SKRIPTA. ke vzdělávacímu programu Energetický specialista. Registrační číslo projektu: CZ.1.07/3.2.08/

Transkript

1 SKRIPTA ke vzdělávacímu programu Energetický specialista Registrační číslo projektu: CZ.1.07/3.2.08/ Projekt je financován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu ČR, prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Příjemce dotace: TÜV SÜD Czech s.r.o. Autorský kolektiv: Ing. Jan Schwarzer, Ph.D. Doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. Ing. Viktor Zbořil Formální úpravy: Ing. Michal Svrček Ing. Petr Domša Mgr. Jitka Jandusová Rok vydání: 2014

2 1 Obsah 1 Obsah Úvod Přehled modulů programu Modul 1 - Energetický specialista Evropská směrnice Národní legislativa Zákon 406/2000 Sb. O hospodaření energií Vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov Vyhláška č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku Vyhláška č. 193/2013 Sb. o kontrole klimatizačních systémů Vyhláška č. 194/2013 Sb. o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie Normy Modul 2 - Energetická náročnost budov - průkaz en. náročnosti Koncepce průkazu ENB Protokol k průkazu energetické náročnosti budov Ukazatelé energetické náročnosti Tepelně technické vlastnosti dle ČSN : souč. prostupu tepla Součinitel přestupu tepla nehomogenní konstrukce Tepelné mosty Tepelné vazby v konstrukcích Součinitel prostupu tepla oken Součinitel prostupu tepla podlahou Průměrný součinitel prostupu tepla Dílčí dodaná energie na vytápění Potřeba dodané energie na vytápění Spotřeba dodané energie na vytápění Pomocná energie na vytápění Dílčí dodaná energie na větrání /92

3 5.8 Dílčí dodaná energie na osvětlení Dílčí dodaná energie na přípravu teplé vody Potřeba dodané energie na přípravu teplé vody Spotřeba dodané energie na přípravu teplé vody Pomocná energie na přípravu teplé vody Dílčí dodaná energie na chlazení Celková energetická bilance Primární neobnovitelná energie Ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů Technicky a ekonomicky vhodná opatření pro snížení ENB Modul 3 - Vzduchotechnika a klimatizace - kontrola klimatizace Základní pojmy Předmět kontroly klimatizace Vlhký vzduch Daltonův zákon Stavová rovnice Vyjádření vlhkosti vzduchu Teplota rosného bodu t DP Teplota mokrého teploměru t m (t WB ) Entalpie vlhkého vzduchu Diagram vlhkého vzduchu (h-x) Základní úpravy vlhkého vzduchu Ohřev vzduchu Chlazení vzduchu Vlhčení vzduchu Mísení dvou a více různých stavů vzduchu Odvlhčování Klimatizační a větrací systémy Případové studie - vhodnost kontroly klimatizace a navazujících systémů /92

4 6.8 Koncové prvky větracích a klimatizačních zařízení Modul 4 - Zdroje tepelné energie - kontroly kotlů a rozvodů tepelné energie Charakteristika zdrojů tepelné energie (kotle) Způsob provádění kontroly kotle a rozvodů tepelné energie Pravidelná kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kw) Dimenzování kotle k požadavku na vytápění budovy a potřebu teplé vody Určení účinnosti kotlů Případová studie Modul 5 - Energetický posudek Rozsah a obsah energetického auditu a energetického posudku Energetické bilance Úsporná opatření ke snížení energetické náročnosti Ekonomické vyhodnocení navržených opatření Prostá doba návratnosti Reálná doba návratnosti Čistá současná hodnota (NPV) Vnitřní výnosové procento (IRR) Enviromentální vyhodnocení navržených opatření Emise CO Emise ostatních látek Modul 6 - Nízkoenergetická a pasivní výstavba Tepelně technické výpočty pro návrh nízkoenergetických a pasivních staveb Vnitřní zařízení nízkoenergetických a pasivních staveb Princip teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla Výhody a nevýhody teplovzdušného vyt. a řízeného větrání s rekuperací tepla Teplovzdušné vytápění s rekuperací tepla Rízené větrání s rekuperací tepla /92

