ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov. 125ESB Energetické systémy budov Část 1. prof. Ing. Karel Kabele, CSc.

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov 125ESB Energetické systémy budov Část 1. prof. Ing. Karel Kabele, CSc. Praha 2014 Evropský sociální fond Praha a EU: Investujeme do vaší budoucnosti 1 Obsah Energetické výpočty Návrh a konstrukce otopných ploch Teplovodní otopné soustavy Měření a regulace vytápění Příprava teplé vody 2 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1

2 ENERGETICKÉ VÝPOČTY Zpět na obsah 9 Podklady pro navrhování OS - energetické výpočty Stanovení potřebného výkonu tepelné ztráty [kw] Předběžný výpočet ČSN O60210 Výpočet tepelných ztrát při ústředním vytápění ČSN EN Tepelné soustavy. Stanovení tepelného příkonu Stanovení roční potřeby energie [kwh, GJ] Denostupňová metoda ČSN EN 832 ČSN EN13790 Vyhláška MPO č.78/2013 o energetické náročnosti budov Matematické modelování Porovnání variant řešení Nestandardní řešení 10 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 2

3 Vnitřní výpočtové parametry Co je to t i? Výpočtová vnitřní teplota = průměr mezi teplotou vzduchu a teplotou stěn ohraničujících místnost výsledná teplota kulového teploměru (naměřená hodnota) Výsledná teplota odpovídá operativní teplotě pro rychlost proudění < 0,2 m.s -1 (vypočtená hodnota dle vyhl.253/2002) 11 Vnější výpočtové parametry Co je to t e? Venkovní výpočtová teplota Průměrná teplota pěti za sebou následujících nejchladnějších dnů podle dlouhodobých pozorování -12 C, -15 C,-18 C Nad 400 m n.v. 3K Jsou-li pro lokalitu konkrétní údaje za 30 let, je možné je použít. 12 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 3

4 Heating energy [%] Main operating area Relative boiler utilisation [%] Heating system temp. [ 0 C] External temperature [ 0 C] Podklady k přednáškam Rozložení otopného výkonu Rozložení otopného výkonu v průběhu roku External temperatur ev[ C] Největší podíl 0 C! Přívod Vratná Soustava 75/60 C 15 Četnost výskytu venkovních teplot 50% vý kon kotl e p osta čuje na pokrytí cca.80-90% roční p r o d u k c e t e p l a Heat days [days] 16 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 4

5 Předběžný výpočet tepelné ztráty Obálková metoda Výpočet dle tepelné charakteristiky 291/2001 neplatná vyhláška, nicméně fyzika platí Qc V q ( t i t 0 e ) 17 ČSN EN Použití Norma popisuje výpočet návrhového tepelného výkonu pro: vytápěný prostor pro dimenzování otopných ploch budovu nebo část budovy pro dimenzování tepelného výkonu Výpočet pro standardní případy -výška místností do 5 m, vytápění do ustáleného stavu. x zvláštní případy: budovy s vysokou výškou stropu nebo rozdílnou teplotou 22 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 5

6 ČSN EN Postup výpočtu a) Stanovení základních údajů: výpočtové venkovní teploty průměrné roční venkovní teploty b) Určení každého prostoru budovy: vytápěný ( teplota), nevytápěný c) Stanovení: rozměrových vlastností a tepelných vlastností všech stavebních částí pro každý vytápěný a nevytápěný prostor. d) Výpočet návrhových tepelných ztrát prostupem: (návrhový součinitel tepelné ztráty prostupem x návrhový rozdíl teplot) e) Výpočet návrhových tepelných ztrát větráním: (návrhový součinitel tepelné ztráty větráním x návrhový rozdíl teplot) f) Výpočet celkové tepelné ztráty: (návrhová tepelná ztráta prostupem + návrhová tepelná ztráta větráním) g) Výpočet zátopového výkonu: (dodatečný výkon potřebný pro vyrovnání účinků přerušovaného vytápění) h) Výpočet návrhového celkového tepelného výkonu: (celkové návrhové tepelné ztráty + zátopový výkon) 23 ČSN EN Veličiny Značení veličin: θ. teplota ( C) [théta] Φ tepelná ztráta, výkon (W) [velké fí] H součinitel tepelné ztráty (W/K) ψ lineární součinitel prostupu tepla (W/m.K) Q množství tepla (J) 24 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 6

7 ČSN EN Veličiny Výsledná teplota Θo = aritmetický průměr teploty vnitřního vzduchu a průměrné teploty sálání. Výpočtová vnitřní teplota Θint = výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru Předpokládá se, že za běžných podmínek jsou obě teploty sobě rovné. 25 ČSN EN Klimatické údaje (NA) NA = národní příloha Začátek a konec otopné sezóny 26 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 7

8 ČSN EN Výpočtová vnitřní teplota (NA) Výpočtová vnitřní teplota θ int,i = výsledná teplota ve středu prostoru ve výšce 0,6-1,6m Vyplývá z požadavku na zajištění tepelné pohody.. 27 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát Celková návrhová tepelná ztráta (W) i = T,i + V,i T,i.. návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i..návrhová tepelná ztráta větráním 125ESB1,ESBB 2014/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 8

9 ČSN EN Prostup tepla ( H H H H ) ( ) T, i T, ie T, iue T, ig T, ij int, i e H součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int..vnitřní prostor i..vytápěný prostor e.vnější, venkovní u.nevytápěný prostor g.zemina, půda j...vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu) 29 ČSN EN Prostup do exteriéru H A U e I e T, ie K K K i i i K I stavební část lineární tepelný most A plocha (m 2 ) U součinitel prostupu tepla (W/m 2.K) e korekční činitel vystavení povětrnosti (Pokud vlivy nebyly uvažovány při výpočtu U(W/m 2.K) EN ISO 6946) 30 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 9

10 ČSN EN Prostup do exteriéru H A U e I e T, ie K K K i i i K I stavební část lineární tepelný most ψ součinitel lineárního tepelného mostu (W/m.K) ČSN EN ISO (zjednodušeně) ČSN EN ISO (podrobný výpočet) I délka lineárního mostu (m) e korekční činitel vystavení povětrnosti 31 Tepelné mosty? ČSN EN ISO (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 10

11 Příklad tepelného mostu Nároží C1 Nároží C2 i...interní, oi celkové vnitřní, e externí ČSN EN ISO ČSN EN Prostup do nevytápěného prostoru HT,iue A U b Ψ l b k l k k u l l u b u redukční činitel (-) při známé θ : jinak: b u b u int,i int,i iu Hue H H u e ue 34 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 11

12 ČSN EN Prostup do zeminy HT,ig fg1 fg2 Ak Uequiv,k) k ( G w Korekční činitele: f g1 vliv ročních změn teploty f g2 vliv průměrné a venkovní výpočtové teploty G w vliv spodní vody (při vzdálenosti < 1m) U equiv,k ekvivalentní součinitel prostupu tepla stanovený dle typu podlahy. 35 ČSN EN Prostup do zeminy U equiv,k - určí se v závislosti na U stavební části a charakteristickém parametru B. (ČSN EN ISO 13370) A g B 0,5 P A g plocha podlahové konstrukce (m2) P.obvod podlahové konstrukce (m) 36 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 12

13 ČSN EN Prostup do zeminy U equiv, bf a b B betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) 37 ČSN EN Prostup do zeminy U equiv, bf a b B betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) 38 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 13

14 ČSN EN Prostup do zeminy U equiv, bw U (W/m2.K) a U hodnota stěn (W/m2 K) 39 ČSN EN Prostup do/z vytápěného prostoru H T,ij k f i,j A k U k A (m 2 ) U (W/m 2.K) f ij redukční teplotní činitel fij int,i vytápěného int,i sousedního prostoru e 40 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 14

