnotu 9,6 C, tím lze dedukovat přiblížení se ke zdroji tepla v koutě místnosti. Obr. 1.6 Čelní pohled na budovu Závěr Termografické snímkování ukázalo slabá místa v obvodovém plášti budovy, která negativně ovlivňují tepelnou bilanci objektu. Zároveň přineslo hodnotné praktické poznatky o chování tepelného toku v budově a místa, na která je třeba se při posuzování zaměřit. 41

31 1.7. ŘEŠENÍ VYUŽÍVAJÍCÍ VÝPOČETNÍ TECHNIKU A MODELOVÁNÍ Modelování energetických bilancí lze využít s výhodou v případě, kdy se jedná o budovu v projektové fázi. Lze tak posoudit vhodnou orientaci budovy ke světovým stranám a celkovou koncepci užívání energií související s provozem a požadavky na parametry vnitřního prostředí. Modelování a simulace slouží ke zjištění celkového energetického chování budovy odvíjející se na základě změn klimatických podmínek, chování uživatelů, provozu vybavení a dalších vstupů ovlivňující tepelné chování budovy. Klimatická data zjištěná podrobným ročním měřením vstupují do simulačního programu formou detailní databáze teplotních, slunečných, vlhkostních, povětrnostních, případně jiných údajů. Složitost modelování spočívá v množství dat potřebných k detailnímu dynamickému vyhodnocení chování budovy, především se jedná již o samotné zadávání geometrických charakteristik posuzovaného modelu. Simulace je také náročná na výkon výpočetní techniky, která se odvíjí od nastaveného kroku simulace. Modelování slouží k detailnímu stanovení energetických bilancí, přesto se může od výpočetního řešení lišit. Rozdíl je dán právě vlivem dynamických zněm chování budovy oproti uvažování lineárního chování budovy a průměrných měsíčních teplot v bilančním hodnocení. 42

32 B. APLIKACE TÉMATU NA ZADANÉ BUDOVĚ 43

33 2. ZHODNOCENÍ STÁVAJÍCÍHO STAVU STAVBY 2.1 POPIS OBJEKTU Popis areálu Jedná se o výstavbu nového areálu Regionálního vědeckého a výzkumného centra Admas, který umožní rozšíření činnosti fakulty stavební VUT v Brně. Komplex čtyř budov bude umístěn Pod Palackého Vrchem v Brně. VaV centrum bude sloužit k výzkumu a vývoji moderních materiálů a technologiím stavebních konstrukcí. Popis objektu Řešeným objektem je Pavilon P4, ve kterém bude umístěna laboratoř geodézie, laboratoř geotechniky, laboratoř technického zařízení staveb a laboratoř vodohospodářská. Budova je složena ze tří hmot. Uprostřed se nachází čtyřpodlažní administrativní budova, pravá strana je jednopodlažní hala, levá část se skládá z dvoupodlažního objektu napojující se na jednopodlažní halu a dále odsazené garáže. Celková délka pavilonu je 80,97 metrů a největší šířka 15,07 metrů. Výška administrativní části je 12,5 m a výška hal je 8,81 m. Hlavní vstup je do středové administrativní části umístěn do 1. podzemního podlaží s orientací na severovýchod. Nadmořská výška budovy je 299,00 m n. m. Konstrukční řešení Halové části jsou tvořeny z nosné konstrukce příčných rámů železobetonových sloupů a vazníků. Rámy jsou jednolodní s rozpětím vazníků 14,3 m po osových vzdálenostech 6,0 m. Půdorysné rozměry haly pravé jsou 36,7 x 15,0 m a haly levé 30,7 x 15,0 m. K levé hale dále náleží jednopodlažní suterénní garážová přístavba tvořená železobetonovými sloupy a obvodovým zdivem z keramických nebo betonových tvárnic tloušťky 300 mm s tepelnou izolací z pěnového polystyrenu. Půdorysný rozměr přístavby je 28,8 x 12,6 m. 44

