PRINCIP METODY

Transkript

1 PRINCIP METODY PRVOTNÍ ENERGIE Energetická poteba pro vytápní a teplou vodu v budov závisí: na poteb tepla na vytápní budovy (tepelné vlastnosti budovy a vnitní a vnjší prostedí) a poteb tepla na teplou vodu na vlastnostech vytápcí soustavy a soustavy teplé vody a jejich interakci s budovou na celkovém tepelném toku od zdroje ku spoteb (obrázek 1). Na obrázku 1 je znázornn smr výpotu od poteby tepla ke zdroji a naopak smr energie od zdroje k poteb tepla. Teplo pro vytápní bez uvažování ztrát soustav se vypoítá za normovým podmínek podle SN EN ISO , SN EN 832 nebo podobn. Ztráty soustavy se stanoví oddlen pro teplo a elektrickou energii, aby bylo možno urit konenou energii. Následn je konená energie pemnna na prvotní energii. Tento pístup podle prvotní energie je nutný k umožnní jednoduchého soutu pínos rzných druh energií (nap. tepelné, elektrické) a mže se použít pro porovnání energetických požadavk rzných vytápcích soustav. Pro dané období (rok, msíc, týden atd.) se stanoví poteba prvotní energie E p pro vytápní a ohev teplé vody ze vztahu: Qf,h fp,i + Wh fp,i + Qf,w fp,i + Ww E (1) p = fp, i E p je poteba prvotní energie (J) Q f,h poteba konené energie na vytápní (viz rovnici 2) (J) f p,i initel pemny prvotní energie pro každý druh užité energie (J) (nap. tepelnou, elektrickou, slunení). Tento initel se uvádí na národní úrovni W h poteba pomocné energie na vytápní (J) Q f,w poteba konené energie na ohev teplé vody (viz rovnici 3) (J) W w poteba pomocné energie na ohev teplé vody (J) 4

2 Smr výpotu ( od poteby tepla ke zdroji ) poteba tepla Konená energie Hranice budovy Sdílení rozvod akumula ce výroba Primární energie Smr toku energie ( od zdroje k poteb ) OBRÁZEK 1 SMR VÝPOTU POTEBY TEPLA A SMR TOKU ENERGIE KONENÁ ENERGIE POŽADOVANÁ NA VYTÁPNÍ Konená energie požadovaná na vytápní Q f,h se vypoítá ze vztahu: Q f, h = ( Qh Qrhh Qrwh ) + Qth (2) Q f,h je poteba konené energie na vytápní; (J) Q h poteba tepla stanovená podle SN EN 832 nebo SN EN ISO (J) Q rhh využité teplo z vytápcí soustavy (tepelné nebo elektrické), které (J) pímo nesnižuje tepelné ztráty Q th; Q rwh teplo využité ze zaízení pro ohev teplé vody (tepelného nebo (J) elektrického) pro krytí poteby tepla na vytápní; Q th celkové tepelné ztráty vytápcí soustavy. Celkové ztráty vytápcí soustavy zahrnují využité ztráty (obrázek 2) (J) Obdobn se analyzuje ohev užitkové vody KONENÁ ENERGIE POŽADOVANÁ SOUSTAVOU TEPLÉ VODY Q f, w Qw Qrww + Qtw = (3) Q f,w je poteba konené energie na ohev teplé vody (J) Q w poteba tepla pro ohev teplé vody (J) Q rww využité teplo ze soustavy ohevu teplé vody pro ohev teplé vody (J) (ást pomocné energie pedaná pímo do užitkové vody) Q tw celkové tepelné ztráty soustavy pro ohev teplé vody. Celkové ztráty soustavy zahrnují využité ztráty (obrázek 2) (J) 5