15 ČSN EN Prostup tepla celkem ( H H H H ) ( ) T, i T, ie T, iue T, ig T, ij int, i e H součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int..vnitřní prostor i..vytápěný prostor e.vnější, venkovní u.nevytápěný prostor g.zemina, půda j...vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu) 41 ČSN EN Ztráta větráním H ( ) V, i V, i int, i e H V c V, i i p H součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) V i výměna vzduchu (m 3 /s) 42 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 15

16 Vmech,inf Vinf Vex Vsu Vinf Vmin Vmin Vinf 43 ČSN EN Ztráta větráním Přirozené větrání V max V, V i inf, i min, i Nucené větrání V i V inf, i V su,i. fvi Vmech, inf, i inf infiltrace min hygienické minimum su přiváděný vzduch mech,inf nuceně odváděný - přiváděný vzduch fvi teplotní redukční součinitel 44 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 16

17 ČSN EN Infiltrace obvodovým pláštěm Vinf,i 2. Vi. n50. ei. i n 50 intenzita výměny vzduchu za hodinu při rozdílu tlaků 50 Pa 2 n 50 je pro celou budovu tzn. nejhorší případ je vstup vzduchu pouze z jedné strany e i stínící činitel (stínění prostoru zástavbou) ε i výškový korekční činitel (vliv výškového umístění středu prostoru) 125ESB1,ESBB 2014/ ČSN EN Infiltrace obvodovým pláštěm Stavba Rodinný dům s jedním bytem Jiné bytové domy nebo budovy n50 Stupeň těsnosti obvodového pláště budovy (kvalita těsnění oken) vysoká střední nízká < 4 4 až 10 > 10 < 2 2 až 5 > 5 Výška vytápěného prostoru nad úrovní země 0 10 m 1,0 > m 1,2 > 30 m 1,5 46 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 17

18 ČSN EN Větrací vzduch V min hygienické množství V min, i n min.v i Druh místnosti n min (h -1 ) Obytná místnost (základní) 0,5 Kuchyně nebo koupelna s oknem 1,5 Kancelář 1,0 Zasedací místnost, školní třída 2,0 47 ČSN EN Větrací vzduch V sui množství přiváděného vzduchu (m 3 /h) (stanoví projektant VZD) f vi teplotní redukční činitel f v,i int,i int,i su,i e θ su,i teplota přiváděného vzduchu (např. předehřátého, nebo ze ZZT) 48 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 18

19 ČSN EN Větrací vzduch V mech,inf bilance množství vzduchu pro celou budovu (odváděný přiváděný vzduch) V mech, inf max V ex V su, 0 Pro místnosti rozdělení dle průvzdušnosti nebo dle objemů: V mech,inf,i V mech,inf Vi ΣV i 49 ČSN EN Přerušované vytápění Podrobný výpočet Zjednodušený výpočet Φ RH, i Ai f RH Φ RH zátopový tepelný výkon (W) A podlahová plocha (m 2 ) f RH zátopový korekční činitel (W/m 2 ) NE pro akumulační vytápění. 50 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 19

20 ČSN EN Přerušované vytápění Zátopový čas (h) Obytné budovy - útlum < 8h f RH W/m 2 Pokles teploty (K) 1 K 2 K 3 K Hm. vysoká Hm. vysoká Hm. vysoká ČSN EN Návrhový tepelný výkon Pro vytápěný prostor: HL,i = T,i + V,i + RH,i (W) Pro budovu nebo část budovy: HL = T,i + V,i + RH,i (W) T,i návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i návrhová tepelná ztráta větráním (* pro budovu redukováno maximum) RH,i zátopový tepelný výkon při přerušovaném vytápění 52 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 20

21 ČSN EN Ztráta větráním pro celou budovu pro přirozené větrání: V i max 0,5. V inf,i, min, i pro nucené větrání s větrací soustavou: i,5. V inf,i 1 ηv. Vsu,i V 0 V mech,inf,i η v účinnost zařízení ZZT Pro návrh zdroje 24h průměr. V 53 ČSN EN Zjednodušený výpočet Předpoklady: Obytné budovy n 50 < 3 h -1 Použití vnějších rozměrů Celková tepelná ztráta: i T, i V, i f, i. f Δθ teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty (24 C) 54 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 21

22 ČSN EN Zjednodušený výpočet Ztráta prostupem tepla Φ T,i Ztráta větráním k f k A k U k int,i V,i 0,34 Vmin,i int,i e V min, i n min Vi Celkový tepelný výkon HL = T,i + V,i + RH,i (W) e 55 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Vysoké a rozlehlé prostory Prostory s výškou >5m uvažuje se teplotní vertikální gradient zvýšení tepelných ztrát střechou. Budovy 60 W/m 2 Φ T,i V,i h,i Celková tepelná ztráta upravena výškovým korekčním činitelem f h,i závisí na způsobu vytápění (sálavé, konvekční) a výšce vytápěných prostor. i Φ Φ f 56 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 22

23 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech f h,i výškový korekční činitel 57 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Budovy s výrazně odlišnou teplotou vzduchu a střední teplotou sálání Pokud chyba tep.ztráty větráním > 5% ztráta prostupem z výsledné teploty θ o ztráta větráním z teploty vnitřního vzduchu θ int 58 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 23

24 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Střední teplota sálání θ r a vnitřní výpočtová teplota θ int se odchylují > 1,5K ztráta větráním pro teplotu vzduchu θ a a 2. o - r Průmysl -proudění vzduchu > 0,2 m/s F FB r o B a 1 θ o výsledná teplota 125ESB1,ESBB 2014/ ČSN EN Výpočet tepelného výkonu 64 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 24

25 Výpočet roční potřeby tepla kwh, GJ, MJ 67 Roční průběh potřebného výkonu 68 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 25

26 Roční potřeba tepla na vytápění Denostupňová metoda Q r 24 Qc D t t i e ei -nesoučasnost infiltrace a prostupu (0,8-0,9) et -snížení teploty během dne (0,8-0,7) ed -zkrácení doby s vyt. přestávkami (0,8-1) nr -účinnost rozvodů (0,95-0,98) no -účinnost obsluhy (0,9-1) D ( t t ) d I E 69 ČSN EN ISO Tepelné chování budov - výpočet potřeby tepla na vytápění 70 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 26

27 Energetická bilance budovy 71 Roční potřeba energie a potřeba tepla Proměnné klimatické podmínky Prostup a větrání Vnitřní a vnější zisky Účinnost výroby a distribuce energie ČSN EN Předpokládaná spotřeba paliva Certifikace budov GJ, kwh 72 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 27

28 Potřeba tepla na vytápění Q Q h Qr Qth Q h potřeba tepla na vytápění budovy Q r teplo zpětně získané, včetně obnovitelných zdrojů, pokud není přímo zohledněno v redukci tepelné ztráty Q th celková tepelná ztráta vytápěcího systému,včetně zpětně získané tepelné ztráty soustavy. Také vliv nerovnoměrné teploty místností a nedokonalé regulace 73 Potřeba tepla Q h Q L Q g Tepelné ztráty Q L a tepelné zisky Q g se vypočítávají pro každý časový úsek výpočtu. Q h n Potřeba tepla Q h je součtem potřeb tepla za kratší časové období (měsíce). Q nh 74 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 28

29 Potřeba energie na vytápění Q H t L i e H = H T + H V H V. V a c a Celková tepelná ztráta Q L jednozónové budovy s konstantní vnitřní teplotou θ i během daného časového úseku t při průměrné venkovní teplotě θ e 75 Tepelné zisky Q g Vnitřní tepelné zisky využitelné Vytápěné a nevtápěné místnosti. b t t Qi 1 ih Solární zisky Q g Q I sj Asnj b I sj iu Qs 1 n i Q i j j n s A snj,u 76 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 29

30 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Návrh a konstrukce otopných ploch Zpět na obsah 77 Základní typy prvků pro sdílení tepla Otopná tělesa Desková Článková ocelová,litinová, hliníková Trubková Konvektory Sálavé panely a pasy Zářiče tmavé Zářiče světlé Otopné plochy Podlahové vytápění Stěnové vytápění Stropní vytápění 78 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 30

