Sborník přednášek. Technická zařízení. Ing. Marcela Černíková

Transkript

1 Sborník přednášek Technická zařízení budov a energetika Ing. Marcela Černíková

2

3 Sborník přednášek Obsah 1 Úvod 2 2 Energetická náročnost budov Zákon č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií Přístroje regulující a registrující dodávku tepelné energie ke konečným uživatelům Průkazy energetické náročnosti budov Prováděcí vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov Norma ČSN (2011) Požadavky 6 3 Technické zařízení budov Vliv novely energetického zákona na TZB Základní typy ústředního vytápění Vývoj systémů vytápění Obsah projektové dokumentace pro vytápění Vzduchotechnika 14 4 Závěr 17 1

4 Technické zařízení budov a energetika 1 Úvod Tato publikace slouží jako teoretický podklad pro lektory modulu č. 6. Technické zařízení budov a energetika se zabývá vybranými částmi z novelizovaného zákona o hospodaření energií, prováděcí vyhláškou a dále také ČSN (2011). V rámci novelizace zákonů a vyhlášek v oblasti energetiky je někdy obtížné se v této oblasti zorientovat, a proto jsou níže shrnuty informace týkající se aktuální legislativy. Další část této publikace je zaměřena na oblast technického zařízení budov, které je dnes velmi diskutovanou oblastí z důvodu velmi nízkých tepelných ztrát nových objektů. Novelizace zákonů a vyhlášek z oblasti energetiky se projevila i v oblasti technického zařízení budov a to tím, že nelze do novostavby navrhnout zdroj tepla, který bude pouze na elektřinu ze sítě. Musí být např. doplněn zdrojem, který využívá obnovitelné zdroje energie. 2 Energetická náročnost budov 2.1 Zákon č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií Dne vstoupil v platnost nový zákon č. 318/ 2012 Sb., který mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií Přístroje regulující a registrující dodávku tepelné energie ke konečným uživatelům Dle zákona 318/2012 Sb., paragrafu na 7 odst (4) má stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek povinnost vybavit vnitřní tepelná zařízení budov přístroji regulujícími a registrujícími dodávku tepelné energie konečným uživatelům v rozsahu stanoveném provádějícím právním předpisem, konečný uživatel je povinen umožnit instalaci, údržbu a kontrolu těchto přístrojů. K uvedeným povinnostem se vztahuje vyhláška č. 194/2007 Sb., (nahrazuje původní prováděcí vyhlášku č. 152/2001 Sb.), kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a pro přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům. Povinnost vzniká od Regulaci ústředního vytápění a přípravy teplé vody v budově řeší 6, měření množství tepelné energie a teplé vody v zúčtovací jednotce řeší 7, který se dále pro oblast indikátorů rozúčtování topných nákladů odvolává na normy ČSN EN 834 a ČSN EN 835 (1). Technická specifikace přístrojů registrujících dodávku tepelné energie konečným uživatelům je částečně zmíněna v metodickém pokynu k vyhlášce č. 372/2001 Sb. V převážné většině se jedná o indikátory rozúčtování nákladů na teplo instalované na otopná tělesa. Zákon nerozlišuje, jestli se jedná o bytové nebo nebytové prostory, z hlediska účelu těchto přístrojů (k rozdělení nákladů) je zřejmé, že v oblasti nebytových prostor se jedná pouze o ucelené části užívané konkrétním uživatelem (vlastníkem nebo nájemcem), nikoliv o společné prostory bytových domů (1). Takže půjde o osazení radiátory poměrovými měřiči, kterým se také říká indikátory či rozdělovače topných nákladů. Tyto přístroje nic neměří, jen pomáhají spravedlivěji vyúčtovat spotřebované teplo v jednotlivých bytech (ucelených částech budovy). Indikátor na topení zaznamená počet protopených dílků v bytě. A tento počet dílků odpovídá podílu na spotřebě celého domu. Ovšem tím náklady na vytápění nekončí, protože ke spotřební složce za topení náleží ještě takzvaná základní složka. Ta většinou tvoří 40 až 50 procent ceny a počítá se z podlahové plochy bytu. 2

5 Sborník přednášek Při výběru poměrových měřičů (indikátorů) je možno vybírat mezi odpařovacími, digitálními a optoelektronickými Průkazy energetické náročnosti budov Průkazy energetické náročnosti budovy (PENB) jsou dnes téma, které je velmi aktuální. PENB je dokument zpracovaný příslušným energetickým specialistou a platí 10 let od data vyhotovení nebo do větší stavební změny na hodnocené budově. PENB se skládá ze dvou částí a to z protokolu a grafického vyjádření podle vzoru v prováděcí vyhlášce č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov. Na základě zákona č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií je potřeba PENB zpracovávat pro níže uvedené případy. Jedná se jak o novostavby, tak stávající budovy: novostavby, větší změny dokončených staveb (rekonstrukce), u budov užívané orgánem veřejné moci, s celkovou energeticky vztažnou plochou vetší než 500 m 2 od , s celkovou energeticky vztažnou plochou vetší než 250 m 2 od , užívané bytové domy a administrativní budovy, s celkovou energeticky vztažnou plochou větší než 1500 m 2 od , s celkovou energeticky vztažnou plochou větší než 1000 m 2 od , s celkovou energeticky vztažnou plochou menší než 1000 m 2 od , prodeje a pronájmy, při prodeji budovy nebo ucelené části budovy, při pronájmu budovy, od při pronájmu ucelené části budovy. V případě prodeje a pronájmu: pokud vlastníkovi jednotky nebyl na písemné vyžádání předán průkaz (od společenství vlastníků jednotek, může jej nahradit vyúčtováním dodávek elektřiny, plynu a tepelné energie pro příslušnou ucelenou část budovy za uplynulé tři roky. Ucelená část budovy je dle výkladu zákona č. 318/2012 Sb. podlaží, byt nebo jiná část budovy, která je určena k samostatnému používání nebo byla za tímto účelem upravena. Jsou také vyjímky, kdy PENB není potřeba a to: u budov s celkovou energeticky vztažnou plochou menší jak 50 m 2, u budov, které jsou kulturní památkou, anebo nejsou kulturní památkou, ale nacházejí se v památkové rezervaci nebo památkové zóně, u budov navrhovaných a obvykle užívaných jako místa bohoslužeb a pro náboženské účely, u staveb pro rodinnou rekreaci, u průmyslových a výrobních provozů, dílenských provozoven a zemědělských budov se spotřebou energie do 700 GJ za rok, při větší změně dokončené budovy v případě, že stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek prokáže energetickým auditem, že to není technicky nebo ekonomicky vhodné s ohledem na životnost budovy a její provozní účely. 3