34 Administrativní budova je tvořena z nosného železobetonového skeletu se sloupy, průvlaky a panely Spiroll tloušťky 200 mm, strop nad 1. PP a schodiště jsou železobetonové, obvodové stěny v podzemním podlaží je taktéž železobetonový a s podlahou a stropem nad 1.PP tvoří tzv. bílou vanu. Obvodový plášť je z keramických tvárnic tl. 300 a 240 mm v nadzemních podlažích. Administrativní část má půdorysné rozměry 14,0 x 18,2 m. Výplně otvorů budou z hliníkových profilů s přerušeným tepelným mostem, zaskleny izolačním dvojsklem. Střešní plášť hal bude proveden jako nepochůzí jednoplášťová střecha nevětraná, s minimálním sklonem pro odvod dešťové vody do střešních vtoků. Administrativní objekt i přístavba má střechu navrženou jako pochůzí jednoplášťovou s vnitřním odvodněním. 2.2 TEPELNĚ TECHNICKÉ VLASTNOSTI STAVEBNÍ KONSTRUKCÍ Skladba konstrukcí A01 Obvodová konstrukce v 1.PP na styku se zeminou Vnitřní omítka Železobeton Tepelná izolace EPS 100 F 0,015 m 0,300 m 0,100 m Celkem tloušťka 0,415 m U = 0,307 W/m 2.K A02 Obvodová konstrukce administrativní budovy v nadzemních podlažích Vnitřní omítka Keramické zdivo 30 P+D Tepelná izolace EPS 100 F 0,015 m 0,300 m 0,100 m Celkem tloušťka 0,415 m U = 0,239 W/m 2.K S01 Střešní plášť administrativní budovy a garáže Omítka vápenná hladká ŽB stropní panel Spiroll Spádová vrstva perlitobeton Penetrační nátěr Pojistná hydroizolace asfaltový SBS modifikovaný pás Tepelně izolační vrstva pěnový polystyren EPS 150 S Separační vrstva netkaná textilie 300g/m 2 Fólie z měkčeného PVC Ochranná polypropylénová geotextilie, 300g/m 2 Rektifikační terče pod dlažbu Betonová dlažba 400 x 400 x 40 mm 0,015 m 0,200 m 0,030 m 0,004 m 0,200 m 0,040 m Celkem tloušťka 0,489 m U = 0,155 W/m 2.K 45

35 P01 Podlaha na zemině v 1. PP Administrativní budovy Keramická dlažba Lepící tmel pro keramickou dlažbu Penetrační nátěr Betonová mazanina C 20/25 + KARI síť 4/100 x 4/100 mm Separační PE folie tl. 0,2 mm Tepelně izolační deska z XPS ŽB deska Ochranná betonová mazanina C 16/20 Ochranná geotextilie 300 g/m 2 Izolace proti zemní vlhkosti a radonu z měkčeného PVC tl.1,5 mm Ochranná geotextilie 300 g/m 2 Podkladní beton C 16/20 0,009 m 0,002 m 0,069 m 0,120 m 0,300 m 0,050 m 0,0015 m 0,050 m Celkem tloušťka 0,600 m U = 0,249 W/m 2.K P03 - Podlaha na ŽB desce v administrativní budově, keramická dlažba Keramická dlažba, protiskluzová úprava Lepící tmel pro keramickou dlažbu Penetrační nátěr Betonová mazanina C20/25 + KARI síť 4/100 x 4/100 mm Separační PE fólie tl. 0,2mm Kročejová izolace z plastifikovaných desek EPS ŽB deska 0,009 m 0,002 m 0,069 m 0,020 m 0,180 m Celkem tloušťka 0,280 m U = 0,969 W/m 2.K P05 - Podlaha na panelu SPIROLL v administrativní budově, keramická dlažba Keramická dlažba, protiskluzová úprava Lepící tmel pro keramickou dlažbu Penetrační nátěr Betonová mazanina C20/25 + KARI síť 4/100 x 4/100 mm Separační PE fólie tl. 0,2mm Kročejová izolace z plastifikovaných desek EPS Vyrovnávací cementový potěr Předpjatý stropní panel SPIROLL 0,009 m 0,002 m 0,049 m 0,020 m 0,020 m 0,200 m Celkem tloušťka 0,300 m U = 0,849 W/m 2.K P12 - Podlaha na panelu SPIROLL v administrativní budově, PVC PVC Lepidlo pro PVC Samonivelační cementová stěrka Penetrační nátěr Betonová mazanina C20/25 + KARI síť 4/100 x 4/100mm Separační PE folie tl. 0,2 mm Kročejová izolace z plastifikovaných desek EPS Vyrovnávací cementový potěr Předpjatý stropní panel SPIROLL 0,003 m 0,001 m 0,003 m 0,053 m 0,020 m 0,020 m 0,200 m Celkem tloušťka 0,300 m U = 0,882 W/m 2.K 46