31 Desková Trubková Typy otopných těles 79 Litinová článková Typy otopných těles 80 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 31

32 Typy otopných těles Konvektory podlahové (ventilátor) soklové stěnové 81 Sálavé panely a pasy Vodní, parní, elektrické max 110 C 82 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 32

33 tmavé cca 350 C světlé - cca 800 C Zářiče Plyn, elektřina Intenzita osálání hlavy 84 Účel místnosti Prostor Tepelná ztráta Materiál těles Napojení Kotvení Volba typu těles 85 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 33

34 Proudění vzduchu v místnosti 86 Návrh otopných těles Klasický návrh Určení teplotního spádu na tělese t w1/t w2 Přednostní umístění tělesa pod okno v jeho 80% délce L OT = 0,8.L OK Pokrytí tepelné ztráty Q OT Q Návrh zohledňující v plné míře tepelnou pohodu uživatele Navržení tělesa pod okno v jeho plné délce (kompenzace chladných padajících proudů) L OT L OK Kompenzace "chladného" sálání okna a chladných padajících proudů určením střední teploty tělesa H OT.(t OT - t I) H OK.(t I - t OK) => t OT Volba teplotního spádu na tělese s respektováním vypočtené střední teploty tělesa t OT t w1/t w2 Pokrytí tepelné ztráty volbou výšky a hloubky tělesa Q OT Q (Bašta, 87 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 34

35 Přepočet výkonu tělesa Při změně teploty otopné vody se mění výkon je aritmeticky určený rozdíl teplot n je teplotní exponent tělesa [-] podlahová otopná plocha n = 1,10 desková otopná tělesa n = 1,26 až 1,33 trubková koupelnová otopná tělesa n = 1,20 až 1,30 tělesa podle DIN 4703 n = 1,30 konvektory n = 1,30 až 1,50 88 Faktory ovlivňující výkon tělesa Napojení na OS 100% 95% 110% 87% Zakrytí 100% 100% 90% 85% 89 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 35

36 PLOŠNÉ VYTÁPĚNÍ 90 Plošné vytápění Využita obvykle konstrukce ohraničující vytápěný prostor. Povrchová teplota je omezena hygienicky: Strop C (80%) Podlaha C (55%) Stěny C (65%) Nízkoteplotní systémy vhodné pro spojení s nízkopotenciálními energetickými zdroji (solární systémy, tepelná čerpadla,..) Konstrukční uspořádání otopné plochy: zabudovaná do stavební konstrukce samostatná 91 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 36

37 Teplotně aktivované stavební konstrukce (TABS) S nebo bez materiálů s fázovou přeměnou Chladicí výkon omezen povrchovou teplotou Regulace? 92 PODLAHOVÉ VYTÁPĚNÍ 93 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 37

38 Podlahové vytápění Historie Hypokausta 94 Podlahové vytápění Vhodné pro objekty s tepelnou ztrátou < 20 W/m 3 Nutné uvažovat se setrvačností podlahy 4-8h Teplota vzduchu proti konvekčnímu nižší o 2-4 C Povrchová teplota: C prostory, kde se stojí C obytné a administrativní budovy C koupelny, chodby, bazény Optimální závisí na podlahovém materiálu: Textil, korek, dřevo (21-28 C) 95 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 38

39 Podlahové vytápění Teplotní spád systému 5-6 C (max. 10 C) Průměrná teplota topné vody běžně 50 C. 96 ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ICS Podlahové vytápění - Soustavy a komponenty - Část 1: Definice a značky ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ICS Podlahové vytápění - Soustavy a komponenty - Část 2: Výpočet tepelného výkonu ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ČSN EN ČSN EN ICS ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ICS Podlahové vytápění - Soustavy a komponenty - Část 3: Projektování Podlahové vytápění Soustavy a komponenty - Část 4: Montáž ČSN EN Únor ČSN EN (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 39

40 Podlahové vytápění Skladba podlahy 98 Varianty řešení podlahy TYP A TYP B TYP C 99 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 40

41 Uložení potrubí Podlahové vytápění 100 Podlahové vytápění Výkon Omezená povrchová teplota omezený výkon cca 100 W.m -2 Úspory energie? Nižší teplota vzduchu nižší tepelné ztráty Regulace Malý teplotní rozdíl mezi podlahou a vzduchem samoregulační jev 101 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 41

42 Příklady 102 PODLAHA 103 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 42

43 PODLAHA 104 Vytápění venkovních ploch Zařízení na odtávání sněhu Rozteč potrubí 15-50cm Teplota C Použití nemrznoucích směsí Tepelný výkon dle množství sněhu a venkovní teploty Velká tepelná setrvačnost Mechanická odolnost 105 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 43

44 STĚNOVÉ VYTÁPĚNÍ 106 Princip Vytápění s otopnou plochou integrovanou do stavební konstrukce. V konstrukci stěny, většinou při jejím vnitřním líci, jsou zabudovány trubky, kterými proudí teplonosná látka. Obdobně jako v podlahovém vytápění se tepelný tok přiváděný teplonosnou látkou rozdělí v poměru tepelného odporu stěny směrem ven a do vytápěné místnosti, což se projeví zvýšením povrchové teploty stěny na obou stranách. Při navrhování stěnového vytápění je bezpodmínečně nutné znát budoucí rozložení nábytku v místnosti což je velmi omezující pro použití tohoto systému v běžné výstavbě. Stěnové vytápění se proto používá především tam, kde je předem dáno využití prostoru jako jsou bazény, vstupní prostory, chodby a kde není možné nebo žádoucí použít běžných otopných ploch, např. ve věznicích, v léčebnách a v sociální výstavbě. Zajímavou možností je využití tohoto systému i pro účely chlazení. prof.karel Kabele 107 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 44

45 Zásady navrhování České normy, ani platná ČSN EN 1264, tento systém vytápění neřeší a v Evropské normalizaci je v projednávání norma pren Heating systems in buildings - Design of embedded water based surface heating and cooling systems (2005), která řeší podlahové, stěnové i stropní vodní systémy. Kromě firemních a normových postupů je vhodné pro analýzu a popis chování těchto systémů využít některou z metod pro matematické modelování dvou nebo třírozměrného vedení tepla, metody konečných prvků anebo metody konečných diferencí. PrEN se zabývá i specifikací a verifikací těchto výpočtů Analogie s podlahovým vytápěním ( x jiný součinitel přestupu tepla) Empirické vztahy a tabulky prof.karel Kabele 108 Postup návrhu určení ploch, použitelných pro tento typ vytápění; stanovení požadované maximální povrchové teploty; výpočet tepelné ztráty místnosti, analogicky k podlahovému vytápění bez ztráty stěnou se stěnovým vytápěním; ověření dosažitelného výkonu, z plochy a teploty v porovnání s tepelnou ztrátou; případně návrh doplňkových otopných ploch. výběr typu stěnového vytápění, mokrý nebo suchý systém, trubky nebo kapiláry; návrh rozteče a teplotních parametrů teplonosné látky; hydraulický výpočet. prof.karel Kabele 109 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 45

46 Teplotní poměry Z hlediska zajištění tepelné pohody je stěnové vytápění v principu analogií k vytápění deskovými otopnými tělesy zdroj tepla je zboku a nedochází většinou k přímému kontaktu mezi osobou a otopnou plochou. Doporučená maximální povrchová teplota je v rozmezí 35 až 50 C. Při její volbě je nutno zvážit konkrétní podmínky použití, zvláště pak to, zda se mohou uživatelé dostat snadno do přímého kontaktu se stěnou a zda se nejedná o citlivější jedince jako jsou děti a starší osoby. Při povrchových teplotách nad 42 C může být dotyk vnímán již bolestivě. Druhým faktorem při volbě povrchové teploty je i velikost ztráty do venkovního prostředí resp. vliv na sousední místnost. Někteří výrobci tak doporučují navrhovat systém na povrchovou teplotu 35 C prof.karel Kabele 110 Konstrukční řešení A systém s trubkami o průměru mm Mokrá varianta Trubky se ukládají do omítky. Rozteč trubek je 50 až 300 mm, trubky se ukládají ve tvaru jednoduchého nebo dvojitého meandru s připojením ze spodu Suchá varianta Trubky ukládají do vyfrézovaných profilů v systémových sádrokartonových obkladových deskách, případně se používá prefabrikovaných desek s již zalitými trubkami a těmi se nosná stavební konstrukce obloží. B - systémy s kapilárními rohožemi Mokrá varianta plastové trubičky o průměru 6 mm s roztečí mm. Tyto systémy umožňují použití menší tloušťky omítky. prof.karel Kabele 111 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 46