6 Technické zařízení budov a energetika 2.2 Prováděcí vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov Nová prováděcí vyhláška č. 78/2013Sb. nahradila vyhlášku 148/2007Sb., o energetické náročnosti budov. Hodnocení energetické náročnosti budovy prošlo úpravou, kterou již zachycuje vyhláška č. 78/2013 Sb., kdy se vychází z metody referenční budovy. Referenční budova je výpočtově definovaná budova téhož druhu, stejného geometrického tvaru a velikosti, včetně prosklených ploch a částí, stejné orientace, ke světovým stranám, stínění okolní zástavbou a přírodními překážkami, stejného vnitřního uspořádání a se stejným typem typického užívání a klimatických údajů jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejich konstrukcí a technických systémů budovy. Parametry a hodnoty referenční budovy jsou v příloze č.1. vyhlášky č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov stanoveny tak, aby zajistily nákladově optimální úroveň energetické náročnosti budovy a prvků budov, vypočtenou pro předpokládaný ekonomický životní cyklus budovy. Na základě zákona č.318/2012 Sb., o hospodaření energií určuje prováděcí vyhláška konkrétní zpracovaní PENB pro případy jako jsou novostavby a změny dokončených staveb. Tato vyhláška určuje, jaká kritéria musí být splněna. Co se týká povinnosti PENB u novostaveb, tak je to již od roku V případě novostaveb je potřeba souběžně splnit všechny tři požadovaná kritéria max. do kategorie C.: celkovou dodanou energii za rok celkovou neobnovitelnou primární energii za rok průměrný součinitel prostupu tepla Obr. 1: Grafické znázornění PENB pro konkrétní novostavbu splňující kategorii max. C. 4

7 Sborník přednášek Důležité je se zmínit k PENB u změn dokončených staveb. Zde jsou tři základní možnosti, mezi kterými lze volit: souběžné splnění celkové dodané energie za rok a průměrného součinitele prostupu tepla max. do kategorie C, souběžné splnění neobnovitelné primární energie za rok a průměrného součinitele prostupu tepla max. do kategorie C. pokud nelze splnit uvedené dva předchozí body připouští se splnění požadavků na součinitel prostupu tepla pro jednotlivé měněné stavební konstrukce, které musí být navrženy max. na doporučenou hodnotu součinitele prostupu tepla dle řešené konstrukce (např. stěna, střecha, podlaha) a/nebo splnění požadavků na účinnost jednotlivých měněných technických systémů. Obr. 2: Grafické znázornění PENB pro konkrétní rekonstruovanou stavbu U změn dokončených staveb je důležité při zpracování PENB neopomenout zpracovat ještě další variantu opatření, která je znázorněna na Obr. č.2. pomocí přídavných bílých šipek. A dále se v protokolu PENB popíše navržené opatření a v grafické části se v doporučených opatření zaškrtnou upravované konstrukce. Na Obr. č.2. výsledné parametry vychází ukázkově, že jsou splněny všechny tři požadované parametry a nemusely se řešit možné kombinace. Na Obr. 1,2 můžeme vidět současnou podobu grafického znázornění průkazů energetické náročnosti budov. Ze zákona č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií je povinnost zpracovatele mít na PENB vyplněné příslušné číslo osvědčení a podpis. Není zde potřeba razítko zpracovatele. 5

8 Technické zařízení budov a energetika 2.3 Norma ČSN (2011) Požadavky Norma ČSN , Tepelná ochrana budov se skládá celkem ze 4 částí. Velmi důležité je zmínit vložené doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla pro pasivní domy, které se objevily v novelizované ČSN (2011). Pojem pasivní domy je již v této novelizované normě zakomponován. Tab. 1: Hodnoty součinitelů prostupu tepla pro převažující návrhovou teplotu interiéru 18 až 22 C. Součinitel prostupu tepla [W/m 2 K] Popis konstrukce Požadované hodnoty U N,20 Doporučené hodnoty U rec,20 Doporučené hodnoty pro pasivní budovy U pas, 20 těžká: 0,25 Stěna vnější 0,30 1) lehká: 0,20 0,18 až 0,12 Střecha strmá se sklonem nad 45 0,30 0,20 0,18 až 0,12 Střecha plochá a šikmá se sklonem do 45 včetně 0,24 0,16 0,15 až 0,10 Strop s podlahou nad venkovním prostorem 0,24 0,16 0,15 až 0,10 Strop pod nevytápěnou půdou (se střechou bez tepelné izolace) 0,30 0,20 0,15 až 0,10 Stěna k nevytápěné půdě (se střechou bez tepelné těžká : 0,25 0,30 izolace) lehká : 0,20 0,18 až 0,12 Podlaha a stěna vytápěného prostoru přilehlá k zemině 4), 6) 0,45 0,30 0,22 až 0,15 Strop a stěna vnitřní z vytápěného k nevytápěnému prostoru 0,60 0,40 0,30 až 0,20 Strop a stěna vnitřní z vytápěného k temperovanému prostoru 0,75 0,50 0,38 až 0,25 Strop a stěna vnější z temperovaného prostoru k venkovnímu prostředí 0,75 0,50 0,38 až 0,25 Podlaha a stěna temperovaného prostoru přilehlá k zemině 6) 0,85 0,60 0,45 až 0,30 Stěna mezi sousedními budovami 3) 1,05 0,70 0,50 Strop mezi prostory s rozdílem teplot do 10 C včetně 1,05 0,70 - Stěna mezi prostory s rozdílem teplot do 10 C včetně 1,30 0,90 - Strop vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 C včetně 2,2 1,45 - Stěna vnitřní mezi prostory s rozdílem teplot do 5 C včetně 2,7 1,80 - Výplň otvoru ve vnější stěně a strmé střeše, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí, kromě dveří 1,5 2) 1,2 0,8 až 0,6 Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45, z vytápěného prostoru do venkovního prostředí 1,4 7) 1,1 0,9 Dveřní výplň otvoru z vytápěného prostoru do venkovního prostředí (včetně rámu) 1,7 1,2 0,9 6