36 P24 Podlaha na ŽB desce v administrativní budově Elektrostaticky vodivý, samonivelační stěrkový systém Kotevní nátěr, vodivý film Systémový penetrační nátěr Betonová mazanina C20/25 + KARI síť 6/100 x 6/100 mm Separační PE fólie tl. 0,2mm Kročejová izolace z plastifikovaných desek EPS ŽB deska 0,002 m 0,078 m 0,020 m 0,180 m Celkem tloušťka 0,280 m U = 1,075 W/m 2.K A03 Obvodová stěna hal Fasádní systém stěnový izolační PUR panel + keramické obkladové desky 0,100 U = 0,220 W/m 2.K P18 Podlaha na zemině garážové přístavby, stěrkový systém Epoxidová samonivelační stěrková hmota s protiskluzným povrchem Systémový penetrační nátěr Drátkobetonová deska Podkladní beton C20/25 Ochranná geotextilie 300g/m 2 Výztuže Ochranná geotextilie 300g/m 2 Tepelně izolační deska z XPS, volně ložená na podklad 0,003 m 0,197 m 0,050 m 0,0015 m 0,100 m Celkem tloušťka 0,350 m U = 0,304 W/m 2.K P17 Podlaha na zemině laboratoře geodézie a laboratoř TZB, stěrkový systém Epoxidová samonivelační stěrková hmota s protiskluzným povrchem Systémový penetrační nátěr Drátkobetonová deska Podkladní beton C20/25 Ochranná geotextilie 300g/m 2 Výztuže Ochranná geotextilie 300g/m 2 Tepelně izolační deska z XPS, volně ložená na podklad 0,003 m 0,297 m 0,050 m 0,0015 m 0,100 m Celkem tloušťka 0,450 m U = 0,297 W/m 2.K S02 Střešní pláště hal Trapézový plech Parotěsná zábrana z PE fólie tl. 0,2 mm Tuhá deska z minerální plsti Tuhá deska z minerální plsti Separační vrstva netkaná textilie 300 g/m2 Fólie z měkčeného PVC 0,120 m 0,080 m 0,0015 m Celkem tloušťka 0,200 m U = 0,193 W/m 2.K 47