47 STĚNA OMÍTNUTÁ 112 STĚNA OMÍTNUTÁ 113 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 47

48 STROPNÍ VYTÁPĚNÍ A CHLAZENÍ 114 Pramen: Foto Karel Kabele, Bytový dům Praha 7] 115 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 48

49 [Source: Photo Marie-Claude Dubois, bâtiment Tyréns, Malmö, Suède] STROPNÍ DESKA 117 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 49

50 STROPNÍ DESKA 118 SDK PODHLED OMÍTNUTÝ 119 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 50

51 SDK PODHLED OMÍTNUTÝ 120 SDK PODHLED SHORA 121 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 51

52 SDK PODHLED SHORA 122 SDK PODHLED PODKROVÍ 123 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 52

53 SDK PODHLED PODKROVÍ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 53

54 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov VYTÁPĚNÍ PODLOŽÍ LEDOVÉ PLOCHY 126 Skladba podlahy Led 50 mm Beton 240 mm Chlazení -16/-12 C; 160 W/m 2 EPS 250 mm Beton 250 mm prof.karel Kabele 127 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 54

55 Skladba podlahy s vytápěním Led 50 mm Beton 240 mm Chlazení -16/-12 C 160 W/m 2 EPS 250 mm Beton 250 mm Vytápění 10/8; cca 10 W/m 2 prof.karel Kabele (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 55

56 130 Realizace prof.karel Kabele 131 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 56

57 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Teplovodní otopné soustavy Zpět na obsah 132 Teplovodní otopné soustavy Princip Otopná soustava zdroj potrubní síť spotřebiče tepla Teplonosná látka voda (nemrznoucí směs) pára T 1, 1 Přívodní potrubí Kotel Expanzní nádoba T 2, 2 Vratné potrubí Otopné těleso H 133 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 57

58 Umístění stavby Navrhování OS Vstupní informace Účel objektu (obytná budova, občanská vybavenost, průmysl, sportovní stavby) Provoz objektu (přerušovaný, nepřetržitý, počet provozních jednotek) Konstrukce budovy z hlediska tepelně technických vlastností Konstrukce budovy z hlediska uložení potrubí Rozmístění a typ otopných ploch 134 Navrhování OS Funkční požadavky Propojení otopných těles se zdrojem Odvzdušnění Možnost vypouštění Integrace do stavby...? 135 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 58

59 délka rozvodů Navrhování OS Kritéria optimalizace umístění otopných ploch ve vytápěné místnosti způsob regulace hydraulická stabilita míra zásahu do stavebních konstrukcí investiční náklady provozní náklady možnost opravy 136 Návrhové parametry teplovodních OS geometrické, teplotní, tlakové a materiálové parametry (1) Způsob oběhu otopné vody (2) Prostorové uspořádání otopné soustavy (3) Nejvyšší pracovní teplota otopné vody (4) Materiál na potrubní síť (5) Konstrukce expanzní nádoby 137 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 59

60 Návrhové parametry teplovodních otopných soustav Návrhové parametry vodních otopných soustav Prostorové uspořádání soustavy Nejvyšší pracovní teplota Konstrukce expanzní nádoby Oběh otopné vody Materiál rozvodu Vzájemné propojení těles Umístění ležatého rozvodu Vedení přípojek k tělesům Nízkoteplotní do 65 C Otevřená Přirozený Ocel Jednotrubkové Dvoutrubkové Spodní Vertikální Teplovodní od 65 c do 115 C Uzavřená Nucený Měď Průtočná S obtokem Protiproud Souproud Horní Kombinovaná Horizontální Hvězdicová Horkovodní nad 115 C Plasty Oběh otopné vody Přirozený Expanzní p 1 =h.ρ 1.g p 2 =h.ρ 2.g Vztlak Δp c =Δp ρ =p 2 -p 1 =H.(ρ 2 - ρ 1 ).g Nucený θ 1, 1 Přívodní potrubí Kotel nádoba θ 2, 2 Vratné potrubí Otopné těleso H Δp c =Δp č + Δp ρ P1 P2 125ESB1,ESBB 2014/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 60

61 2. Prostorové uspořádání soustavy 2.1 Vzájemné propojení těles jednotrubková, dvoutrubková soustava 2.2 Umístění ležatého rozvodu spodní, horní, kombinované 2.3 Vedení přípojek k tělesům horizontální, vertikální, hvězdicové Prostorové uspořádání OS 2.1 Vzájemné propojení těles Dvoutrubkové soustavy Jednotrubkové soustavy 142 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 61

62 2.1.1 Dvoutrubkové soustavy Protiproudé zapojení Souproudé zapojení Tichelmann Jednotrubkové soustavy Základní schémata zapojení Horizontální Průtočné S obtokem Jezdecké zapojení Regulovaný obtok Ventilem, Clonou, Zúžením kmenové trubky, Zasunutím přípojek do kmenové trubky, Fitinkem v místě napojení zpětné přípojky Se směšovací armaturou Dvoubodovou jednobodovou 144 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 62

63 2.1.2 Jednotrubkové soustavy Napojení těles směšovacími armaturami Vysokodporové - směšovací dvoubodové směšovací jednobodové ventil kompakt Jednotrubkové soustavy Napojení těles nízkoodporovými armaturami Nízkoodporové přímé nebo rohové radiátorové ventily 146 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 63

64 2.1.2 Jednotrubkové soustavy varianty Podle uživatelů Okruhy bytové a zonové Podle umístění stoupaček Okruhy uzavřené a rozvinuté Jednotrubková soustava s reverzním provozem Vzájemné propojení těles Závěr Srovnání dvoutrubky a jednotrubky Délka rozvodů Oběh otopné vody Měření a regulace Stavební úpravy Tlakové poměry 148 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 64

65 2.2 Umístění ležatého rozvodu Spodní rozvod Horní rozvod Kombinovaný rozvod Vedení přípojek k tělesům Vertikální Horizontální Hvězdicová 150 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 65

66 Teplotní parametry Pracovní teploty v OS Výpočtová teplota otopné vody na vstupu do otopné soustavy t 1 na výstupu z otopné soustavy t 2 na vstupu do otopného tělesa t w1 Expanzní nádoba t w1 t Otopné Tp,max těleso na výstupu z otopného tělesa t w2 Střední teplota otopného tělesa t w Nejvyšší teplota povrchu otopných těles t Tp max Přívodní potrubí t 1 Kotel t w2 Vratné potrubí t 2 t w Teplotní spád otopného tělesa = t w1 - t w2 Teplotní spád soustavy = t 1 - t (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 66

67 3. Teplotní parametry OS Výkon přenášený soustavou. Q = M. c. (t 1 t 2 ) Expanzní nádoba t w1 t p1,max Otopné těleso Výkon přenášený tělesem. Q t = h. A. (t w t i ) Přívodní potrubí t 1 Kotel t w2 Vratné potrubí t 2 t w Teplotní parametry OS Kritéria pro volbu parametrů Ekonomické faktory (minimalizace nákladů na realizaci i provoz soustavy); Fyzikální vlastnosti pracovní látky ( pro teplovodní soustavy maximální teplota 115 C); Hygienické požadavky na otopnou soustavu resp. na tělesa; Technické možnosti zdroje tepla ( např. nízkoteplotní zdroje určují maximální teplotu otopné vody v soustavě) Legislativní požadavky vyhláška 193/2007 Sb. omezuje teplotu otopné vody na 75 C 156 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 67