9 Sborník přednášek Výplň otvoru vedoucí z vytápěného do temperovaného prostoru 3,5 2,3 1,7 Výplň otvoru vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí 3,5 2,3 1,7 Šikmá výplň otvoru se sklonem do 45 vedoucí z temperovaného prostoru do venkovního prostředí 2,6 1,7 1,4 Lehký obvodový plášť (LOP), hodnocený jako smontovaná sestava včetně nosných prvků, s poměrnou plochou průsvitné výplně otvoru f w = A w / A, v m 2 /m 2, f w 0,5 0,30+1,4*f W kde 0,2+fW 0,15+0,85*fW A je celková plocha lehkého obvodového pláště (LOP), v m 2 ; Aw plocha průsvitné výplně otvoru sloužící převážně k osvětlení interiéru včetně f w >0,5 0,70+0,6*f W příslušných částí rámu v LOP, v m 2. Kovový rám výplně otvorů - 1,8 1,0 Nekovový rám výplně otvorů 5) - 1,3 0,9-0,7 Rám lehkého obvodového pláště - 1,8 1,2 Poznámky k Tab.1: 1) Pro jednovrstvé zdivo se nejpozději do připouští hodnota 0,38 W/(m 2 K). 2) Nejpozději do se připouští hodnota 1,7 W/(m 2 K). 3) Nemusí se vždy jednat o teplosměnnou plochu, ovšem s ohledem na postup výstavby a možné změny způsobu užívání se zajišťuje tepelná ochrana na uvedené úrovni. 4) V případě podlahového a stěnového vytápění se do hodnoty součinitele prostupu tepla započítávají pouze vrstvy od roviny, ve které je umístěno vytápění, směrem do exteriéru. 5) Platí i pro rámy využívající kombinace materiálů, včetně kovových, jako jsou např. dřevo-hliníkové rámy. 6) Odpovídá výpočtu součinitele prostupu tepla podle ČSN (tj. bez vlivu zeminy), nikoli výslednému působení podle ČSN EN ISO ) Nejpozději do se připouští hodnota 1,5 W/(m 2 K). Vybrané termíny a definice (2): Nízkoenergetické budovy: jsou charakterizovány nízkou potřebou tepla na vytápění, kdy měrná potřeba tepla na vytápění nepřekračuje 50 kwh/(m 2 a) a dále průměrný součinitel prostupu tepla nepřekračuje doporučenou hodnotu podle tabulky 5 v normě ČSN (2011). Toto hodnocení se vztahuje na budovy vytápěné na vnitřní návrhové teploty C. Pro budovy mimo tento teplotní interval se hodnocení neprovádí. Pasivní budovy: jsou charakterizovány minimalizovanou potřebou energie na zajištění požadovaného stavu vnitřního prostředí a minimalizovanou potřebou primární energie z neobnovitelných zdrojů na jejich provoz díky optimalizovanému stavebnímu řešení a dalším opatřením.budova s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění nepřekračující v případě rodinných domů 20 kwh/(m 2 a) a v ostatních případech nepřekračující 15 kwh/(m 2 a). Temperovaný prostor: uzavřený prostor nesloužící pobytu osob, kde je v zimním období teplota vzduchu záměrně výrazně nižší než v navazujícím prostoru vytápěném a vyšší než výpočtová teplota venkovní. Lehké konstrukce: konstrukce s nízkou tepelnou setrvačností, které mají plošnou hmotnost vrstev (od vnitřního líce k rozhodující tepelněizolační vrstvě včetně) nižší než 100 kg/m 2. 7

10 Technické zařízení budov a energetika Výplně otvorů: okna, světlíky, dveře, vrata a střešní poklopy a jejich sestavy, včetně doplňkových prvků (roletové boxy, větrací prvky, apod.), osazené do otvoru v budově, a průsvitné části lehkého obvodového pláště. Součinitel prostupu tepla: součinitel prostupu tepla se hodnotí dvěma způsoby: pro jednotlivé konstrukce a dále pro budovu jako celek pomocí průměrného součinitele prostupu tepla U em. Oba požadavky musí být splněny současně, pokud není výjimečně připuštěno jinak.požadované hodnoty součinitele prostupu tepla se použijí pro hodnocení konstrukcí podle zvláštního předpisu. Použití hodnot doporučených se doporučuje všude tam, kde tomu nebrání technické, ekonomické nebo legislativní překážky. Hodnoty doporučené pro pasivní budovy se použijí zejména pro předběžný návrh konstrukcí pasivní budovy. Konstrukce vytápěných budov musí mít v prostorech s návrhovou relativní vlhkostí vnitřního vzduchu φ 60 % součinitel prostupu tepla U, ve W/m 2 K takový, aby splňoval podmínku: (1) kde: U U N U N požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla, ve W/m 2 K. Požadovaná hodota U N se stanoví: Pro budovy s převažující návrhovou vnitřní teplotou θ im v interval 18 C až 22 C včetně a pro všechny návrhové venkovní teploty. Pro budovy s odlišnou převažující návrhovou vnitřní teplotou ze vztahu: (2) kde: U N =U N,20 *e 1 U N,20 - součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí, ve W/m 2 K. e 1 - součinitel typu budovy, stanoví se ze vztahu: (3) e 1 = 16/ (θ im - 4) kde: θ im je převažující návrhová vnitřní teplota, ve C. Hodnoty U N ze vztahu (2) se do 0,4 W/m 2 K zaokrouhlují na setiny, od 0,4 W/m 2 K včetně do 2,0 W/m 2 K na pět setin a hodnoty větší nebo rovné 2,0 W/m 2 K na desetiny. Vztahy (1) až (3) se použijí i při návrhu a posouzení konstrukcí na doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla. Šíření vlhkosti konstrukcí Zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce: Pro stavební konstrukci, u které byla zkondenzovaná vodní pára uvnitř konstrukce M c, v kg/(m 2.a), mohla ohrozit její požadovanou funkci, nesmí dojít ke kondenzaci vodní páry uvnitř konstrukce, tedy: (4) 8

