Energetické systémy budov 1 Vytápění budov

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Energetické systémy budov 1 Vytápění budov 125ESB1,ESBB 2011/2012 prof.karel Kabele 1 ESB1 - Harmonogram 1 Vnitřní prostředí a energie. Energetické výpočty: výpočet tepelného příkonu, roční potřeba energie. 2 Vytápění místností - otopná tělesa, sálavé vytápění, podlahové vytápění, stěnové a stropní vytápění a chlazení, venkovních ploch, podloží ledové plochy. Aktivace betonového jádra. 3 Navrhování teplovodních otopných soustav 4 Dimenzování teplovodních otopných soustav 5 Dimenzování teplovodních otopných soustav 6 Pojistné a zabezpečovací zařízení teplovodních otopných soustav 7 Zdroje tepla a otopné soustavy - topenářská schémata, regulace 8 Mikrokogenerace 9 Pára ve vytápění 10 Vytápění velkých prostorů 11 Čerpací technika ve vytápění 2 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1

2 Zkouška Ke zkoušce si student přinese zpracovanou seminární práci dle zadání. Zkouška probíhá formou písemnou v 10 otázkách vyplývajících z témat předmětu (50%) a rozpravou nad studií (50%). 3 Zadání seminární práce Téma práce: Optimalizace návrhu vytápění objektu Objekt: z SPJ1, PIB1, PJ2C, ATT apod. Rozsah: max. 20 stran A4 + přílohy Termín odevzdání: do data konání zkoušky 4 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 2

3 Zadání seminární práce - osnova Stručný popis objektu (účel, umístění, primární zdroje energie, provozní režim ) 2 až 3 varianty řešení koncepce vytápění (zdroj distribuční soustava emise tepla) a jejich porovnání (multikriteriální analýza např. z hlediska provozních nákladů, investičních nákladů, účinnosti, kvality vnitřního prostředí, zásahu do stavby atd.) Varianty dokumentovat technickým popisem a schématickým výkresem 1:100 až 1:200. Výběr nejvhodnější varianty. Schéma zapojení zdroje tepla Detaily řešení charakteristických a kritických prvků zvolené varianty (např. osazení otopných těles, uložení potrubí, skladba podlahy, materiál a spojování potrubí, umístění těles atd.) v měřítku 1:10 1:25 Popis režimu provozní regulace a specifikace funkčních požadavků na regulaci ve vazbě na zdroj tepla, provoz a tepelné zisky. 5 TZB a energie Zajištění požadovaných parametrů vnitřního prostředí budov (teplota vnitřní, kvalita vzduchu, umělé osvětlení) Pokrytí hygienických potřeb člověka (zdravotechnika, příprava TV) Distribuci energie a médií (elektroinstalace, plynovod, technické plyny) Řídící a regulační systémy budov (EPS, EZS, regulace, zabezpečení) Dopravní systémy (výtahy, eskalátory, travelátory, potrubní pošta) Technologická zařízení (centrální vysavače, kuchyně, prádelny,bazény) 6 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 3

4 Energetické systémy Výroba, přenos a distribuce energií Vytápění Chlazení Větrání Příprava TV Elektrorozvody Umělé osvětlení 7 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) 8 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 4

5 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. 9 Klimatické podmínky 10 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 5

6 Klimatické podmínky 11 Rozložení otopného výkonu Heating energy [%] Main operating area Heating system temp. [ 0 C] Rozložení otopného výkonu v průběhu roku External temperatur ev[ C] Největší podíl 0 C! Přívod Vratná Soustava 75/60 C 12 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 6

7 Četnost výskytu venkovních teplot 50% výkon kotle postačuje na pokrytí cca.80-90% roční p r o d u k c e t e p l a Relative boiler utilisation [%] External temperature [ 0 C] Heat days [days] 13 VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ 14 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 7

8 Teorie vnitřního prostředí Vnitřní prostředí Mikroklima Tepelně-vlhkostní Akustické Psychické Světelné Elektrostatické T a T p Tepelně-vlhkostní mikroklima Stav vnitřního prostředí z pohledu tepelných a vlhkostních toků mezi lidským tělem a jeho okolím 125MOEB prof.karel Kabele 15 Sdílení tepla mezi lidským tělem a jeho okolím Metabolické teplo M Stupeň svalové aktivity Podmínky prostředí Velikost těla Tepelná ztráta Q Dýchání Konvekce Radiace Vedení Vypařování Rovnice tepelné rovnováhy M=Q komfort M>Q horko M<Q zima 125MOEB prof.karel Kabele 16 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 8