68 3. Teplotní parametry OS Volba parametrů Teplota otopné vody u soustavy Teplovodní nízkoteplotní t 1 65 C Teplovodní otevřené 65 C < t 1 95 C Teplovodní uzavřené 65 C < t C Horkovodní t 1 > 115 C Teplotní spád OS 10K až 25K, u horkovodních soustav 40K až 50K. 90/70 C, 85/75 C, 80/60 C, 75/65 C,70/50 C, 70/60 C Teplotní parametry OS Volba parametrů Teploty otopných těles maximální povrchová teplota (85 až 90 C) t Tpmax = t w1 2,5 Teplotní spád dvoutrubka = teplotní spád OS (15 až 25 K) jednotrubka < teplotní spád OS (5 až 10 K) 158 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 68

69 4. Materiál rozvodu O materiálu nutno rozhodnout na počátku projektu - různé mechanické vlastnosti mají vliv na koncepci řešení Používané materiály ocel měď plasty Materiál rozvodu 4.1 Ocel Tradiční materiál, dobré mechanické vlastnosti ocel třídy do DN 50 se používá trubek ocelových závitových běžných, pro větší průměry se používá hladkých bezešvých trubek Svařování 160 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 69

70 4. Materiál rozvodu 4.2 Měď Menší spotřeba materiálu Citlivá na chem. složení vody ph min7 Nebezpečí vzniku elektrochemické koroze (Al) pájení měkké a tvrdé 161 Materiály 4. Materiál rozvodu 4.3 Plasty síťovaný polyetylén (PEX, VPE), polybuten (polybutylen, polybuten-1,pb), statistický polypropylen (PP-R, PP-RC,PP-3), chlorované PVC (C-PVC, PVC-C) vrstvená potrubí s kovovou vložkou. Uložení potrubí Životnost!!! Kyslíková bariéra? 162 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 70

71 ČSN EN TEPELNÉ SOUSTAVY V BUDOVÁCH NAVRHOVÁNÍ TEPLOVODNÍCH TEPELNÝCH SOUSTAV 163 ČSN EN březen 2005 Tepelné soustavy v budovách Navrhování teplovodních tepelných soustav překlad EN 12828:2003 stručný výtah, i : norma obecně popisuje návrhová kritéria pro teplovodní sítě do 105 C, nad 105 C jiné bezpečnostní prvky návrhový tepelný výkon soustavy musí být vypočten podle ČSN EN použití jiné metody (např. ČSN ) se souhlasem zákazníka výkon zařízení pro výrobu a rozvod tepla obecně: SU =f HL. HL + f DHW. DHW + f AS. AS [kw] ČSN : PRIP = 0,7. TOP + 0,7. VET + TV [kw] PRIP = TOP + VET [kw] 164 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 71

72 ČSN EN březen 2005 Tepelné soustavy v budovách Navrhování teplovodních tepelných soustav překlad EN 12828:2003 zákazník může požadovat zpracování projektu tepelné pohody EN ISO 7730 (rovnoměrnost rozložení teplot, rychlost proudění vzduchu ) - odchylka výsledné teploty v prostoru < 4 K konst. - nesouměrnost teploty sálání < 10 K splněno, pokud UW - rychlost proudění vzduchu < 0,18 m/s d, i d, e tepelné izolace zavádí izolační třídy (1 až 6) a poměrně složitě definuje podle použité izolace (l a průměru potrubí tloušťku izolace pokyny pro návrh membránových tlakových nádob v uzavřených soustavách základní požadavky, výchozí parametry, výpočet velikosti, - tabulkové zpracování objemu exp. nádoby pro soustavy do 110 C - 125ESB1,ESBB 2014/ Konstrukce expanzní nádoby Otevřená jistota provozu zamrzání zavzdušňování Uzavřená vyšší pracovní teploty 166 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 72

73 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Měření a regulace vytápění Zpět na obsah 167 Co je to regulace? Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy teplota průtok tlak 168 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 73

74 Proč se reguluje vytápěcí zařízení? Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS Vyrovnání nepřesností návrhu 169 Základní princip regulace Regulovaná veličina x Akční veličina y Poruchová veličina z Řídící veličina w Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 170 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 74

75 Monitorování Měření regulované veličiny Bez akčního členu Nepřímá Zpětná vazba Regulovaná soustava X Z 171 Ovládání Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina bez zpětné vazby, bez regulátoru? Akční člen Regulovaná soustava Z X 125ESB1,ESBB 2014/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 75

76 Ruční regulace Na místě regulátoru je člověk. Ví jaký je dopad jeho regulačních zásahů a podle toho reguluje soustavu Zpětná vazba W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 173 Automatická regulace Podle W a/nebo X dává automaticky impuls akčnímu členu ve snaze dosáhnout žádané hodnoty x Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 174 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 76

77 Regulátor W Y Akční člen Zpětná vazba Z X Podklady k přednáškam Vzájemné propojení více systémů budov Energetické a ekologické Bezpečnostní Dopravní Zábavní Inteligentní budovy Vytápění Regulovaná soustava Regulátor W Y Osvětlení Akční člen Regulátor W Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X Zabezpečení Y Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X Vzduchotechnika Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X 175 Regulační obvod Technické provedení Měření regulované veličiny, resp. řídící veličiny elektrický teploměr, tlakoměr, průtokoměr apod. Regulátor porovnává naměřené hodnoty se žádanými a podle toho aktivuje akční člen Akční člen fyzicky mění akční veličinu - např uzavírací nebo směšovací ventil se servopohonem, elektromagnetický uzávěr na přívodu plynu do kotle 176 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 77

78 Regulátory nespojité akční veličina má omezený počet hodnot - dvě a více regulovaná veličina kolísá kolem žádané hodnoty v rozmezí regulační odchylky příklad - prostorový termostat 177 Regulátory spojité akční veličina se mění spojitě v závislosti na regulované veličině podle tzv. přechodové charakteristiky P - proporcionální (akční veličina je přímo úměrná regulované veličině) I - integrační (akční veličina je úměrná regulační odchylce) D - derivační (akční veličina je úměrná derivaci regulované veličiny podle času) T - zpožďující (akční veličina se začne měnit až po určité časové prodlevě) Poznámka - je možná i kombinace charakteristik např. PI regulátor Fuzzy 178 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 78

79 Regulátory podle pohonu Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru přímočinné regulátory nepřímé regulátory elektřina, stlačený vzduch 179 Akční členy Elektromagnetické ventily Regulační ventily Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné 180 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 79

80 Konec ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Regulace II.část 182 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 80

81 Proč se reguluje vytápěcí zařízení? Zaregulování otopné soustavy Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS 183 ZAREGULOVÁNÍ OTOPNÉ SOUSTAVY 184 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 81

82 A. Návrh dimenzí potrubí Souhrn Přirozený oběh metoda daného tlaku Účinný tlak + přídavný vztlak Etážová soustava? Nucený oběh metoda ekonomického tlakového spádu 60 až 200 Pa.m -1 metoda optimálních rychlostí 0,05 až 1,0 m.s -1 (!!! Hluk) metoda daného tlaku čerpadlo + přídavný vztlak, kpa 185 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Výpočet tlakové ztráty pro navržené dimenze potrubí třením místními odpory Tlakové ztráty okruhu porovnáme s dispozičním tlakem (přirozený oběh x nucený oběh) Přebytek tlaku regulujeme nastavením regulačních armatur Nedostatek tlaku buď zvýšením tlaku nebo snížením tlakových ztrát 186 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 82