11 Sborník přednášek M c = 0 Poznámky: 1. Ohrožením požadované funkce je obvykle podstatné zkrácení předpokládané životnosti konstrukce, snížení vnitřní povrchové teploty konstrukce vedoucí ke vzniku plísní, objemové změny a výrazné zvýšení hmotnosti konstrukce mimo rámec rezerv statického výpočtu, zvýšení hmotnostní vlhkosti materiálu na úroveň způsobující jeho degradaci. Zejména musí být respektovány podmínky při uplatnění dřeva a/nebo materiálů na bázi dřeva ve stavebních konstrukcích podle ČSN Požadavek (4) se prokazuje výpočtem dle ČSN Šíření a kondenzace vodní páry se vždy stanovuje s bezpečnostní vlhkostní přirážkou φ = 5 %. Kromě prostoru s vlhkými a mokrými provozy se tedy obvykle uvažuje φ i + φi = 55 %. Pro stavební konstrukci, u které kondenzace vodní páry uvnitř konstrukce neohrozí její požadovanou funkci, se požaduje omezení ročního množství zkondenzované vodní páry uvnitř konstrukce M c, v kg/(m 2.a), tak, aby splňovalo podmínku: (5) M c M c,n Pro jednoplášťovou střechu, konstrukci se zabudovanými dřevěnými prvky, konstrukci s vnějším tepelněizolačním systémem nebo vnějším obkladem, popř. jinou obvodovou konstrukci s difúzně málo propustnými vnějšími povrchovými vrstvami, je nižší z hodnot: M c,n = 0,1 kg/(m 2.a), nebo 3% plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg/m 3, pro materiál s objemovou hmotností ρ 100 kg/m 3 se použije 6 % jeho plošné hmotnosti. Pro ostatní stavební konstrukce je nižší z hodnot: M c,n = 0,5 kg/(m 2.a), nebo 5 % plošné hmotnosti materiálu, ve kterém dochází ke kondenzaci vodní páry, je-li jeho objemová hmotnost vyšší než 100 kg/m 3, pro materiál s objemovou hmotností ρ 100 kg/m 3 se použije 10 % jeho plošné hmotnosti. Důležité je zde také správně definovat rozdíl mezi průkazem energetické náročnosti budovy a energetickým auditem. Průkaz energetické náročnosti je zpracováván na základě tzv. normových parametrů užívání budovy. Nepracuje se zde se skutečnými hodnotami spotřeb energií. Pro výpočet hodnot ukazatelů energetické náročnosti referenční budovy se použijí hodnoty parametrů budovy, stavebních prvků a konstrukcí a technických systémů budovy uvedené v příloze č.1 vyhlášky 78/2013 Sb. a dále se použijí pro výpočet parametry typického užívání budovy. Energetický audit už pracuje se skutečnými spotřebami energií hodnocené budovy, které je potřeba pro zpracování takového dokumentu mít zpětně za 3 roky. Jedná se o dodané teplo, elektřinu a vodu. Dále také bývá zaměňován pojem energetický štítek budovy s průkazem energetické náročnosti budovy. Zde je důležité zmínit, že energetický štítek v grafickém znázornění pojednává pouze o kvalitě obálky budovy. Jestli je řešený objekt zateplený či nikoli. V průkazu energetické náročnosti v grafickém znázornění nalezneme komplexní hodnocení řešeného objektu tzn. nejen obálku budovy ale i veškeré spotřebované energie při standardizovaném provozu. Závěrem této části je důležité zmínit všechny prováděcí předpisy, které se pojí se zákonem č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií: 9

12 Technické zařízení budov a energetika Vyhláška č. 480/2012 Sb., o energetickém auditu a energetickém posudku Vyhláška č. 441/2012 Sb., o stanovení minimální účinnosti užití energie při výrobě elektřiny a tepelné energie Vyhláška č. 337/2011 Sb., o energetickém štítkování a ekodesignu výrobků spojených se spotřebou energie Vyhláška č. 227/2007 Sb., o kontrole klimatizačních systémů (bude nahrazena novou vyhláškou) Vyhláška č. 276/2007 Sb., o kontrole účinnosti kotlů (bude nahrazena novou vyhláškou) Vyhláška č. 195/2007 Sb., kterou se stanový rozsah stanovisek k politice územního rozvoje a územně plánovací dokumentaci, závazných stanovisek při ochraně zájmů chráněných zákonem č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů, a podmínky pro určení energetických zařízení (bude nahrazena novou vyhláškou) Vyhláška č. 194/2007 Sb., kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody, měrné ukazatele spotřeby tepelné energie pro vytápění a pro přípravu teplé vody a požadavky na vybavení vnitřních tepelných zařízení budov přístroji regulujícími dodávku tepelné energie konečným spotřebitelům Vyhláška č. 193/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu Vyhláška č. 118/2013 Sb., o energetických specialistech, Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov. 3 Technické zařízení budov 3.1 Vliv novely energetického zákona na TZB Jak již bylo zmíněno výše od vstoupil v platnost nový zákon č. 318/ 2012 Sb., který mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií. Předmětem řešení je také samotné vytápění objektů. Se zákonem také vstoupila v platnost novelizovaná vyhláška č. 78/2013 o energetické náročnosti budov, která nastavuje parametry technických zařízení budov, které je potřeba dodržet při výstavbě nových objektů či rekonstrukcí nebo také u budov s téměř nulovou spotřebou energie. Jedná se o tzv. parametry referenční budovy, se kterými se následně porovnávají navržené parametry konkrétní hodnocené budovy při výpočtu energetické náročnosti budovy. V případě konkrétních hodnot se jedná např. o účinnosti zdrojů tepla a teplé vody, účinnosti distribuce energie na vytápění, měrná tepelná ztráta zásobníku teplé vody, nebo měrná tepelná ztráta rozvodů teplé vody, atd. viz. Tab. č.2. 10