3 POMOCNÁ ENERGIE Pomocná energie je zpravidla elektina užitá pro erpadla, ventilátory, pohony armatur a ízení/regulaci. Požadavek na pomocné energie se stanoví pro každou ást soustavy W x a jako hodnota pro celou soustavu. ást pomocné energie se mže využít jako teplo Q rx VYUŽITELNÉ A VYUŽITÉ TEPELNÉ ZTRÁTY Jestliže se uvažuje budova nebo její ást, neztratí se všechny vypotené tepelné ztráty soustavy. Nkteré tepelné ztráty soustavy jsou využitelné. Nap. tepelné ztráty rozvod se kompletn ztratí, je-li potrubí vedeno vn budovy. Je-li potrubí vedeno vytápným prostorem, sdílené teplo z rozvod pispívá k vytápní místnosti a tepelné ztráty jsou využitelné. Nicmén se nyní využívá jen ást využitelných ztrát. To závisí na initeli užití (pomr zisky/ztráty), protože jsou-li zisky vytápného prostoru nadmrn vysoké oproti ztrátám tohoto prostoru, využije se pouze malá ást zisk (SN EN ISO 13790). Na obrázku 2 je zejmé, že požadavky na prvotní energii mohou být vyšší (pro vytápní) nebo nižší (nap. pro ohev užitkové vody) než požadavky na konenou energii v závislosti od užití obnovitelné energie. Tato norma rozlišuje dva zpsoby využití tepla z tepelných ztrát: využité tepelné ztráty, které se pímo uvažují jako snížení tepelné ztráty. Napíklad podstatná ást pomocné energie v rozvodech se pemní na teplo a pedává se pímo do vody. V tomto pípad se tato ást využitých tepelných ztrát uvažuje ve výpotu energetické náronosti rozvodu využité tepelné ztráty, které se uplatní pro snížení poteby tepla pro vytápní. Nap. tepelné ztráty v zásobníku teplé vody pispívají k vytápní prostoru. Tato ást využitých tepelných ztrát se neuvažuje pi výpotu náronosti ohevu teplé vody, ale jako snížení poteby tepla pro vytápní, protože využité teplo závisí na vzájemném psobení obálky budovy a zásobníku POTEBA TEPLA PRO VYTÁPNÍ Poteba tepla pro vytápní Q h se vypote podle SN ISO EN nebo SN EN 832. Výpoet nezohleduje tepelné ztráty vytápcí soustavy a soustavy teplé vody vzhledem k nestálé teplot v rozvodu, neúinnosti regulace, využitelným ztrátám a pomocné energii. 6

4 užitková voda Obnovitelná energie Nevyužitelná ztráta vytápní Nevyužitelná ztráta Primární energie Konená energie Poteba tepla OBRÁZEK 2 TOK ENERGIE OD PRVOTNÍ ENERGIE KU POTEB TEPLA POTEBA TEPLA PRO TEPLOU VODU Poteba tepla pro teplou vodu Q w je dána vztahem: Q = c V ( ) (4) w w w 0 Q fw je poteba tepla pro teplou vodu; (J) ρ hustota vody (kg/m 3 ) C mrné teplo vody; (J/kg.K) V w množství teplé vody požadované bhem výpotového období; (m 3 ) θ w teplota dodávané teplé vody ( C) θ 0 teplota vody pivádné do soustavy teplé vody ( C) Poteba tepla pro teplou vodu odpovídá energii potebné na ohátí množství teplé vody požadované uživatelem na návrhovou teplotu. Tepelné ztráty soustavy teplé vody (nap. výtokem (sdílením), rozvodem, akumulací nebo ohevem) jsou bžn poítány oddlen od ztrát vytápcí soustavy, ale nkdy mohou být zalenny do tepelných ztrát vytápcí soustavy (nap. pro dílí ást výroby tepla). Využité tepelné ztráty ze soustavy teplé vody snižují potebu tepla pro vytápcí soustavu. 7

5 TEPELNÉ ZTRÁTY Z VYTÁPCÍ SOUSTAVY Pi výpotu tepelných ztrát se uvažují dílí ásti vytápcí soustavy: ást sdílení tepla vetn regulace ást rozvody tepla vetn regulace ást akumulace tepla vetn regulace ást výroba tepla vetn regulace (kotle, slunení sbrae, T, kogeneraní jednotky atd.). Tato struktura se podobá fyzikální struktue vytápcí soustavy (obrázek 3). ást sdílení ást rozvod ást akumulace ást zdroj sbra kotel 2 kotel 1 OBRÁZEK 3 ÁSTI VYTÁPCÍ SOUSTAVY Celkové tepelné ztráty vytápcí soustavy Q th se mohou vyjádit jako souet tepelných ztrát z každé ásti soustavy: ( Q + Q + Q Q ) Q t h h, e h, d h, s + h, g = (5) Q t,h je tepelná ztráta vytápcí soustavy; (J) Q h,e tepelná ztráta zpsobená neideálním sdílením tepla; (J) Q h,d tepelná ztráta v rozvodu tepla. Tato ztráta závisí na dispozici rozvodu, jeho umístní, jeho tepelné izolaci, teplot otopné látky, regulaci atd.; (J) 8