9 Faktory tepelné pohody Člověk Metabolické teplo Izolace oblečení Prostor Teplota vzduchu (Dry-Bulb) Relativní vlhkost Rychlost vzduchu Sálání (střední radiační teplota) 125MOEB prof.karel Kabele 17 Faktory prostředí Střední radiační teplota kde tr = střední radiační teplota Ti = teplota okolního povrchu i, i=1,2,...,n φ rn = úhlový faktor mezi osobou a plochou i, i=1,2,...n 125MOEB prof.karel Kabele 18 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 9

10 Operativní teplota Faktory prostředí kde t g = operativní teplota t a = teplota okolního vzduchu t r = střední radiační teplota h c = koeficient přestupu tepla konvekcí h r = střední radiační koeficient přestupu tepla 125MOEB prof.karel Kabele 19 Měřicí přístroje 125MOEB prof.karel Kabele 20 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 10

11 ČSN EN ISO 7730 Činnost Energetické výdeje W/m 2 met Klidné ležení 46 0,8 Sezení uvolněné 58 1,0 Práce v sedě (úřady, byty, školy, laboratoře) 70 1,2 Stání, střední práce (prodavač, práce v domácnosti, práce na strojích) 93 1,6 I cl Denní běžné oblečení 0,3 Kalhotky, tričko, lehké ponožky, sandály 0,4 Kalhotky, spodnička, punčochy, lehké šaty s rukávy, sandály 5 0,5 Spodky, košile s krátkými rukávy, lehké kalhoty, lehké ponožky, boty 0,6 Spodky, košile, lehčí kalhoty, ponožky, boty 0,7 Spodní prádlo, košile, kalhoty, ponožky, boty (Kalhotky, spodnička, punčochy, šaty, boty) 125MOEB prof.karel Kabele 21 Hodnocení tepelné pohody PMV index (Predicted mean vote = předpokládaná střední volba) PPD index (Predicted percentage of dissatisfied = předpokjládané procento nespokojených) 125MOEB prof.karel Kabele 22 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 11

12 125MOEB prof.karel Kabele 23 Výpočet PMV a PPD dle ČSN EN ISO 7730 PMV předpověď středního tepelného pocitu PPD předpokládané procento nespokojených M energetický výdej W/m 2 W užitečný mechanický výkon W/m 2 (u většiny prací se rovná nule) fcl poměr povrchu oblečeného člověka k povrchu nahého člověka t cl teplota povrchu oděvu C t a teplota vzduchu C t r střední radiační teplota C pa hc parciální tlak vodní páry Pa součinitel přestupu tepla konvekcí W/m 2 K 125MOEB prof.karel Kabele 24 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 12

13 NORMY PRO VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ 25 ČSN EN ISO 7730 Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu. (Vydáno ) ČSN EN Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, teplotního prostředí, osvětlení a akustiky. (Vydáno , anglický jazyk) prof.karel 125ESB1,ESBB Kabele2011/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 13

14 ČSN EN ISO 7730 ERGONOMIE TEPELNÉHO PROSTŘEDÍ - ANALYTICKÉ STANOVENÍ A INTERPRETACE TEPELNÉHO KOMFORTU POMOCÍ VÝPOČTU UKAZATELŮ PMV A PPD A KRITÉRIA MÍSTNÍHO TEPELNÉHO KOMFORTU 27 Tepelná pohoda ČSN EN ISO parametry slouží především pro návrh systému vytápění, chlazení, větrání Základní parametry vnitřního prostředí uvedeny v Příloze A ČSN EN Tepelná kvalita prostoru může být zvolena ze 3 kategorií podle ukazatelů PPD nebo PMV prof.karel 125ESB1,ESBB Kabele2011/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 14