37 Výplně otvorů - Okna hliníková: zasklení izolačním dvojsklem, hliníkové rámy, součinitel prostupu tepla okna U = 1,2 W/m 2.K - Vrata venkovní: garážová vrata sekční z dvoustěnných lamel z žárově pozinkovaného plechu, plná, s izolační výplní polyuretanovou pěnou, tloušťka lamely 40 mm, součinitel prostupu tepla zabudovaných vrat U = 1,4 W/m 2.K Pozn.: v požadavcích není uveden konkrétní výrobce, je ale požadováno, aby okna i vrata splnila požadovaný součinitel prostupu tepla, tedy uvažovaný včetně rámů. Splnění normového součinitele prostupu tepla Vyjmenované konstrukce byly posouzeny dle nové ČSN (2011). Konstrukce A02 Obvodová konstrukce administrativní budovy v nadzemních podlažích Zjištěná hodnota U [W/m 2.K] Požadovaná hodnota U N [W/m 2.K] Vyhodnocení 0,239 0,30 VYHOVUJE A03 Obvodová stěna hal 0,220 0,30 VYHOVUJE A01 Obvodová konstrukce v 1.PP na styku se zeminou 0,307 0,45 VYHOVUJE P01 Podlaha na zemině v 1. PP Administrativní 0,249 0,45 VYHOVUJE budovy P18 Podlaha na zemině garážové přístavby, stěrkový systém P17 Podlaha na zemině laboratoře geodézie a laboratoře TZB, stěrkový systém P03 - Podlaha na ŽB desce v administrativní budově, keramická dlažba P05 - Podlaha na panelu SPIROLL v administrativní budově, keramická dlažba P12 - Podlaha na panelu SPIROLL v administrativní budově, PVC 0,304 0,45 VYHOVUJE 0,297 0,45 VYHOVUJE 0,969 2,2 VYHOVUJE 0,849 2,2 VYHOVUJE 0,882 2,2 VYHOVUJE P24 Podlaha na ŽB desce v administrativní budově 1,075 2,2 VYHOVUJE S01 Střešní plášť administrativní budovy a garáže 0,155 0,24 VYHOVUJE S02 Střešní pláště hal 0,193 0,24 VYHOVUJE Výplně otvorů okna Výplně otvorů vrata a dveře Vyhodnocení 1,4 1,4 1,5 1,7 VYHOVUJE VYHOVUJE Jelikož se jedná o budovu v projektové fázi, musí konstrukce vyhovět minimálním požadavkům součinitele prostupu tepla dle požadavků nové ČSN Konstrukce požadovaná kritéria splňují. 48

38 2.2.2 Energetický štítek obálky budovy Byl vypracován energetický štítek obálky budovy dle požadavků nové ČSN Grafické vyjádření dokumentu je vloženo v příloze č.1. Výsledné tepelně technické charakteristiky konstrukcí: - Celková měrná ztráta prostupem tepla H T = 1617,2 W/K - Průměrný součinitel prostupu tepla U em = 0,30 W/(m 2.K) - Požadovaná hodnota průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy podle ČSN U em,n = 0,42 W/(m 2.K) - Klasifikační třída obálky budovy CI = 0,71 Vyhodnocení U em = 0,30 W/(m 2.K) < U em,n = 0,42 W/(m 2.K) Průměrný součinitel prostupu tepla vyhovuje požadované hodnotě Klasifikační třída B Úsporná Lineární činitel prostupu tepla Pro posouzení tepelných vazeb mezi konstrukcemi byl vypočten lineární činitel prostupu tepla v rohu obvodové stěny. Posuzované materiály č. Materiál Barva Tloušťka d [m] Objemová hmotnost ρ [kg/m 3 ] Tepelná vodivost λ [W/(m.K)] 1 Železobeton 0,4 x 0, , Polystyren XPS 0,1 30 0, ,15 (u sloupu) 3 Cihelné zdivo 0, , Malta vápenocementová 0, , Tepelná kapacita c [J/(kg.K)] 49

39 Okrajové podmínky - Teplota vnitřní 20 C, součinitel přestupu tepla α i = 8 W/(m 2.K) - Teplota venkovní -15 C, součinitel přestupu tepla α e = 23 W/(m 2.K) Výpočet lineárního činitele prostupu tepla Obr. XXX Tepelný tok stěnou Tab. XXX Výpočet lineárního činitele prostupu tepla Zhodnocení Činitel prostupu tepla obvodové konstrukce má hodnotu ψ =0,109 W/(m.K), dle požadavků ČSN je normová požadovaná hodnota ψ N = 0,20 W/(m.K). Lineární činitel vyhovuje normovým požadavkům. 50