6 Q h,s tepelná ztráta akumulaního zaízení; (J) Q h,g tepelná ztráta zdroje tepla bhem provozní doby, bhem (J) pohotovostního stavu a pro neideální regulaci TEPELNÉ ZTRÁTY ZE SOUSTAVY TEPLÉ VODY Pi výpotu tepelných ztrát se uvažují dílí ásti soustavy teplé vody: ást sdílení tepla vetn regulace ást rozvody tepla vetn regulace ást akumulace tepla vetn regulace ást výroba tepla vetn regulace (kotle, slunení sbrae, T, kogeneraní jednotky atd.). Tato struktura se podobá fyzikální struktue soustavy teplé vody (obrázek 4). ást sdílení výtok vody ást rozvody akumulace zdroj tepla OBRÁZEK 4 ÁSTI SOUSTAVY PÍPRAVY TV Celkové tepelné ztráty soustavy teplé vody Q wh se mohou vyjádit jako souet tepelných ztrát z každé ásti soustavy : ( Q + Q + Q Q ) Q w h w, e w, d w, s + w, g = (6) Q w,h je tepelná ztráta soustavy teplé vody; (J) Q w,e tepelná ztráta zpsobená neideálním sdílením tepla (nap. výtokovými armaturami), kdy mže nastat zpoždní v dosažení požadované teploty výtokové vody; (J) 9

7 Q w,d tepelná ztráta v rozvodu teplé vody. Tato ztráta závisí na dispozici (J) rozvodu, jeho umístní, jeho tepelné izolaci, teplot vody, regulaci, atd.; Q w,s tepelná ztráta akumulaního zaízení; (J) Q w,g tepelná ztráta zdroje tepla bhem provozní doby, bhem pohotovostního stavu a pro neideální regulaci. (J) VÝPOTOVÁ DOBA Cílem výpotu je stanovení roní poteby prvotní energie vytápcí soustavy a soustavy teplé vody. Užije se jeden ze dvou postup: použijí se roní údaje pro provozní období soustavy a prmrné hodnoty rok se rozdlí na poet výpotových období (nap. týden, msíce atd.), pro každé období se provedou výpoty a setou se prvotní energetické poteby za každé období PROSTOROVÉ ROZDLENÍ VYTÁPCÍ SOUSTAVY A SOUSTAVY TEPLÉ VODY Vytápcí soustava mže zásobovat nkolik budov (nap. školní budovy) a rzné vytápcí soustavy (nap. ústední vytápní a elektrické místní vytápní) mohou být zízeny v jedné budov. Dále mže úinek vytápcí soustavy záviset na jiných technických zaízeních v budov (nap. vtrání). Z tchto dvod by mla být vytápcí soustava pizpsobena prostorovým dlením (nap. pro budovu, zónu, skupinu, místnost). Informace o rozdlení nebo vtvení vytápcí soustavy je v NÁRONOST VYTÁPCÍ SOUSTAVY A SOUSTAVY TEPLÉ VODY initel náronosti soustavy e se vypote ze vztahu: E p e = Q + Q h w e je initel náronosti soustavy (-) E p prvotní energie dodávaná do vytápcí soustavy (J) Q h poteba tepla pro vytápní (J) Q w poteba tepla pro teplou vodu (J) (7) ENERGETICKÝ VÝPOET PRO VYTÁPNÍ A TEPLOU VODU ENERGETICKÉ ZTRÁTY Z VYTÁPCÍ SOUSTAVY Tok energie, smr výpotu a struktura vytápcí soustavy je na obrázku 5. 10

8 Legenda: Emission ást sdílení Heat teplo conversion losses ztráty pemnou Distribution ást rozvody Loss ztráta nr Loss nevyužitelné ztráty Storage ást akumulace Auxiliairy pomocná Gas plyn Generation ást zdroj tepla recoverables využitelný Electricity elektina OBRÁZEK 5 TOK ENERGIE, SMR VÝPOTU A STRUKTURA VYTÁPCÍ SOUSTAVY Vliv regulace (ústední nebo místní) se uvažuje v každé dílí ásti soustavy. Smr výpotu je opaný než tok energie. Výpoet zaíná s potebou tepla a koní stanovením prvotní energie. Poteba tepla je energetický vstup ásti sdílení tepla a využitých tepelných ztrát. Pro každou ást je vypotena její tepelná ztráta Q h,x a je pidána k jejímu tepelnému výstupu, aby se stanovil její energetický vstup. Protože tepelné ztráty sdílením zvyšují tepelné ztráty obálkou budovy, mohou se poítat pímo s potebou tepla, aniž by se vzájemn rozlišovaly. V takovém pípad se užije SN EN ISO se vstupními daty stanovenými touto normou. Tepelné ztráty dílích ástí soustavy zahrnují využitelné tepelné ztráty, ale nezahrnují pomocnou energii. Požadavek na elektrickou energii W x se stanoví oddlen (existuje-li), ale elektrická energie pispívá do systému energetických ztrát každé dílí ásti soustavy. ást tepelných ztrát soustavy a ást pomocné energie pro každou dílí ást soustavy je využitelná pro vytápní a spolu tvoí využitelné tepelné ztráty pro každou dílí ást soustavy. Výpoet se provede pro každou dílí ást soustavy, dokud se nestanoví vstupní energetický požadavek pro ást zdroje tepla. Využité tepelné ztráty z rzných dílích ástí soustav se vypotou a odetou od poteby tepla. Pipouští se pímý výpoet využitých dílích tepelných ztrát pro každou dílí ást soustavy a odeet pímo od tepelných ztrát dílí ásti soustavy. Nesmí to vést k iteraním výpotm rzných dílích ástí nebo s SN EN ISO