5 9.5 Ekonomika nízkoenergetické a pasivní výstavby a vliv na ŽP Alternativní zdroje energie Solární soustavy Zjednodušená bilanční metoda (TNI ) Výpočtový postup Hodnocení provozu tepelných čerpadel Korelační metoda (TNI ) Intervalová metoda (TNI ) Klimatické údaje Rozpočet potřeby tepla do intervalů Údaje o tepelném čerpadle Nízkopotenciální zdroj tepla Pomocná zařízení Tepelná soustava Výpočtový postup Výsledky pro hodnocení Literatura Příloha 1 - Vzor evidenčního listu energetického auditu Příloha 2 - Grafická část průkazu ENB /92

6 2 Úvod Skripta vznikla v rámci projektu "Energetický specialista", který je financován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu ČR, prostřednictvím Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Registrační číslo projektu: CZ.1.07/3.2.08/ Skripta jsou nedílnou součástí kurzu, který se skládá jednotlivých seminářů. Na skripta navazuje pracovní sešit, který je koncipován formou neřešených příkladů. 6/92

7 3 Přehled modulů programu Modul Název modulu Osnova Modul 1 Modul 2 Modul 3 Energetický specialista Energetická náročnost budov - průkaz energetické náročnosti Vzduchotechnika a klimatizace - kontrola klimatizace Zákon č. 406/2000 Sb. - o hospodaření energií Vyhláška č. 78/2013 Sb. - o energetické náročnosti budov Vyhláška č. 480/2012 Sb. - o energetickém auditu a energetickém posudku Vyhláška č. 194/2013 Sb. - o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie Vyhláška č. 193/2013 Sb. - o kontrole klimatizačních systémů Normy ČSN, EN ČSN a ISO EN ČSN Koncepce průkazu ENB Ukazatele energetické náročnosti Protokol k průkazu energetické náročnosti budov Tepelně-technické vlastnosti budovy dle ČSN : součinitel prostupu tepla, vč. tepelných mostů Průměrný součinitel prostupu tepla budovy, tepelné vazby Hodnocení energetické náročnosti vytápění, chlazení, mechanického větrání, přípravy teplé vody a osvětlení Celková energetická bilance budovy Ekologická a ekonomická proveditelnost alternativních systémů a kogenerace Technicky a ekonomicky vhodná opatření pro snížení ENB Základní pojmy v oboru vzduchotechniky a klimatizace Vlhký vzduch, h-x diagram, základní úpravy vzduchu Větrací systémy Klimatizační systémy (vzduchové, vodní, kombinované, chladivové) Koncové prvky větracích a klimatizačních zařízení Princip teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla Výhody a nevýhody teplovzdušného vytápění a řízeného větrání s rekuperací tepla 7/92

8 Modul Název modulu Osnova Modul 4 Modul 5 Modul 6 Zdroje tepelné energie - kontroly kotlů a rozvodů tepelné energie Energetický posudek Nízkoenergetická a pasivní výstavba Základní pojmy v oboru Charakteristika zdrojů tepelné energie Pravidelná kontrola kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kw) Určení účinnosti kotlů Případové studie Rozsah a obsah energetického auditu a energetického posudku Energetická bilance Úsporná opatření ke snížení energetické náročnosti Ekonomické vyhodnocení navržených opatření Environmentální vyhodnocení navržených opatření Tepelně technické výpočty pro návrh nízkoenergetických a pasivních staveb Vnitřní zařízení nízkoenergetických a pasivních staveb a jejich navrhování Využití obnovitelných zdrojů energie při výstavbě nízkoenergetických a pasivních staveb Ekonomika nízkoenergetické a pasivní výstavby a vliv na životní prostředí 8/92