13 Sborník přednášek Tab. 2: Vybrané parametry referenční budovy pro technické zařízení budov: vyhláška č. 78/2013. Referenční hodnota Dokončená Budova s téměř Parametr Označení Jednotka Nová budova a její nulovou spotřebou budova změna energie Vytápění Účinnost výroby energie zdrojem tepla étah, gen, R % 80 Účinnost distribuce energie na vytápění étah, dis,r % 85 Účinnost sdílení energie na vytápění étah, em,r % 80 Příprava teplé vody Účinnost zdroje tepla pro přípravu teplé étah, gen, R % 85 vody Měrná tepelná ztráta zásobníku teplé vody vztažena k objemu zásobníku v litrech QW, st, R Wh /(l.den) 7 do celkového objemu zásobníku 400 l Měrná tepelná ztráta zásobníku teplé vody vztažena k objemu zásobníku v litrech QW, st, R Wh /(l.den) 5 nad celkový objem zásobníku 400 l Měrná tepelná ztráta rozvodů teplé vody vztažená k délce rozvodů teplé vody QW, dis, R Wh /(m.den) 150 Hodnota měrné potřeby tepla na vytápění se odvíjí od mnoha parametrů vstupujících do výpočtu. Převážně záleží na tepelně technických vlastnostech. Zde je důležité zmínit, že energetické myšlení šlo v tomto směru velmi rychle kupředu a objekty mají cca o polovinu menší náklady na vytápění oproti výstavbě např. před cca 20 lety. 3.2 Základní typy ústředního vytápění Prvotní systémy ústředního vytápění pracovaly se samotížným oběhem topné vody. Přirozený oběh vzniká vlivem rozdílných hustot vratné chladnější a přívodní teplejší topné vody. Voda ve vratném potrubí má vyšší hustotu, tím je ze strany vratné vody v kotli vyšší hydrostatický tlak než ze strany vody přívodní. Přetlak způsobí pohyb vody v okruhu kotel otopné těleso kotel a tak dochází k přirozenému oběhu topné vody. Zdroj tepla se osazoval v nejnižším podlaží pod otopnými tělesy. Správná funkčnost systému byla ale podmíněna správností výpočtů tepelných ztrát, návrhu velikosti otopných těles, potrubních rozvodů, připojovacích armatur. Důležité je zmínit, že topná voda ve správně 11

14 Technické zařízení budov a energetika navrženém samotížném systému začala obíhat při teplotě cca 40 C, tzn. že min. počáteční přívodní teplota k tělesům byla 40 C. Rozvody topné vody byly vyšších dimenzí a regulace byla prováděna převážně ručně. Dále s vývojem nastupovaly teplovodní soustavy s nuceným oběhem topné vody. Tyto soustavy zůstaly využívány dodnes s tím, že v průběhu vývoje jsou stále více zdokonalovány. Nucený oběh topné vody zajišťují čerpadla na přívodním potrubí topné vody. U rozlehlých, složitějších objektů je nutno použít nucený oběh vody. Nucený oběh je schopen překonat mnohonásobně vyšší tlakové ztráty. Zmenšovaly se dimenze potrubí oproti samotížným soustavám a byl modernizován i způsob regulace např. teplota výstupní vody byla nastavována na termostatu kotle, který ovládal vypínání a zapínání kotle. Parní soustavy se uvádějí jen pro úplnost. Z důvodu vysoké teploty otopných těles se pro potřeby občanských a bytových staveb přestaly tyto soustavy využívat. Byl překročen hygienický požadavek na povrchovou teplotu otopných těles max. 90 C. Parní soustavy rozdělujeme podle umístění parního potrubí na soustavy se spodním a horním rozvodem. A dále rozlišujeme soustavy se suchým a mokrým kondenzátním potrubím. 3.3 Vývoj systémů vytápění Díky moderním technologiím a vývoji v oblasti vytápění již v dnešní době nelze jednoznačně předpokládat, jakým způsobem bude vytápěn jakýkoli objekt, jak tomu bylo cca před 20 lety. Jsou na světě různé modifikace teplovodního vytápění např. podlahové teplovodní vytápění. Díky dnešním nízkým tepelným ztrátám objektů se pracuje při návrhu otopné soustavy s nízkým teplotním spádem topné vody. Jak bylo ale již zmíněno, dnešní doba nabízí více možností, jak zajistit tepelnou pohodu v objektu a nemusí být použita pouze teplovodní soustava. Současný vývoj se v oblasti vytápění zaměřil jak na tepelnou ztrátu prostupem, tak na tepelnou ztrátu větráním. Dnes je již možné eliminovat celkovou tepelnou ztrátu objektu tím, že bude provedena instalace řízeného větrání místo klasického přirozeného větrání zajišťovaného pomocí otevírání oken. V případě instalace řízeného větrání se systémem zpětného získávání tepla, lze využívat také odpadní vzduch z využívaných místností k předehřevu přívodního vzduchu v rekuperačním výměníku. Rozdělení systémů vytápění: Elektrické vytápění přímotopné zde dochází k přeměně elektrické energie na tepelnou v případě okamžité potřeby. infrazářiče, elektrické radiátory, konvektory, sálavé topné plochy (panely, závěsy, folie, kabely). Pracují na principu sálavého (radiačního) sdílení tepla) při nižších povrchových teplotách. teplovzdušné jednotky (lokální, centrální) Elektrické vytápění akumulační podlahové (topné kabely, topné folie). Teplovzdušné vytápění Teplovodní vytápění (bez akumulační nádrže, s akumulační nádrží) Rozdělení zdrojů tepla: Plynový kotel Elektrokotel Krbová vložka (s teplovodním výměníkem, bez teplovodního výměníku) Kotel na tuhá paliva 12

