ENERGETICKÉ VÝPOČTY. 125ESB1,ESBB 2011/2012 prof.karel Kabele

Transkript

1 ENERGETICKÉ VÝPOČTY 39 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.148/2007 o energetické náročnosti budov Matematické modelování Porovnání variant řešení Nestandardní řešení 40 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 1

2 Předběžný výpočet tepelné ztráty Obálková metoda Výpočet dle tepelné charakteristiky 291/2001 neplatná vyhláška, nicméně fyzika platí 41 ČSN O60210 Výpočet tepelných ztrát při ústředním vytápění JE určena pro dimenzování otopných soustav UT při nepřerušovaném vytápění stanovení tepelné charakteristiky budovy dle ČSN NENÍ určena pro výpočet tepelných ztrát prostorů vytápěných sálavými plochami výpočet potřeby tepla pro úpravu vzduchu pro klimatizaci 42 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 2

3 Výpočet tepelného výkonu Prostup tepla 43 Výpočet tepelné ztráty dle ČSN Větrání nebo 44 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 3

4 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Stěny přiléhající k zemi Místnosti vyšší než 8m Velké zasklené plochy v místnostech se zdrojem vlhkosti Vysoké budovy nad 25 m Masivní stavby Akumulační vytápění 45 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 46 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 4

5 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) 47 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) 48 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 5

6 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. 49 ČSN EN Klimatické údaje (NA) NA = národní příloha Začátek a konec otopné sezóny 50 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 6

7 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.. 51 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát Celková návrhová tepelná ztráta (W) Φ i = Φ T,i + Φ V,i ΦT,i.. návrhová tepelná ztráta prostupem tepla ΦV,i..návrhová tepelná ztráta větráním 52 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 7

8 ČSN EN Prostup tepla 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 125ESB1,ESBB (na 2011/2012 výrazně jinou teplotu) prof.karel Kabele 53 ČSN EN Prostup do exteriéru 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) 54 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 8

9 ČSN EN Prostup do exteriéru 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 55 Tepelné mosty? ČSN EN ISO (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 9

10 Příklad tepelného mostu Nároží C1 Nároží C2 i...interní, oi celkové vnitřní, e externí ČSN EN ISO ČSN EN Prostup do nevytápěného prostoru b u redukční činitel (-) při známé θ : jinak: 58 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 10

11 ČSN EN Prostup do zeminy 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. 59 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 plocha podlahové konstrukce (m2) P.obvod podlahové konstrukce (m) 60 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 11

12 ČSN EN Prostup do zeminy U equiv, bf a b B betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) 61 ČSN EN Prostup do zeminy U equiv, bf B a betonová podlaha (tepelně neizolovaná) b B hodnota (m) 62 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 12

13 ČSN EN Prostup do zeminy U (W/m2.K) U equiv, bw a U hodnota stěn (W/m2 K) 63 ČSN EN Prostup do/z vytápěného prostoru A (m 2 ) U (W/m 2.K) f ij redukční teplotní činitel 64 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 13

14 ČSN EN Prostup tepla celkem 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) 65 ČSN EN Ztráta větráním H součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi výměna vzduchu (m 3 /s) 66 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 14

15 Vmech,inf Vinf Vex Vsu Vinf Vmin Vmin Vinf 67 ČSN EN Ztráta větráním Přirozené větrání Nucené větrání inf infiltrace min hygienické minimum su přiváděný vzduch mech,inf nuceně odváděný - přiváděný vzduch 125ESB1,ESBB fvi teplotní 2011/2012 redukční prof.karel součinitel Kabele 68 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 15

16 ČSN EN Infiltrace obvodovým pláštěm n50 intenzita výměny vzduchu za hodinu při rozdílu tlaků 50 Pa 2 n50 je pro celou budovu tzn. nejhorší případ je vstup vzduchu pouze z jedné strany ei stínící činitel (stínění prostoru zástavbou) εi výškový korekční činitel (vliv výškového umístění středu prostoru) 69 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 ε 0 10 m 1,0 > m 1,2 > 30 m 1,5 70 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 16

17 ČSN EN Větrací vzduch V min hygienické množství 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 71 ČSN EN Větrací vzduch V sui množství přiváděného vzduchu (m 3 /h) (stanoví projektant VZD) f vi teplotní redukční činitel θ su,i teplota přiváděného vzduchu (např. předehřátého, nebo ze ZZT) 72 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 17

18 ČSN EN Větrací vzduch V mech,inf bilance množství vzduchu pro celou budovu (odváděný přiváděný vzduch) Pro místnosti rozdělení dle průvzdušnosti nebo dle objemů: 73 ČSN EN Přerušované vytápění Podrobný výpočet Zjednodušený výpočet ΦRH zátopový tepelný výkon (W) A podlahová plocha (m 2 ) frh zátopový korekční činitel (W/m 2 ) NE pro akumulační vytápění. 74 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 18