9 4 Modul 1 - Energetický specialista Pojem Energetický specialista vychází z následujících legislativních dokumentů: - Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (odkaz na smlouvu o fungování EU, čl. 194). - Zákon 406/2000 Sb., o hospodaření energií (vč. změn). - Vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov. - Závazné normy ČSN, EN, ISO. 4.1 Evropská směrnice [7] Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (odkaz na smlouvu o fungování EU, čl. 194) konkretizuje přístup k energetice, jak je nastíněn ve Smlouvě o fungování EU, Hlava XXI (Energetika), Článek 194. Důležitými články jsou: Článek 9, Budovy s téměř nulovou spotřebou energie; Členské státy zajistí, aby a) do 31. prosince 2020 všechny nové budovy byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie a b) po dni 31. prosince 2018 nové budovy užívané a vlastněné orgány veřejné moci byly budovami s téměř nulovou spotřebou energie. Článek 12, Vydávání certifikátů energetické náročnosti; 1. Členské státy zajistí, aby byl certifikát energetické náročnosti vydán pro: a) budovy nebo ucelené části budov při výstavbě, prodeji nebo pronájmu novému nájemci a b) budovy, kde celkovou užitkovou podlahovou plochu větší než 500 m 2 užívá orgán veřejné moci a kde je tato plocha často navštěvována veřejností. Dne 9. července 2015 se tato hraniční hodnota 500 m 2 sníží na 250 m Členské státy vyžadují, aby při výstavbě, prodeji nebo pronájmu budov nebo ucelených částí budov byl potenciálnímu novému nájemci nebo kupujícímu předložen certifikát energetické náročnosti nebo jeho kopie a aby kupujícímu nebo novému nájemci byly certifikát energetické náročnosti nebo jeho kopie předány. 3. Členské státy vyžadují, aby v případě prodeje nebo pronájmu: - budov, jež mají certifikát energetické náročnosti, - ucelených částí budov v budově, jež má certifikát energetické náročnosti, a - ucelených částí budov, jež mají certifikát energetické náročnosti, byl na reklamách v komerčních médiích uveden ukazatel energetické náročnosti obsažený v certifikátu energetické náročnosti dané budovy nebo ucelené části budovy. 9/92

10 Článek 14, Inspekce otopných soustav; Členské státy stanoví nezbytná opatření k zavedení pravidelné inspekce přístupných částí soustav používaných k vytápění budov, jako jsou zdroje tepla, řídicí systémy a oběhová čerpadla, s kotli se jmenovitým výkonem pro účely vytápění budov vyšším než 20 kw. Tato inspekce rovněž zahrnuje posouzení účinnosti kotle a dimenzování kotle v porovnání s požadavky na vytápění budovy. Posouzení dimenzování kotle není třeba opakovat, nebyly-li v mezidobí v rámci otopné soustavy nebo v otázce požadavků na vytápění dotyčné budovy provedeny žádné změny. U otopných soustav s kotli se jmenovitým výkonem vyšším než 100 (kw) se provádí inspekce nejméně každé dva roky. U plynových kotlů může být tato doba prodloužena na čtyři roky. Článek 15, Inspekce klimatizačních systémů; Členské státy stanoví nezbytná opatření k zavedení pravidelné inspekce přístupných částí klimatizačních systémů se jmenovitým výkonem větším než 12 kw. Inspekce musí zahrnovat posouzení účinnosti klimatizace a dimenzování zařízení v porovnání s požadavky na chlazení budovy. Součástí Směrnice jsou i důležité přílohy, týkající se např. společného obecného rámce pro výpočet energetické náročnosti budov Zdůvodnění snahy Evropské unie zavádět výše uvedená opatření je dán zejména závislostí dovozu energonositelů z nestabilních oblastí, mezi než je řazeno i Rusko, na jehož území se nachází až 80 % evropských zásob zemního plynu. V následujícím grafu je vidět konečná spotřeba energie vybraných členských států: Konečná spotřeba energie (TJ/rok) ČR Německo Rakousko 0 ČR Německo Rakousko Obrázek 4.1 Konečná spotřeba energie vybraných členských států EU 10/92

11 Obrázek 4.2 odvětví Konečná spotřeba energie vybraných členských států EU - členění podle Oproti těmto spotřebám je třeba si uvědomit podíl energetické závislosti (dovozu energonositelů). Na následujícím obrázku je vidět energetická závislost ZP vybraných členských států: Energetická závislost (%) ,7 84,5 87,2 Zemní plyn ČR Německo 20 0 ČR Německo Rakousko Rakousko Obrázek 4.3 Podíl energetické závislosti vybraných členských států EU 11/92