15 Sborník přednášek s ručním přikládáním se samočinnou dodávkou paliva Tepelné čerpadlo (vzduch, země, voda) Solární energie využívaná pro přitápění objektu jako sekundární zdroj 3.4 Obsah projektové dokumentace pro vytápění Rozsah projektové dokumentace vytápění objektů v různých stupních projektu určuje vyhláška č. 62/2013 Sb., o dokumentaci staveb, kterou se mění vyhláška č. 499/2006 Sb. Projektová dokumentace pro stavební řízení Obsahuje min.: Technickou zprávu s uvedením bilance potřeby tepla, s udáním teplonosné látky, bilance potřeby paliva, způsob napojení na vlastní zdroj nebo na venkovní rozvod, systém regulačního zařízení, zdůvodňuje se volba systému vytápění a přípravy teplé užitkové vody. Dále se u kotelen a předávacích stanic uvádí popis strojního zřízení (kotlů, čerpadel, ohřívačů, atd.), komínů, zásady regulace a měření, požadavky na zajištění péče o životní prostředí, bezpečnost práce a požární ochranu. Výkresová část obsahuje pouze základní orientační schémata jednotlivých vnitřních rozvodů a zařízení, jejich základní dimenze a vedení a požadavky na stavební úpravy. půdorysy jednotlivých podlaží se schématickým zakreslením otopných těles (u ostatních spotřebičů se označí jejich druh a typ), expanzních nádob, horizontálně vedeného potrubí s označením svislých potrubí, ve výkresu přízemí se označí světové strany a oblastní venkovní výpočtová teplota, výkresy kotelny a strojovny se zakresleným strojním zařízením, s legendou a vyznačením zásadních stavebních úprav (prohloubení, základní rozměry, komíny, atd.), montážních a servisních prostor pro strojní vybavení, transportních otvorů, atd., funkční schéma, rozvinuté schéma a zapojení kotelny a strojovny s udáním parametrů, s uvedením bezpečnostní výstroje a dalších údajů potřebných pro zpracování návrhu stavby, výkresovou dokumentaci případných venkovních rozvodů, v případě potřeby diagram teplotní, tlakový a denní diagram zatížení (3). Projektová dokumentace pro výběr dodavatele Obsahuje min.: technickou zprávu, výkaz výměr a technické specifikace prací a dodávek, pokud jsou nutné, výkresovou dokumentaci v rozsahu pro stavební řízení, případně doplněnou o jmenovité rozměry potrubí (3). Projektová dokumentace pro provedení stavby Obsahuje min.: technickou zprávu ve stejné skladbě jako pro stavební řízení, která dále zpřesňuje a doplňuje údaje a zdůvodňuje případné odchylky, výkresovou část, která se zpracovává podle společných zásad pro pozemní stavby. Půdorysy jednotlivých podlaží s označením místností a s uvedením vnitřních teplot a se zakreslením: otopných těles a armatur u těles, včetně jejich plného popisu, spotřebičů s uvedením jejich druhů, typů a u ohřívačů i s uvedením tepelných výkonů, 13

16 Technické zařízení budov a energetika svislých potrubí s jejich označením a popisem (včetně tepelné izolace) horizontálních potrubí, s podrobnými rozměry potrubí, s vyznačením sklonů, odvzdušnění a vypouštění, s rozmístěním a druhem závěsů a kompenzátorů s uvedením jejich rozměrů a předpětí, s označením tepelné izolace, rozvinuté schéma schéma zapojení otopných těles a spotřebičů se shodným označením jako v půdorysech s uvedením druhu a rozměru armatur, návrhu seřízení hydraulického režimu, se zakreslením odvzdušnění a vypouštění, řezy se zakresleným výškovým uspořádáním potrubí a veškerého zařízení s ním souvisejícího, výkresy kotelny, strojoven a úpraven parametrů v měřítku nejméně 1:50 (jednotlivé části strojního zařízení jsou očíslovány a přesně popsány v legendě), schéma zapojení kotelny a strojovny s veškerými rozměry potrubí a armatur, s legendou, s příslušným popisem hlavních částí strojního zařízení (typ, výkon, parametry) s uvedením: technických dat zařízení, zejména výkonů a jmenovitých tlaků zařízení předepsané jakosti materiálů potrubí, armatur, s uvedením přenášených výkonů, u potrubních větví na rozdělovačích, rozdílu tlaků u vodních soustav nebo tlaku páry, výkresovou dokumentaci venkovních rozvodů, zvláštní požadavky na provedení montáže, pokud budou vyžadovány např. montážní otvory, rozšíření přístupových cest, zesílení nosných konstrukcí, atd. Pokud je návrh ústředního vytápění zpracován samostatně bez souvisejících profesí, musí obsahovat soupis požadavků na jiné profese (regulace a měření, elektro, stavební požadavky, atd.) v rozsahu potřebném pro komplexní zpracováni návrhu (3). 3.5 Vzduchotechnika V dnešní době je v rámci výstavby nových rodinných domů velmi často řešena otázka nuceného větrání. Abychom mohli klasifikovat dům jako pasivní, je nedílnou součástí objektu také nucené větrání. Nelze mít pouze přirozené větrání okny. Proto je v této kapitole obecné shrnutí vzduchotechnických systémů. Primárním kritériem pro klasifikaci VZT je funkce a účel. Z uvedených hledisek lze vzduchotechniku kategorizovat do systémů, které tvoří: větrání, teplovzdušné vytápění, klimatizace, odsávání, průmyslová vzduchotechnika. Sekundárním kritériem klasifikace VZT je skladba technických a výkonných prvků. Dělí se např. na decentrální, tzn. jednotkové, ústřední a zónové (3). Vzduchotechnické systémy lze klasifikovat skladbou a účelem: ústřední tzn. centrální systém vyžaduje potrubní síť, ústřední úprava vzduchu, zónový systém vyžaduje potrubní síť, představuje úpravu vzduchu v jednom prostoru pro více zón, jednotkový systém decentrální úprava, tzn. úprava vzduchu přímo v prostoru, nevyžaduje potrubí, větrání lze definovat jako výměnu znehodnoceného vzduchu v daném prostoru za vzduch venkovní či neznehodnocený z jiných prostorů vlivem tlakového spádu. Podle zdroje tlakového spádu lze větrání dělit na přirozené, nucené, hybridní, teplovzdušné vytápění zajišťuje vytápění daného prostoru přívodním vzduchem o teplotě vyšší než vzduch ve vytápěném prostoru a výměnu znehodnoceného vzduchu, klimatizaci lze definovat jako úpravu a výměnu znehodnoceného vzduchu v daném prostoru přívodním vzduchem, jenž je alespoň chlazen, či alespoň vlhčen, nebo alespoň odvlhčován a v zimě zpravidla ohříván. Klimatizace zajišťuje všechny složky vnitřního prostředí 14