15 Kategorie prostředí Tepelná pohoda Kategorie vnitřního tepelného prostředí Předpokládané procento nespokojených PPD Celkový tepelný stav těla Předpokládané průměrné hodnocení PMV A < 6% 0,2 < PMV < + 0,2 B < 10% 0,5 < PMV < + 0,5 C < 15% 0,7 < PMV < + 0,7 PMV predicted mean vote, PPD predicted percentage of dissatisfied 29 Tepelná pohoda Hodnocení kvality prostředí-indexy: PMV (Predicted Mean Vote) - předpokládaná průměrná volba=průměrný tepelný pocit člověka PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) - předpokládané procento nespokojených PMV - 7stupňů 3, 2, 1, 0,-1,-2,-3 horko, teplo, mírně teplo neutrálně mírně chladno, chladno, zima PPD PMV 30 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 15

16 Faktory prostředí: Tepelná pohoda teplota, vlhkost, rychlost proudění vzduchu, sálání Osobní faktory: M hodnota metabolismu (W/m 2 ) I..izolace oblečení (m 2.K/W) Jednotka 1 clo=0,155m 2.K/W >3,5 clo <0,5 0,6-1,2 31 Optimální výsledná teplota Kategorie vnitřního prostředí A (PPD<6%) 32 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 16

17 Výsledná vnitřní teplota Druh budovy, prostoru Oblečení, zima (clo) Činnost (met) Kancelář 1,0 1,2 Velkoprostorová kancelář Kavárna, restaurace 1,0 1,2 1,0 1,2 Obchodní dům 1,0 1,6 Bydlení 1,0 1,2 Kategorie vnitřního tepelného prostředí Výsledná teplota, zima C A 21,0 až 23,0 B 20,0 až 24,0 C 19,0 až 25,0 A 21,0 až 23,0 B 20,0 až 24,0 C 19,0 až 25,0 A 21,0 až 23,0 B 20,0 až 24,0 C 19,0 až 25,0 A 17,5 až 20,5 B 16,0 až 22,0 C 15,0 až 23,0 A 21,0 až 23,0 B 20,0 až 24,0 C 19,0 až 25,0 33 Kritéria navrhování prostorů Příklady projektového kritéria (léto clo=0,5, zima clo=1) 34 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 17

18 ČSN EN VSTUPNÍ PARAMETRY VNITŘNÍHO PROSTŘEDÍ PRO NÁVRH A POSOUZENÍ ENERGETICKÉ NÁROČNOSTI BUDOV S OHLEDEM NA KVALITU VNITŘNÍHO VZDUCHU, TEPLOTNÍHO PROSTŘEDÍ, OSVĚTLENÍ A AKUSTIKY. (VYDÁNO , ANGLICKÝ JAZYK) 35 Vnitřní prostředí ČSN EN ISO parametry slouží pro hodnocení tepelné pohody v budovách s různými systémy TZB parametry lze použít pro výpočet energetické náročnosti kvalita vzduchu, teplotní prostředí, osvětlení, akustika Kategorie prostředí Očekávané parametry I Vysoké, citlivé osoby (děti, senioři,..) II Normální, pro nové budovy a rekonstrukce III Přijatelné, průměrná úroveň očekávaných parametrů, pro stávající budovy IV Omezeně přijatelné 36 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 18

19 Tepelná pohoda Kriteria pro návrh nuceně vytápěných a chlazených budov Kategorie vnitřního tepelného prostředí Druh budovy Kategorie Operativní teplota ( C) Budovy pro bydlení pobytový prostor sedavá činnost (1,2met) Předpokládané procento nespokojených PPD Celkový tepelný stav těla Předpokládané průměrné hodnocení PMV I < 6% 0,2 < PMV < + 0,2 II < 10% 0,5 < PMV < + 0,5 III < 15% 0,7 < PMV < + 0,7 IV >15% 0,7 < PMV PMV < - 0,7 Minimální pro vytápění Maximální pro chlazení I 21 25,5 II III prof.karel 125ESB1,ESBB odborný Kabele seminář 2011/2012 firmy Protherm v spolupráci s Katedrou technických zařízení budov fakulty stavební ČVUT 37 Vnitřní prostředí Kriteria pro návrh kvality vnitřního vzduchu (ne obytné b.) zdroj škodlivin osoby provoz budov Kategorie Předpokládané procento nespokojených Průtok vzduchu l/s/os I II 20 7 III 30 IV >30 <4 Kategorie Velmi nízké znečištění l/s.m2 Nízké znečištění l/s.m2 Vyšší znečištění l/s.m2 I 0,5 1,0 2,0 II 0,35 0,7 1,4 III 0,3 0,4 0,8 prof.karel Kabele 125ESB1,ESBB 2011/ (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 19