40 2.2.4 Pokles dotykové teploty podlahy Postup výpočtu poklesu dotykové teploty podlahy byl proveden v souladu se studijními oporami Tepelná technika budov Modul 03 [12]. Posouzení výsledných poklesů teplot pak bylo provedeno dle ČSN Výpočet zhodnocuje, jak dochází k poklesu teploty chodidla při styku s nášlapnou vrstvou konstrukce. Pokles se posuzuje podle snížení teploty chodidla v prvních deseti minutách. Každý typ místnosti má normou danou kategorii podlahy s příslušnou hodnotou poklesu teploty ve C. Pro posouzení byly vybrány následující konstrukce Podlaha v kancelářích Stropní konstrukce odděluje místnosti kanceláří s vnitřní návrhovou teplotou 20 C od místností s vnitřní návrhovou teplotou 15 C. Skladba konstrukce a výpočet poklesu dotykové teploty podlahy: Vyhodnocení dle ČSN : Podlahy kanceláří spadají do kategorie podlah II. Teplé s poklesem dotykové teploty podlahy θ 10,N = 5,5 C. Pokles dotykové teploty posuzované konstrukce je θ 10 = 5,37 C. Požadavek je splněn. Podlaha v šatně 1.PP Podlaha odděluje místnost šatny s vnitřní návrhovou teplotou 20 C od zeminy. Norma nezahrnuje přímo tento účel místností, je ale doporučeno použit obdobný uvedený účel 51

41 místnosti. Proto bude místnost posouzena jako koupelna, WC s požadovanou kategorií podlahy III. Méně teplá. Skladba podlahy a výpočet poklesu dotykové teploty podlahy: Vyhodnocení dle ČSN : Limitní pokles dotykové teploty podlahy je dle normy θ 10,N = 6,9 C. pokles dotykové teploty posuzované podlahy je θ 10 = 6,86 C. Požadavek je splněn. 2.3 ZHODNOCENÍ STAVU VNITŘNÍHO PROSTŘEDÍ Zhodnocení vnitřních návrhových teplot Dle ČSN EN Tepelné soustavy v budovách Výpočet tepelného výkonu byly posouzeny vnitřní návrhové teploty v jednotlivých místnostech. Tab. 2.1 Vnitřní návrhové teploty v zimním období Posuzovaná budova Normativní požadavky Název místnosti Navržená Druh budovy Druh prostoru Výpočtová Posouzení dle teplota θ i vnitřní teplota ČSN EN [ C] θ int,i [ C] Kanceláře, zasedací Administr. Kanceláře 20 VYHOVUJE místnost budovy Chodby, hlavní Administr. Vytápěné vedlejší 15 VYHOVUJE schodiště budovy místnosti Vedlejší schodiště Administr. Vytápěná vedlejší 10 VYHOVUJE budovy schodiště WC Administr. Vytápěné vedlejší 15 VYHOVUJE budovy místnosti Šatny školní budovy šatny 20 VYHOVUJE 52

42 Sprchy školní budovy Umývárny, 24 VYHOVUJE sprchy Laboratoř geodézie školní budovy Učebny, 20 VYHOVUJE laboratoře Laboratoř TZB 15 Pozn.1) Garáže různé místnosti Garáže 5 VYHOVUJE Pozn. 1) Laboratoř TZB je místností bez trvalého pobytu osob, proto nelze přiřadit žádný druh budovy dle normy. Místnost bude sloužit k experimentálním pokusům, kdy během měření není vždy přítomnost osoby potřeba. Proto tuto místnost nehodnotíme. Vyhodnocení Pro splnění normativních požadavků má být vnitřní navržená teplota θ i minimálně rovna nebo vyšší než normová výpočtová vnitřní teplota θ int,i. U hodnocených místností je požadavek splněn Zhodnocení výměn vzduchu Množství odváděného vzduchu v hygienických zařízeních Navržené množství odváděného vzduchu hygienických místností dle projektové dokumentace bylo porovnáno s vyhláškou č 6/2003 Sb., [6]. Množství odváděného vzduchu dle dávky na zařizovací předmět: Typ zařizovacího Navržené množství Normový požadavek množství Posouzení předmětu odváděného vzduchu [m 3 /h] odváděného vzduchu [m 3 /h] WC VYHOVUJE Pisoár VYHOVUJE Umyvadlo VYHOVUJE Sprcha VYHOVUJE Vyhodnocení Navržené množství odváděného vzduchu musí být nejméně rovny požadavkům na hygienické limity. Požadavek je splněn. 53