9 Tento pístup je fyzikáln nesprávný, protože energie potebná v každé dílí ásti soustavy bude ve skutenosti snížena o využité ztráty v soustav. Ale v této úrovni výše uvedený pístup umožní podstatné zjednodušení. Pouze iteraní výpoty by mohly náležit zohlednit vzájemná psobení. Aby se nekomplikoval výpoet využitých ztrát v soustav, sumarizují se v této norm pouze jednou a odetou se od poteby tepla pro konený výpoet tepelných ztrát. Tento pístup také zjednoduší vzájemné psobení mezi stavební normou, jako je SN EN ISO , která definuje výpoetní metodu pro tepelné zisky, a normou pro tepelnou soustavu, protože se údaje vymní pouze jednou. Jakákoli výpoetní metoda pro uritou dílí ást soustavy musí usnadnit výpoet: požadovaného tepelného vstupu Q in,x nebo tepelné ztráty soustavy požadavku na elektrickou energii W x využitelných tepelných ztrát. a je založená na následujících vstupních údajích pro dílí ást soustavy: tepelném výstupu Q out,x ukazateli vstupní náronosti Píloha poskytuje píklad pro dílí ást soustavy sdílení tepla týkající se: initel ovlivujících tepelné ztráty dílích ástí soustavy, které se mají vzít v úvahu vstupních údaj dílích ástí soustavy, které se užijí, aby byla respektována obecná struktura výstupních údaj, které se užijí, aby byla respektována obecná struktura. Tyto parametry (normové vstupy/výstupy), tabelární hodnoty a/nebo detailnjší výpoetní metoda budou uvedeny a popsány ve zvláštních dílech této normy pro každou dílí ást soustavy nebo pro každou technologii dílí ásti (nap. pro zdroje tepla: kotle, slunení sbrae, tepelná erpadla, kogeneraní jednotky, viz tabulka 1) ENERGETICKÉ ZTRÁTY ZE SOUSTAVY TEPLÉ VODY Tok energie, smr výpotu a struktura soustavy teplé vody je na obrázku 6. 12

10 Emission ást sdílení Heat teplo conversion losses ztráty pemnou Distribution ást rozvody Loss ztráta nr Loss nevyužitelné ztráty Storage ást akumulace Auxiliairy pomocná Gas plyn Generation ást zdroj tepla recoverables využitelný Electricity elektina Primary energy OBRÁZEK 6 prvotní energie Calculation direction smr výpotu recoverable losses for space heating využitelné ztráty pro vytápní TOK ENERGIE, SMR VÝPOTU A STRUKTURA SOUSTAVY TEPLÉ VODY Vliv regulace (ústední nebo místní) se uvažuje v každé dílí ásti soustavy. Smr výpotu je opaný než tok energie. Výpoet zaíná s potebou tepla a koní stanovením prvotní energie. Poteba tepla je energetický vstup ásti sdílení tepla - výtoku. Pro každou ást je vypotena její tepelná ztráta Q w,x a je pidána k jejímu tepelnému výstupu, aby se stanovil její energetický vstup. Tepelné ztráty dílích ástí soustavy nezahrnují pomocnou energii. Požadavek na elektrickou energii W x se stanoví oddlen (existuje-li). ást tepelných ztrát soustavy a ást pomocné energie pro každou dílí ást soustavy je využitelná pro vytápní a spolu tvoí využitelné tepelné ztráty pro každou dílí ást soustavy. Výpoet se provede pro každou dílí ást soustavy, dokud se nestanoví vstupní energetický požadavek pro ást zdroje tepla. Využité tepelné ztráty z rzných dílích ástí soustav se setou a vypote se využitá tepelná ztráta (nap. SN EN ISO ) a odete od poteby tepla. Využitá tepelná ztráta z obhového erpadla sdílená do vody se pímo zahrne do ásti rozvodu pro snížení ztrát. Využité tepelné ztráty ze soustavy teplé vody zvyšují náronost vytápní bez jakéhokoli zvýšení kvality vytápní. Je možné vyjádit náronost vytápní bez uvažování využitých tepelných ztrát ze soustavy teplé vody, nicmén náronost celé soustavy musí uvažovat využité tepelné ztráty. Jakákoli výpoetní metoda pro uritou dílí ást soustavy musí usnadnit výpoet: požadovaného tepelného vstupu Qin,x nebo tepelné ztráty soustavy 13