19 ČSN EN Přerušované vytápění Zátopový čas (h) RH f W/m 2 Pokles teploty (K) 1 K 2 K 3 K Hm. vysoká Hm. vysoká Hm. vysoká Obytné budovy - útlum < 8h 75 ČSN EN Návrhový tepelný výkon Pro vytápěný prostor: Φ HL,i = Φ T,i + Φ V,i + Φ RH,i (W) Pro budovu nebo část budovy: Φ HL = Σ Φ T,i + Σ Φ V,i + Σ Φ RH,i (W) Φ T,i návrhová tepelná ztráta prostupem tepla Φ V,i návrhová tepelná ztráta větráním (* pro budovu redukováno maximum) Φ RH,i zátopový tepelný výkon při přerušovaném vytápění 76 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 19

20 ČSN EN Ztráta větráním pro celou budovu pro přirozené větrání: pro nucené větrání s větrací soustavou: ηv účinnost zařízení ZZT Pro návrh zdroje 24h průměr. 77 ČSN EN Zjednodušený výpočet Předpoklady: Obytné budovy n 50 <3 h -1 Použití vnějších rozměrů Celková tepelná ztráta: f Δθ teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty (24 C) 78 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 20

21 ČSN EN Zjednodušený výpočet Ztráta prostupem tepla Ztráta větráním Celkový tepelný výkon ΦHL = Σ ΦT,i + Σ ΦV,i + Σ ΦRH,i (W) 79 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 Celková tepelná ztráta upravena výškovým korekčním činitelem f h,i závisí na způsobu vytápění (sálavé, konvekční) a výšce vytápěných prostor. 80 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 21

22 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech f h,i výškový korekční činitel 81 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 θo ztráta větráním z teploty vnitřního vzduchu θint 82 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 22

23 ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Střední teplota sálání θr a vnitřní výpočtová teplota θint se odchylují >1,5K ztráta větráním pro teplotu vzduchu θa Průmysl -proudění vzduchu >0,2 m/s θo výsledná teplota 83 Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN Souhrn vytápěných místností Vzorový dům polovina rodinného dvojdomu, přízemí, podzemní podlaží společná západní stěna přízemí 0,5 m nad terénem Klimatická data 84 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 23

24 Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN Schéma půdorysu přízemí Základní konstrukce obvodová zeď U k = 0,433 Wm 2.K výplně otvorů U k = 2,1 Wm 2.K vnitřní příčky U k = 2,011 Wm 2.K vnitřní nosná zeď U k = 0,742 Wm 2.K podlaha U k = 0,48 Wm 2.K strop U k = 0,469 Wm 2.K 85 Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN Schéma řezu Základní konstrukce strop U k = 0,469 Wm 2.K podlaha U k = 0,48 Wm 2.K sklepní stěna do zeminy U k = 0,606 Wm 2.K do vzduchu U k = 0,725 Wm 2.K podlaha suterénu U k = 0,457 Wm 2.K 86 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 24

25 Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN Porovnání tepelných ztrát podle ČSN a ČSN ČSN EN Výpočet tepelného výkonu 88 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 25

26 INFO 1 Výběrové řízení na místa 2 studentských vědeckých sil na katedře TZB 700 Kč/měs 1-2 hod týdně Termín přihlášení: do středy :00 na kabele@fsv.cvut.cz Jméno, ročník, zaměření; proč byste chtěl(-a) být SVS na katedře TZB? 89 Výpočet roční potřeby tepla kwh, GJ, MJ 98 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 26

27 Roční průběh potřebného výkonu 99 Roční potřeba tepla na vytápění Denostupňová metoda ei -nesoučasnost infiltrace a prostupu (0,8-0,9) et -snížení teploty během dne (0,8 7) ed -zkrácení doby s vyt. přestávkami (0,8 1) nr -účinnost rozvodů (0,95 0,98) no -účinnost obsluhy (0,9 1) 100 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 27

28 ČSN EN ISO Tepelné chování budov - výpočet potřeby tepla na vytápění 101 Energetická bilance budovy 102 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 28

29 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 103 Potřeba tepla na vytápění 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 104 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 29

30 Potřeba tepla Tepelné ztráty Q L a tepelné zisky Q g se vypočítávají pro každý časový úsek výpočtu. Potřeba tepla Q h je součtem potřeb tepla za kratší časové období (měsíce). 105 Potřeba energie na vytápění H = H T + H V Celková tepelná ztráta Q L jednozónové budovy s konstantní vnitřní teplotou θ i během daného časového úseku t při průměrné venkovní teplotě θ e 106 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 30

31 Tepelné zisky Q g Vnitřní tepelné zisky využitelné Vytápěné a nevtápěné místnosti. Solární zisky 107 (c) Katedra TZB FSv ČVUT v Praze 31