12 4.2 Národní legislativa Zákon 406/2000 Sb. O hospodaření energií [16] Základním dokumentem je Zákon 406/2000 Sb. O hospodaření energií. Paragrafy, ve vztahu k Energetickým specialistům, jsou: 2 Základní pojmy 6 Účinnost užití energie zdrojů a rozvodů energie 6a Kontrola provozovaných kotlů a rozvodů tepelné energie a klimatizačních systémů 7 Snižování energetické náročnosti budov 7a Průkaz energetické náročnosti 9 Energetický audit 9a Energetický posudek 10 Energetický specialista 10a Odborná zkouška, průběžné vzdělávání a přezkušování energetických specialistů 10b Vydání a zrušení oprávnění a zápis energetického specialisty do seznamu energetických specialistů 10c Seznam energetických specialistů Každý energetický specialista musí ovládat základní pojmy, jak jsou definovány v 2: Energetická náročnost budovy: vypočtené množství energie nutné pro pokrytí potřeby energie spojené s užíváním budovy, zejména na vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení. Průkaz energetické náročnosti: dokument, který obsahuje stanovené informace o energetické náročnosti budovy nebo ucelené části budovy. Energetický posudek: písemná zpráva obsahující informace o posouzení plnění předem stanovených technických, ekologických a ekonomických parametrů určených zadavatelem energetického posudku včetně výsledků a vyhodnocení. Ucelená částí budovy: podlaží, byt nebo jiná část budovy, která je určena k samostatnému používání nebo byla za tímto účelem upravena Celková energeticky vztažná plocha: vnější půdorysná plocha všech prostorů s upravovaným vnitřním prostředím v celé budově, vymezená vnějšími povrchy konstrukcí obálky budovy Obálka budovy: soubor všech teplosměnných konstrukcí na systémové hranici celé budovy nebo zóny, které jsou vystaveny přilehlému prostředí, jež tvoří venkovní vzduch, přilehlá zemina, vnitřní vzduch v přilehlém nevytápěném prostoru, sousední nevytápěné budově nebo sousední zóně budovy vytápěné na nižší vnitřní návrhovou teplotu. Větší změna dokončené budovy: změna dokončené budovy na více než 25 (%) celkové plochy obálky budovy. 12/92

13 a) b) c) Obrázek 4.4 a) plocha místností, b) podlahová plocha, c) energeticky vztažná plocha Technické systémy budovy: zařízení určené k vytápění, chlazení, větrání, úpravě vlhkosti vzduchu, přípravě teplé vody, osvětlení budovy nebo její ucelené části nebo pro kombinaci těchto účelů. Nákladově optimální úroveň: stanovené požadavky na energetickou náročnost budov nebo jejich stavebních nebo technických prvků, která vede k nejnižším nákladům na investice v oblasti užití energií, na údržbu, provoz a likvidaci budov nebo jejich prvků v průběhu odhadovaného ekonomického životního cyklu. Budova s téměř nulovou spotřebou energie: budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů. Kontrolami provozovaných kotlů a rozvodů tepelné energie a klimatizačních systémů se zabývá 6a, kde je: - v odstavci 1 (mimo jiné) uvedeno: U provozovaných kotlů se jmenovitým výkonem nad 20 (kw) a příslušných rozvodů tepelné energie je jejich vlastník nebo společenství vlastníků jednotek povinen zajistit pravidelnou kontrolu těchto kotlů a příslušných rozvodů tepelné energie, jejímž výsledkem je písemná zpráva o kontrole provozovaných kotlů a příslušných rozvodů tepelné energie, - v odstavci 2 (mimo jiné) uvedeno: U provozovaných klimatizačních systémů se jmenovitým chladicím výkonem vyšším než 12 (kw) je jeho vlastník nebo společenství vlastníků jednotek povinen zajistit pravidelnou kontrolu tohoto klimatizačního systému, jejímž výsledkem je písemná zpráva o kontrole klimatizačního systému. Další části Zákona 406/200 Sb.: 7, 7a, 9, 9a, 10 je třeba také znát na dostatečně vysoké úrovni Vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov [15] Dokument je klíčovým vodítkem pro zpracování průkazu ENB. Jsou zde vymezeny základní pojmy, popsána koncepce zpracování průkazu ENB, včetně odkazů na mnoho normových postupů (normy se tímto stávají závaznými). 13/92