83 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Regulační ventily u těles ve většině případů Regulační ventily v okruhu při rozsáhlých soustavách, kde je nutné vyvážit více objektů nebo částí Clonky v potrubí nedoporučuje se (zarůstání, koroze) 187 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav k v, k vs hodnota k v V p průtok V v m 3.h -1 regulační armaturou při jednotkovém rozdílu tlaku p=1bar=100kpa slouží k volbě přednastavení regulační armatury z daného průtoku V a požadované tlakové ztráty p určím potřebnou k v hodnotu armatury 188 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 83

84 B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Příklad: Hledáme nastavení ventilu u tělesa s výkonem 1580W a přetlakem 0,1 bar = 10 kpa Q V 0,070 m h c t k v V p 0, ,22 m h 0, B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Hmotnostní průtok + dopravní tlak Stanovení příkonu čerpadla P (W) pv P V - Dopravní množství (m 3 /s) Účinnost čerpadla (-)!!! dopravní tlak (Pa) x dovolený přetlak!!! 1m v.s.=10kpa 190 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 84

85 REGULACE VÝKONU OTOPNÉ SOUSTAVY 191 Regulace výkonu otopné soustavy Přímá regulace regulace výkonu zdroje Nepřímá regulace regulace výkonu soustavy; zdroj je regulován na základě požadavků soustavy Místní regulace regulace jednotlivých místností Zónová regulace regulace po zónách Centrální regulace regulace celé budovy Regulace dle vnitřní teploty Regulace dle venkovní teploty (ekvitermní) Ruční regulace Automatická regulace 192 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 85

86 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Přímá centrální regulace podle vnitřní teploty regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel) PV Č1 193 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Přímá centrální regulace podle venkovní teploty (ekvitermní regulace přímá) regulace výstupní teploty vody na zdroji žádaná hodnota je nastavena dle venkovní teploty ekvitermní křivka T PV Č1 194 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 86

87 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Nepřímá centrální regulace podle venkovní teploty (ekvitermní regulace nepřímá) kotlový termostat + centrální regulace teploty otopné vody směšováním nebo rozdělováním trojcestným nebo čtyřcestným ventilem podle vnější teploty (ekvitermní regulace) T R T Příklady regulace teplovodních otopných soustav Nepřímá místní regulace podle vnitřní teploty ruční/automatická regulace jednotlivých těles regulačními ventily (1) ručními nebo s termostatickou hlavicí 196 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 87

88 Termostatická hlavice + ventil Běžná S odděleným čidlem S dálkovým nastavením Regulační ventil 197 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Dvoustupňová regulace místní a centrální nepřímá podle vnitřní a venkovní teploty Legenda: 1 Ventil s termostatickou hlavicí 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Ústřední jednotka automatické regulace 9 Čidlo venkovní teploty 198 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 88

89 Příklady regulace teplovodních otopných soustav Dvoustupňová regulace zónová a centrální nepřímá podle vnitřní teploty Legenda: 1 Ručně ovládaný ventil 2 Otopné těleso 3 Přívodní potrubí 4 Zpětné potrubí 5 Směšovací ventil (trojcestný) 6 Oběhové čerpadlo 7 Jednotka automatické regulace 8 Čidlo vnitřní teploty 199 REGULACE III. ČÁST 204 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 89

90 Hydraulická stabilita DVs Proč? Ve výpočtu uvažujeme ustálený stav x proměnná realita způsobená především: proměnlivými hodnotami přídavného vztlaku vlivem měnící se teploty otopné vody proměnlivými tlakovými poměry v OS vlivem funkce termostatických ventilů Řešení: pasivní vyregulování přesným výpočtem aplikace automatických regulačních prvků 205 Hydraulická stabilita DVs Pasivní regulace výpočtem pravidla pro navrhování jednotlivých částí OS nejvíce tlaku spotřebovat na tělesech tlaková ztráta ve stoupačce = účinnému tlaku vzniklému ve stoupačce tlaková ztráta v ležatých rozvodech = účinnému tlaku vzniklému v ležatých rozvodech 206 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 90

91 Hydraulická stabilita DVs Aplikace automatických regulačních prvků přepouštěcí ventily otvírá se podle odchylky diferenčního tlaku, umisťuje se do obtoku čerpadla nebo mezi přívodní a vratné potrubí OS regulátory diferenčního tlaku škrtící (!) ventil v potrubí řízený diferenčním tlakem čerpadla s řízenými otáčkami konstantní tlak čerpadla při proměnném průtoku 207 Regulace tlakové diference 208 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 91

92 Termohydraulický rozdělovač Oddělení kotlového okruhu od otopné soustavy Kdy použít? 209 Ochrana proti nízkoteplotní korozi Řešení problému náběhu kotle na pevná paliva Kdy použít? 210 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 92

93 Příklady zapojení zdrojů Příklad 1: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, pouze vytápění. Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody. Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovaný chod zdroje s přestávkami v řádu dnů. 211 Zdroje - příklady řešení 2 Příklad 2: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, vytápění a průtočný ohřev TUV.Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody. Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovaný chod zdroje s přestávkami v řádu dnů.průtočný ohřev TUV je ve srovnání se zásobníkovým příznivý z hlediska stagnace TUV (legionella). 212 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 93

94 Zdroje - příklady řešení 3 TRB Č3 Č2 Č4 PV Č1 E N Č5 RS 2xTRV 3xZV PV Příklad 3: Bivalentní zdroj - např. kondenzační kotel v kombinaci s vysokoteplotními kolektory.teplovzdušné větrání a nízkoteplotní vytápění,průtočný ohřev TUV. 213 Zdroje - příklady řešení 4 Příklad 4: Bivalentní zdroj - klasický kotel v kombinaci s nízkoteplotními kolektory.teplovodní vytápění,průtočný ohřev TUV. Použití teplotně stratifikovaného zásobníku umožňuje využití nízkopotenciálního tepla kolektorů k předehřevu teplé vody. 214 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 94

95 215 Měření ve vytápění Měření provozních parametrů pro regulaci Tlak, teplota, průtok Měření tepla na patě objektu Teplo vyrobené ve vlastním zdroji měření spotřeby paliva Teplo dodané do objektu (dálkové vytápění) Kalorimetrické měření - průtok+rozdíl teplot 216 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 95

96 Měření tepla pro rozdělení nákladů na uživatele Kapalinové indikátory odpařování speciálně obarvené kapaliny v závislosti na teplotě otopného tělesa Přiložená stupnice umožňuje odečítání množství odpařené kapaliny. Po provedení odečtu je trubička s kapalinou nahrazena novou ampulí s roztokem jiné barvy Elektronické indikátory Jeden ze snímačů měří povrchovou teplotu otopného tělesa. další snímač měří okamžitou teplotu okolního prostoru. Naměřené hodnoty jsou předávány ke zpracování integrovanému mikroprocesoru Nejedná se o Měření tepla!!! Vyhláška 372/2001 Sb. 217 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Příprava teplé vody Zpět na obsah 218 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 96

97 Osnova 1. TV a její vlastnosti 2. Způsoby přípravy TV 3. Prvky a zařízení pro ohřev TV 4. Navrhování ohřevu TV prof.karel Kabele TV a její vlastnosti 220 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 97

98 TV, PHW (potable hot water) TEPLÁ VODA ohřátá pitná voda vhodná pro trvalé používání člověkem a domácími zvířaty; je v souladu s předpisy vycházejícími ze Směrnice ECC; je určena k mytí, koupání, praní, umývání a k úklidu; při poruše dodávky studené vody se může použít pro vaření, mytí a pro hygienické účely musí splňovat bakteriologická, biologická a chemická kritéria pro pitnou vodu daná vyhláškou č. 252/2004 Sb. ve znění pozdějších předpisů, např. vyhlášky č. 187/2005 Sb. s rostoucí teplotou vody roste reaktivita, >> koroze a vznik inkrustací prof.karel Kabele 221 Ukazatelé jakosti vody pro ohřev TV Minimální KNK 4,5 Hmotnostní koncentrace fosforečnanů Hodnota ph při teplotě 20 C Hmotnostní koncentrace chloridů Látková koncentrace vápníku a hořčíku a hmotnostní koncentrace volného CO 2. prof.karel Kabele 222 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 98