17 Sborník přednášek budov (čistota, teplota, vlhkost) na požadované úrovni v celém spektru vyskytujících se provozních stavu budovy či místnosti, odsávání zajišťující zachycování a odvod škodlivin vzduchem z místa jejich vzniku průmyslová vzduchotechnika zahrnuje širokou oblast vzduchotechniky sloužící technologickým procesům. Tvoří ji několik systémů se specifickými funkcemi, např. pneumatická doprava, strojní sušení (3). Přenos tepla a látek, úpravy vzduchu Vzduchotechnika je systém formující interní mikroklima přenosem tepla a látek úpravami vzduchu. Základní fyzikální děje probíhají mezi zdrojem energie a energetickými prvky VZT, jejich okolím a okolím místnosti, jejíž stav VZT formuje. Teplo ze zdroje se pomocí teplonosné látky distribuuje k jednotlivým spotřebičům. Řešení dějů vychází ze základních způsobů sdílení tepla. prostup tepla je výměna tepla mezi dvěma tekutinami (plyn, kapalina), oddělenými tuhou stěnou Charakteristickou veličinou výměny je součinitel prostupu tepla. Typické praktické úlohy ve VZT představují prostup tepla stěnou, oknem, trubkou, návrh výměníků tepla atd., přenos tepla pomocí skupenských změn je fyzikální proces, jenž popisuje Carnotův cyklus. Přenos se využívá v soustavách strojního chlazení, chladících jednotkách atd., přenos látek je spojen s prouděním vzduchu zejména v potrubí. Výchozí k řešení jsou rovnice kontinuity, energetická rovnice, zákon o zachování hybnosti, přenos tepla prouděním teplonosných látek zásadně ovlivňují jejich fyzikální vlastnosti. Tyto vlastnosti tak vymezují i profily potrubí (3). Dále bude rozepsána oblast větrání. Hlavní dělení je na přirozené a nucené. Přirozené větrání dnes v budovách, které mají být v pasivním standardu (3). Přirozené větrání Je výměna vzduchu ve vnitřním prostoru vlivem tlakového rozdílu, jenž je způsoben účinkem přírodních sil vznikajících rozdílem teplot nebo dynamickým účinkem větru. Svou funkcí eliminuje základní škodliviny (odéry, CO 2, vodní páru, atd.) vyskytující se v místnostech budov. Protože zdroje sil se vyznačují proměnným a nahodilým účinkem, je i efekt přirozeného větrání značně variabilní a pro některá klimatická období zcela nedostatečný. Primárními veličinami postihujícími přirozené větrání jsou tlak a jeho rozdíl, objemový průtok vzduchu a plocha otvorů k větrání. Tlak vyvozený vlivem rozdílu teplot uvnitř a vně budovy je vyvolán vnitřními nebo vnějšími tepelnými zdroji. Tlak vyvozený účinkem větru je výsledkem silového působení na budovu. Průtok vzduchu závisí na rozložení tlaku po výšce budovy. Efekt přirozeného větrání lze hodnotit průtokem vzduchu, který je vlivem proměnného rozdílu teplot, odpovídajících okamžitým klimatickým podmínkám a nahodilému vlivu větru, zcela variabilní (3). Klasifikace přirozeného větrání: větrání infiltrací, aerací, okny, šachtové, šachtové s větrací hlavicí či turbínou (3) Nucené větrání Nucené větrání lze definovat jako mechanickou výměnu znehodnoceného vzduchu v prostoru za vzduch (zpravidla) venkovní k zajištění zejména odérového mikroklimatu či k odvedení tepelných, eventuálně hmotnostních škodlivin vznikajících v budovách a při technologických procesech. Nucená výměna vzduchu, jeho proudění a tím i přenos látek je vyvolán mechanicky tj. ventilátorem. Nucené větrání je 15