43 2.4 POPIS TECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ Pro řešenou budovu jsou projektována následující technická zařízení s uvedenými charakteristikami. Tepelná čerpadla V budově se uvažuje umístění 4 tepelná čerpadla ZEMĚ/VODA o výkonu 42 kw každé s topným faktorem min. 3,4. Tepelná čerpadla budou sloužit pro vytápění objektu v zimním období a pro chlazení vzduchotechnických jednotek v letním období. Tepelná čerpadla budou odebírat teplo z vrtů o celkové hloubce 2400 m (24 vrtů o délce 10 m). V letním období se budou vrty nabíjet odpadním teplem. Tím je zaručeno, že nedojde ke snížení výkonu vrtů v příštích letech. Celkový výkon tepelných čerpadel 168 kw. Plynový kotel Jako bivalentní zdroj tepla pro vytápění bude sloužit plynový kondenzační kotel o výkonu 45 kw. Solární systém Pro předehřev teplé užitkové vody budou sloužit solární kolektory umístěné na střeše administrativní budovy. Jedná se o šest plochých kolektorů o aperturní ploše 13,1 m 2. Solární systém zajistí předehřev a akumulaci teplé vody v samostatném zásobníku o objemu 750 l, pro špičkový dohřev je navržen druhý zásobníkový ohřívač o objemu 160 l, který bude dohříván plynovým kotlem. Fotovoltaika Výrobu elektrické energie ze slunečního záření zajistí fotovoltaická elektrárna s 96 panelech o výkonu 240 Wp, umístěná na střeše haly. 54

44 Vzduchotechnika Nucená výměna vzduchu administrativní části budovy je řešena jako mírně přetlaková v prostorách chodeb a k odsávání vzduchu pak dochází v prostoru šaten a hygienických zázemí. Výměnu vzduchu, případně ohřev, chlazení a vlhčení následujících prostor zajišťují VZT jednotky umístěné na střeše garáže a jedna VZT na střeše administrativní budovy. Větrání Chodby VZT jednotka se zpětným získáváním tepla, ohřívací díl topná voda 50/40 C Přívod vzduchu 700m 3 /h, odvod vzduchu 680 m 3 /h Topný výkon: 4,0 kw Laboratoře střed VZT jednotka se zpětným získáváním tepla, ohřívací díl topná voda 50/40 C, chladicí komora 7/13 C Přívod vzduchu 2 200m 3 /h, odvod vzduchu m 3 /h Topný výkon: 17,1 kw Chladicí výkon 12,3 kw Laboratoř geodézie VZT jednotka pro přívod a odvoz vzduchu z laboratoře geodézie, ohřívací díl 50/40 C, chladicí komora 7/13 C, požadovaná celoroční vnitřní teplota prostoru 20 C. Přívod vzduchu 3 000m 3 /h, odvod vzduchu m 3 /h Topný výkon: 32,1 kw Chladicí výkon 16,8 kw Přestupní prostor VZT jednotka se zpětným získáváním tepla, ohřívací díl topná voda 50/40 C Přívod vzduchu 2 000m 3 /h, odvod vzduchu m 3 /h Topný výkon: 10,9 kw Větrání Laboratoře levá část VZT jednotka se zpětným získáváním tepla, ohřívací díl topná voda 50/40 C, chladicí komora 7/13 C, parní vlhčení Přívod vzduchu 7 440m 3 /h, odvod vzduchu m 3 /h Topný výkon: 42,8 kw Chladicí výkon 41,6 kw 55