99 Úprava TV odkyselovací filtr dávkovač inhibitoru koroze magnetická úprava vody MUV Odkyselovací filtr Inhibitor koroze prof.karel Kabele 223 Legionella pneumophila a TV Tyčinková bakterie, průměr 0,2 až 0,7 μm a délku 1 až 4 μ m v přírodě se vyskytují zcela běžně ve všech vodách a vlhké půdě jsou přítomny v rozvodech vody, vzduchovodech, zařízeních pro solární ohřev TV jsou citlivé na teplotu prof.karel Kabele 224 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 99

100 Vliv teploty na život bakterií Legionella pneumophila 100 C Parní zvlhčování 90 C 80 C 70 C 60 C Teplovodní vytápění ÚHYN BĚHEM NĚKOLIKA MINUT AŽ SEKUND 50 C Teplá voda 40 C Lázně Chladící věže Sprchy 30 C 20 C Vodní zvlhčovače ÚHYN BĚHEM NĚKOLIKA HODIN OPTIMÁLNÍ PODMÍNKY PRO ROZMNOŽOVÁNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ 10 C Chladiče Studená voda MINIMÁLNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ 225 Účinky na člověka Bakterie LP jsou škodlivé, dostanou-li se do lidského organismu. Způsobují onemocnění zvané legionářská nemoc (legionelóza) a pontiacká horečka 10-20% případů končí úmrtím pacienta... Nebezpečné je především vdechnutí!!! prof.karel Kabele 226 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 100

101 Zdroje kontaminace v systémech TV Obecně stagnující teplá voda a usazeniny Riziková místa: Výtokové armatury Zásobníkové ohřívače a zásobníky TV Cirkulační potrubí Bazény nad 25 C Nevhodně použité materiály a chemikálie prof.karel Kabele 227 Způsoby odstraňování bakterií Legionella pneumophila sterilizace UV zářením anodická oxidace chlorování filtrace tepelná desinfekce prof.karel Kabele 228 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 101

102 Schéma zařízení na tepelnou desinfekci TV 229 Schéma zařízení na tepelnou desinfekci TV 230 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 102

103 Schéma zařízení na tepelnou desinfekci TV 231 Jakost TV - normy ČSN Jakost teplé užitkové vody neplatná od ČSN Pitná voda - neplatná od ČSN Požadavky na jakost vody dopravované potrubím. Zrušena únor 1998 ČSN Příprava teplé vody - Navrhování a projektování (2006) prof.karel Kabele 232 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 103

104 Způsoby přípravy TV 233 Příprava TV Prvky systému Zdroj TV Energie + SV Distribuční síť TV Výtokové armatury 234 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 104

105 Příprava teplé vody Podle způsobu předávání tepla přímé, nepřímé Podle místa ohřevu místní, centrální Podle konstrukce zařízení zásobníkové, průtočné, smíšené Podle počtu zdrojů tepla jednoduché, kombinované prof.karel Kabele Prvky zařízení na přípravu TV 236 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 105

106 Prvky zařízení na přípravu TV Zdroje TV zásobníkový ohřev průtočný ohřev smíšený ohřev Distribuční síť materiály potrubí kompenzace délkové teplotní roztažnosti izolace potrubí cirkulace TUV přihřívání potrubí výtokové armatury prof.karel Kabele 237 Zařízení pro zásobníkový ohřev Zásobníkový ohřev Zásobníkové ohřívače Zásobníky TUV Nepřímoohřívané Kombinované Tlakové Přímoohřívané Beztlakové 238 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 106

107 Nepřímo ohřívaný zásobník Plynový kotel Otopná soustava Odběr TV Odběr TUV Přívod studené vody Nepřímo ohřívaný zásobník Princip zapojení nepřímo ohřívaného zásobníku s trojcestným ventilem 239 Beztlaký x tlakový zásobník Přepadová trubka Volná hladina Uzavřená tlaková nádrž Volný výtok TV Výtokový ventil Pojistný, zpětný a uzavírací ventil 240 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 107

108 Příklad zapojení pro zásobníkový ohřev TV 241 Zařízení pro průtočný ohřev Průtočný ohřev Plynové ohřívače Elektrické ohřívače Výměníky tepla Trubkové Deskové 242 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 108

109 Příklad zapojení pro průtočný ohřev TV 243 Zařízení pro smíšené ohřívání vody kombinace zásobníkového a průtokového ohřevu princip zařízení shodný se zásobníkovým ohřevem, jiný poměr výkonu ohřívače a objemu zásobníku nejčastější technická řešení přímo ohřívaný plynový zásobník nepřímonepřímoohřívaný zásobník s plynovým kotlem elektrický zásobník s trvalým dohřevem prof.karel Kabele 244 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 109

110 Příklad zapojení pro smíšený ohřev TV 245 Pojistné a zabezpečovací prvky přípravy TV TV TV 246 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 110

111 Distribuční síť TV Materiály Materiály potrubí ocelové, pozinkované trouby plastové trubky PP, rpe,pb,cpvc, vrstvené trubky měděné potrubí Ocel Měď PEX/ALU/PE C-PVC PB PP PE 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Součinitel délkové teplotní roztažnosti (mm/m.k) prof.karel Kabele 247 Distribuční síť TV Kompenzace délkové roztažnosti Kompenzátory (osové vlnovcové, gumové) Kompenzace trasou prof.karel Kabele 248 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 111

112 Izolace potrubí Distribuční síť TV Izolace TUV i cirkulace se musí izolovat Tloušťka tepelné izolace u vnitřních rozvodů do DN20 se volí 20 mm, DN20 až DN35 30 mm, DN 40 až DN 100 se volí >DN (Vyhláška 151/2001 MPO Sb. částka 60) prof.karel Kabele 249 Cirkulace TV Distribuční síť TV Cirkulace větší komfort x tepelné ztráty přirozená - nucená řízení oběhového čerpadla - časové, termostatické Přihřívání potrubí samoregulační topný kabel prof.karel Kabele 250 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 112

113 Přihřívání potrubí samoregulačním topným kabelem 251 Výtokové amatury beztlakové, tlakové Distribuční síť TV Armatury klasické, jednopákové, elektronické ruční, termostatické l/sprchu Klasická bat 60 Páková 49.4 Termostat 31.4 Termostat s čas.spínačem 27.3 Termostat-senzor 23.9? 20 prof.karel Kabele 252 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 113

114 4.Navrhování systémů přípravy TV 253 Navrhování ohřevu TV Energetické systémy budov (VYT,VZT, OSV, TV) zajišťují pokrytí energetických potřeb uživatelů. Co je to optimální systém...? prof.karel Kabele 254 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 114

115 Příprava TV Systémy Dle místa ohřevu místní ústřední dálkový Dle způsobu ohřevu průtokový zásobníkový smíšený Návrh : počet zdrojů (rozmístění v objektu) tepelný výkon zdrojů akumulační objem zdrojů prof.karel Kabele 255 Navrhování přípravy TV Vstupní údaje pro volbu systému přípravy TV Dispoziční uspořádání odběrních míst Dostupná energie Potřeba TV prof.karel Kabele 256 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 115

116 Navrhování koncepce systémů přípravy TV Rozmístění odběrních míst 257 Příprava TV Dispoziční řešení Na volbu systému TV má vliv umístění odběrních míst soustředěné rozptýlené Optimalizace systémů z hlediska délky rozvodů tepelných ztrát cirkulace prof.karel Kabele 258 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 116

117 Navrhování koncepce systémů přípravy TV Dostupná energie 259 Zdroje TV a energie Elektrická energie Průtokový ohřev příkon 1kW=0,5 l/min při dt=30k sprcha= 6 l/min = 12 kw Vana = 100 l = 10 l/min = 20 kw Zásobníkový ohřev Zásobník na denní potřebu TV nahřátí 1x den (noční proud) Zásobník maloobjemový - průběžný dohřev, zvýšený příkon, krátká doba dohřevu Otevřený, uzavřený zásobník Cirkulace? prof.karel Kabele 260 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 117