11 požadavku na elektrickou energii Wx. využitelných tepelných ztrát. a je založená na následujících vstupních údajích pro dílí ást soustavy: tepelný výstup Q out,x ukazatel vstupní náronosti. Jako ukazatelé náronosti soustavy se vypoítají konená energie, prvotní energie a initel náronosti soustavy DLENÍ A/NEBO VTVENÍ VYTÁPCÍ SOUSTAVY Vytápcí soustava mže vytváet komplex, nap. zahrnující: více než jeden druh otopných ploch/výtokových míst vyhovujících vícestupovým zónám více než jeden tepelný výkon (zatížení) vztažený k jednomu zdroji tepla (zejména vytápní a ohev teplé vody v jednom zdroji) více než jednu ást zdroje tepla více než jednu ást akumulace tepla rzné druhy energie použité v budov. Užití souhrnných prmrných hodnot nemusí být praktické (požadují vhodné vážení) a nemusí být pístupné nebo mže zpsobit velké chyby. Obecn se tyto pípady eší sledováním fyzikální struktury vytápcí soustavy. Píklad 1: Píklad 2: Píklad 3 Tepelné požadavky a ztráty sdílením dvou ástí vytápcí soustavy se vypotou oddlen a setou v návazné ásti spoleného rozvodu. Tepelné požadavky ástí rozvodu vytápní a rozvodu teplé vody (a/nebo ásti akumulace) se vypotou samostatn a setou v následné ásti zdroje tepla. Tepelné požadavky ásti rozvodu tepla se mohou vypoítat a rozdlit na více než jednu ást zdroje tepla (dlení se mže mnit s asem). Tento zpsob modularity je vždy možný, je-li zachován princip sítání ztrát ZJEDNODUŠENÉ A PODROBNÉ METODY PRO VÝPOET CELKOVÉ ZTRÁTY SOUSTAVY Pro každou dílí ást soustavy musí být dostupné zjednodušené a/nebo podrobné metody (podle souasného stavu znalostí a dostupných norem) a použité (podle požadované pesnosti). Jakákoli hodnota se mže použít pro výpoet. Nicmén je dležité, aby výsledky odpovídaly definovaným výstupním hodnotám (tepelný požadavek dílích ástí, požadavek na elektinu, využitelné tepelné ztráty) a aby ukazatelé náronosti (vstupní požadované údaje) mly strukturu popsanou v této norm, aby se zajistila náležitá vazba pro výpoty následujících dílích ástí a vývoj spolené struktury. Úrove podrobností se mže klasifikovat: Úrove A Ztráty nebo úinnosti se udají v tabulce pro celou vytápcí soustavu a/nebo soustavu teplé vody. Výbr vhodných hodnot se provede podle typologie (popisu) celé vytápcí soustavy. 14

12 Úrove B Pro každou dílí ást se udají tabelární hodnoty ztráty, požadavk na elektinu nebo úinnosti. Výbr vhodných hodnot se provede podle typologie (popisu) dílí soustavy. Úrove C Pro každou dílí ást se vypotou ztráty, požadavky na elektinu nebo úinnosti. Výpoet se provede na podklad dimenzování soustavy, funkcí, tepelných výkon a jiných údaj, o kterých se pedpokládá, že jsou konstantní (nebo prmrné) po výpotové období. Výpotová metoda je založena na fyzikální podstat (podrobné nebo zjednodušené) nebo korelaních metodách. Úrove D Ztráty a úinnosti se poítají dynamickou simulací pi uvažování asové historie promnných hodnot (nap. vnjší teplota, teplota vody v rozvodu, výkon kotle). Bude obtížné stanovit jednotné vstupní a výstupní údaje pro tyto podrobné metody. Z tohoto dvodu bude pro každou výpoetní metodu definována struktura datových rozhraní v dokumentu publikovaném TC 228/WG4 (nap. technická zpráva). Mohou se použít, podle dostupnosti, rzné úrovn podrobností pro rzné dílí ásti soustav v jedné vytápcí soustav. 15