45 Větrání 46 Šatny 1. NP VZT jednotka s rekuperátorem vzduchu, ohřívací díl topná vody 50/40 C Přívod vzduchu 720m 3 /h, odvod vzduchu 720 m 3 /h Topný výkon: 4,1 kw Jednotky Fan-Coil Kanceláře budou chlazeny stropními jednotkami Fan-Coil. Celkem bude umístěno 18 ks jednotek po 2,5 kw, celkový výkon pro chlazení 45 kw. 2.5 ENERGETICKÉ BILANCE Celková roční bilance byla zjištěna v softwaru BSim, řešený v části C. Výhodou tohoto řešení je, že zde jsou uvažována klimatická data a výpočet dynamicky reaguje na každou změnu teplot a režimu. Lze tak detailně zadat charakteristiky užívání budovy a požadované vnitřní návrhové teploty pro každý měsíc jednotlivě. Při detailním zadání modelu budovy by pak výsledky měly být přesnější, protože je možno uvažovat s temperováním místnosti mimo dobu provozu a tím je spotřeba energie snížena. Vysvětlení grafického vyjádření Graf 2.1 souhrnně vyhodnocuje celoroční bilance na jednotlivé systémy. Na vodorovné ose je výčet všech systémů podílejících se na výsledku energetické bilance. Vertikální osa je vyjádřením množství energie v kwh za rok. Pokud se systém podílí na tepelném zisku, je vyhodnocen v kladné polorovině grafu. Pokud systém znamená tepelnou ztrátu, je zobrazen v záporných hodnotách. V jednotlivých měsících potřeba energie na vytápění odpovídá tepelné ztrátě prostupem a větráním sníženou o tepelný zisk z osvětlení, sluneční radiaci, vnitřního vybavení a ze zátěže lidí. 56

46 Graf zřetelně ukazuje, jaké energetické systémy mají váhu při hodnocení. Nejvíce se na tepelné ztrátě prostup tepla obálkou budovy a ztráta infiltrací. Ale vzhledem k velkým solárním ziskům a vnitřním bude snížena potřebná energie na vytápění. Graf 2.1 Výsledné roční energetické bilance budovy Abychom grafu přiřadili konkrétní hodnoty, poslouží následující tabulka celkových ročních bilancí vyexportovaná s programu a přepočtena na GJ. Vytápění chlazení infiltrace Větrání Solární z. Lidé Vybavení Osvětlení Prostup Směš. Ventilace [kwh] [GJ] Výsledné energetické bilance na jednotlivé systémy: - Vytápění 290 GJ/rok - Chlazení 14 GJ/rok - Větrání 219 GJ/rok - Osvětlení 165 GJ/rok - Teplá voda nehodnoceno 57

47 Zhodnocení technického zařízení na špičkový výkon Posouzení potřebného výkonu zdroje vytápění Maximálního potřebného výkonu k vytápění bude během měsíce prosince, 9. den, viz. graf 2.2. Graf 2.2 Potřebný tepelný výkon pro vytápění, prosinec Potřebný výkon pro vytápění v jednotlivých zónách: Garáže Laboratoř TZB Laboratoř Geodézie Administrativní budova 9,967 kw 42,737 kw 31,993 kw 48,458 kw 133,155 kw Maximální potřebný výkonu zdroje k vytápění je 133,155 kw. K vytápění bude sloužit systém tepelných čerpadel (168 kw) a bivalentní plynový kotel (45 kw), celkový instalovaný výkon systému pro vytápění je 213 kw a je tedy vyšší než vypočtený maximální potřebný výkon k vytápění. 58