118 Systém ohřevu TV Ústřední Dálkový Ohřev Průtokový Zásobníkový Smíšený Zdroje TV a energie Dálkové vytápění prof.karel Kabele 261 Průtokový ohřev Zdroje TV a energie Plynná paliva Průtokový ohřívač do 28 kw (14 l/min), požadavky na umístění plyn. spotřebiče, odvod spalin, min.tlak ve vodovodní síti Kombinovaný kotel - nutnost porovnat výkon kotle s výkonem otopné soustavy prof.karel Kabele 262 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 118

119 Zásobníkový ohřev Zdroje TV a energie Plynná a pevná paliva Nepřímoohřívaný zásobník plynový kotel + zásobník Přímoohřívaný zásobník plynový spotřebič kw se zásobníkem l Pevná paliva Kombinovaný zásobník Přímo ohřívaný zásobník prof.karel Kabele 263 Přímo ohřívané plynové zásobníky 264 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 119

120 Solární kolektory Zdroje TV a energie Obnovitelné zdroje zásobníkový ohřev doplňkový zdroj, celoroční/sezónní provoz Tepelné čerpadlo zásobníkový ohřev čerpadlo odebírá energii ze země nebo vzduchu, topný faktor 2-3 prof.karel Kabele 265 Navrhování koncepce systémů přípravy TV Potřeba vody 266 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 120

121 Potřeba TV Potřeba TV během periody [l/den] Rozložení odběru TV v průběhu periody [l/hod] Křivka odběru tepla a dodávky tepla Maximální potřeba TV [l/sec] Interval max. potřeby a množství odebrané TV prof.karel Kabele 267 Potřeba TV během periody Atypický objekt součet dávek TV na mytí osob nádobí úklid Typický objekt z bilance potřeby TV podle počtu osob prof.karel Kabele 268 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 121

122 Potřeba TV pro byt.fond ČSN l/os/den při 60 C (všední den) 103 l/os/den při 60 C (soboty a neděle) tj. cca 82 l/os/den Rozbor provozu - firemní podklady l/os/den při 60 C dle vybavení a komfortu potřeba vody na jednotlivé činnosti v denním rozložení prof.karel Kabele 269 Potřeba TV Činnost Potřebné množství [l] Průtok [l/min] Průměrná doba odběru [min] Požadovaná teplota [ C] Myti rukou umývátko 6 1, umývadlo luxusní Sprchování úsporné běžné komfortní Vanová koupel zkrácená vana běžná vana velkoobsahová Bidet standard Mytí nádobí v dřezu prof.karel Kabele 270 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 122

123 Charakteristiky výtoků TV Parametr Značka Jednotka Baterie umyvadlo dřez sprcha vana Teplota na výtoku θ 4 ºC ) Průtok vody o teplotě θ 4 na výtoku U 4 dm 3.s -1 0,06 0,08 0,095 0,20 m 3.h -1 0,21 0,30 0,34 0,70 Přítok TV 55 ºC do výtoku U 3 dm 3.s -1 0,04 0,08 0,065 0,13 m 3.h -1 0,14 0,30 0,23 0,47 Tepelný výkon přítoku TV q v kw 7,3 15,7 24,4 12,0 24,6 1) Pro sterilizaci nádobí se používá voda o teplotě 70 až 80 C. 271 Rozložení odběru v průběhu periody rozbor provozu % denní potřeby vody hod Bytový dům dle DIN Klinika Sportovní zařízení Hotel Restaurace Bytový dům dle ČSN prof.karel Kabele 272 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 123

124 Bytové domy Rozložení spotřeby studené vody Studená voda (bez TV) l/os/hod 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Pondělí Úterý Středa Čtvrtek Pátek Sobota Neděle Průměr 0, hod Poděkování Vodárně Plzeň a.s. za spolupráci při zajištění měření. prof.karel Kabele 273 Administrativní budovy Průběh středního odběru vody měřených administrativních budov 4,00 3,50 3,00 spotřeba (l\os) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, čas (h) Pondělí Úterý Středa Čtvrtek Pátek Sobota Neděle Poděkování Vodárně Plzeň a.s. za spolupráci při zajištění měření. Součinitelé denní a maximální hodinové nerovnoměrnosti prof.karel Kabele 274 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 124

125 Rozložení odběru v průběhu periody Příklad součtové křivka křivky odběru odběru TUV pro hotel Odběr v % denní potřeby Součtová křivka odběru 24 hod = 100% Hod. Rozbor provozu hodinové potřeby vody 275 Křivka odběru a dodávky tepla kwh Dodávka tepla trvalá Maximální rozdíl = kapacita zásobníku Dodávka tepla přerušovaná Odběr TV Ztráty cirkulací hod prof.karel Kabele 276 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 125

126 k Wh 800 Křivka odběru a dodávky tepla Tepelný výkon zdroje při - trvalém dohřevu - přerušovaném dohřevu prof.karel Kabele 277 Postup dimenzování 1. Potřeba TV mytí osob, nádobí a úklid V 2p = n i.σ(n d.u o. d.p d ) + n j.v d + n u.v d 2. Potřeba tepla E 2t = c. V 2p.(t 1 t 2 ) [kwh.per -1 ] Ztráty v rozvodech E 2z E 2p = E 2t + E 2z [kwh.per -1 ] prof.karel Kabele 278 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 126

127 Objem zásobníku, výkon zdroje V z = ΔE max /c/(t 2 t 1 ) Zásobníkový ohřev Q 1n =(E 1 / ) max Průtočný ohřev Q 1n = Σ (n v. q v ). s Odebraná a dodaná energie kwh Ztráty v rozvodech rozložené do 24 hod ΔE max 2 4 Příklad součtové křivky potřeby a dodávky tepla Součtová křivka odběru tepla 6 Křivka dodávky tepla Příkon zdroje Dodávka 18 Odběr Ztráty Hod. prof.karel Kabele 279 Příklad Zásobníkovým ohřevem má být dodávána TV do 50 bytů se 200 osobami. Jaká bude velikost zásobníku a tepelný výkon ohřívače, je-li teplo dodáváno celodenně? Výpočet: Potřeba TV V 2p = = l/den Potřeba tepla Q 2t = c. V 2p.(t 1 t 2 )= = (55-10)/3600= 860 [kwh/den] Ztráty v rozvodech 50% Q 2z = z. Q 2t = 0,5.860 = 430[kWh/den] Celkem potřeba tepla Q 2p = Q 2t + Q 2z = = 1290 [kwh/den] prof.karel Kabele 280 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 127

128 Příklad - Výpočet Objem zásobníku V z = ΔE max /c/(t 2 t 1 ) Vz = 300/1,163/(55-10)= Vz = 5,7 m3 Příkon Q 1n =(E 1 / ) max Q 1n = 1290/24= Q 1n = 53,8 kw Dodávka Odběr Ztráty prof.karel Kabele 281 Maximální potřeba TV a interval odběru K návrhu průtokového a smíšeného ohřevu [l/s] Nelze použít křivku odběru TV bez úpravy!.. Proč? Protože : x [l/hod] x:3600[l/s] Určující výtoky, výpočtový průtok TV Doba špičky rozbor provozu v minutovém časovém kroku prof.karel Kabele 282 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 128

129 Postup návrhu systému TV Určí se primární zdroj energie pro TV, výkonová a časová omezení. (T) Podle zdroje se navrhne způsob ohřevu a počet zdrojů TV (Z) Podle typu objektu se stanoví potřeba TV, rozložení odběru, okamžitá (maximální) potřebu, interval maximálního odběru (Z) Vypracuje se křivka odběru tepla (Z) Navrhne se velikost zásobníku a příkon ohříváku (T) Napojí navržený zdroj na systém vytápění (T) Napojí navržený zdroj na systém vnitřního vodovodu (Z) 283 Literatura 284 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 129