18 Technické zařízení budov a energetika systém se základní úpravou přívodního vzduchu, jenž zajistí vybrané složky mikroklimatu nezávislé na vnějších klimatických podmínkách (3). Toto větrání se vyznačuje: řízenou výměnou vzduchu v prostoru, filtrací a teplotní úpravou přívodního vzduchu, úpravou tlakových poměrů ve větraných provozech a v budově, možností zpětného využití tepla, případným kombinovaným provozem s využitím cirkulačního vzduchu v extrémním ročním období (3). Provozní charakteristiky systému a možnosti úprav vzduchu: ventilační provoz představuje větrání s výměnou vnitřního vzduchu zcela vzduchem vnějším. V zimních extrémních obdobích roku je tento provoz v našich podmínkách energeticky náročný, kombinovaný provoz se vyznačuje tím, že průtok větracího vzduchu je dán součtem průtoků vnějšího a jisté části vnitřního tzn. oběhového vzduchu z důvodu snížení energetické náročnosti. Minimální podíl vnějšího vzduchu v budovách s pobytem a činností osob určí právní předpisy, větrání s úpravou vzduchu umožňuje úpravu přívodního vzduchu tak aby přívodem vzduchu byly splněny mikroklimatické požadavky kladené na větraný prostor. Provedení s úpravou vzduchu mají běžná zařízení s nuceným přívodem vzduchu, kdy je větrací vzduch běžně filtrován a v otopné sezóně ohříván. Uvedené zařízení může plnit i funkci dílčí klimatizace v případě přívodu chladného vzduchu do větraného prostorou, větrání bez úpravy vzduchu nezajišťuje úpravu vzduchu. Lze ho používat jen výjimečně v prostorách, jejichž stav prostředí může být na nižší úrovni než místo zdroje větracího vzduchu zpravidla venkovního prostředí (3). Nucené větrání dělíme dále na: přetlakové, podtlakové, rovnotlaké, celkové větrání. Nucené větrání přetlakové se vyznačuje tím, že do větraného prostoru se přivádí vzduch o průtoku větším než je průtok vzduchu odváděného. Odvod vzduchu může být přirozený či nucený. Tento systém nedovoluje pronikání znečištěného vzduchu z okolí netěsnosti stavby. Návrh systému vychází z požadovaného průtoku vzduchu. Nucené větrání podtlakové se vyznačuje průtokem vzduchu, jehož přívod je menší než odvod. Přívod vzduchu může být přirozený či nucený. Tento systém zabraňuje pronikání vzduchu a škodlivin (zápach, prach, atd.) do přilehlých prostorů. Typické aplikace nacházejí systémy v průmyslových provozech, laboratořích se zdroji škodlivin, při větrání hygienických místností, atd. Nucené větrání rovnotlaké je systém, který se vyznačuje shodným průtokem přívodního a odvodního vzduchu. Systém vyžaduje nucený přívod i odvod vzduchu a tvoří tzv. spojený systém. Tento systém nezamezí výměně vzduchu a škodlivin mezi sousedním prostorem. Návrh systému vychází z nutného průtoku vzduchu pro odvod škodlivin. Celkové větrání představuje výměnu vzduchu v celém objemu prostoru. Charakteristické pro tento systém je větší průtok vzduchu. Protože výměna vzduchu v celém objemu je energeticky náročná je vhodné celkové větrání kombinovat s místním větráním či odsáváním. Ovlivňují se tím i tlakové poměry místností, umožní se řízený provoz větrání, eventuálně proměnný průtok vzduchu. Tento systém je vhodný pro větrání velkých místností občanských staveb (3). 16

19 Sborník přednášek Návrh nuceného větrání Návrh vyžaduje: specifikaci výchozích hodnot návrhu (požadavky na interní mikroklima, údaje o větraném objektu, požadavky na architekturu interiéru prostoru, požadavky na požární bezpečnost, instalace zpětného získávání tepla, kvalifikace a kvantifikace škodlivin vychází z účelu stavby a jejího provozu, volba systému nuceného větrání a jeho koncepční řešení, určení průtoku vzduchu, návrh distribuce vzduchu a jeho prvků, návrh potrubní sítě a jeho regulačních elementů, návrh zařízení úpravy vzduchu, návrh doplňujících zařízení zahrnuje útlum hluku a regulaci (3). V dnešní době je na trhu mnoho firem, které se zabývají návrhem vzduchotechniky a poskytují komplexní poradenství od projektu až po realizaci. 4 Závěr Dnešní doba se ubírá směrem energetických úspor a obor tepelné techniky ve stavebnictví má dnes velký význam. Je potřeba mít komplexní přehled v tomto oboru, aby navržené nové budovy nebo rekonstruované stávající budovy měly kvalitně zpracované projekty a následně kvalitně zpracovanou i samotnou realizaci. Z oboru technického zařízení budov je velmi důležitá např. vzduchotechnika, která je potřeba v objektu, který chceme kategorizovat jako pasivní. Je potřeba dbát i na volbu správného zdroje tepla např. z důvodu velmi malých tepelných ztrát objektu. Už nějaký čas se také v českém stavebnictví hojně využívají neobnovitelné zdroje energie, kterým je také potřeba věnovat pozornost. Seznam použité literatury [1] [online]. [cit ]. Dostupné z: ekis/i-ekis/39900 [2] Česká republika. Tepelná ochrana budov : Část 2: Požadavky. In: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, [3] VRÁNA, Jakub. Technická zařízení budov v praxi: [příručka pro stavaře]. 1. vyd. Praha: Grada, 2007, 331 s. ISBN PODĚKOVÁNÍ Práce byla realizována za finančního přispění Evropské unie v rámci projektu: CZ.1.07/3.2.07/ Tvorba vzdělávacího programu Dřevěné konstrukce a dřevostavby. 17

20 Technické zařízení budov a energetika Poznámky 18

21 Sborník přednášek 19

22 Technické zařízení budov a energetika 20

23

24 Název projektu Tvorba vzdělávacího programu Dřevěné konstrukce a dřevostavby Registrační číslo projektu CZ.1.07/3.2.07/ Realizátor projektu Moravskoslezský dřevařský klastr, občanské sdružení Moravskoslezský dřevařský klastr, o.s. Studentská Ostrava-Poruba IČ: ISBN