14 V dokumentu jsou také uvedeny ukazatele energetické náročnosti: a) celková primární energie za rok, b) neobnovitelná primární energie za rok, c) celková dodaná energie za rok, d) dílčí dodané energie pro technické systémy (vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody, osvětlení), e) průměrný součinitel prostupu tepla, f) součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici, g) účinnost technických systémů. Tyto ukazatele a jejich určení, jsou důležitou součástí skript. Stejně jako v Zákoně 406/2000 Sb., tak i ve Vyhl. 78/2013, je uveden 2 Základní pojmy: 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, se stejným typickým užíváním, se stejnými uvažovanými klimatickými údaji jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejích konstrukcí a technických systémů budovy. Typické užívání budovy: obvyklý způsob užívání budovy v souladu s podmínkami vnitřního a venkovního prostředí a provozu stanovený pro účely výpočtu energetické náročnosti budovy. Venkovní prostředí: venkovní vzduch, vzduch v přilehlých nevytápěných prostorech, přilehlá zemina, sousední budova a jiná sousední zóna. Vnitřní prostředí: prostředí uvnitř zóny, které je definováno návrhovými hodnotami teploty, relativní vlhkosti vzduchu a objemového toku výměny vzduchu, případně rychlostí proudění vnitřního vzduchu a požadované intenzity osvětlení uvnitř zóny. Přirozené větrání: větrání založené na principu teplotního a tlakového rozdílu vnitřního a venkovního vzduchu. Nucené větrání: větrání pomocí mechanického zařízení. Energonositel: hmota nebo jev, které mohou být použity k výrobě mechanické práce nebo tepla nebo na ovládání chemických nebo fyzikálních procesů. Vypočtená spotřeba energie: energie, která se stanoví z potřeby energie pro zajištění typického užívání budovy se zahrnutím účinností technických systémů, v případě spotřeby paliv je spotřeba energie vztažena k výhřevnosti paliva. Pomocná energie: energie potřebná pro provoz technických systémů. Primární energie: energie, která neprošla žádným procesem přeměny; celková primární energie je součtem obnovitelné a neobnovitelné primární energie. Faktor primární energie: koeficient, kterým se násobí složky dodané energie po jednotlivých energonositelích k získání odpovídajícího množství celkové primární energie. 14/92

15 Faktor neobnovitelné primární energie: koeficient, kterým se násobí složky dodané energie po jednotlivých energonositelích k získání odpovídajícího množství neobnovitelné primární energie Vyhláška č. 480/2012 Sb. o energetickém auditu a energetickém posudku Vyhláška se týká: a) rozsahu energetického auditu a energetického posudku, b) obsahu energetického auditu a způsobu jeho zpracování, c) obsahu energetického posudku a způsob jeho zpracování. Nedílnou a povinnou součástí jak energetického auditu, tak i energetického posudku, je evidenční list. Evidenční list obsahuje souhrnné údaje, včetně navržených a doporučených opatření. Vzor evidenčního listu pro energetický audit je zobrazen v příloze Vyhláška č. 193/2013 Sb. o kontrole klimatizačních systémů Dokument popisuje rozsah kontroly klimatizačních systémů a způsob jejich provádění. Uvedena je i zde požadovaná četnost kontrol klimatizačního systému, včetně vzoru zprávy Vyhláška č. 194/2013 Sb. o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie Součástí dokumentu jsou údaje, týkající se způsobu a četnosti provádění kontroly kotle a rozvodů tepelné energie, včetně vzoru zprávy Normy Základní normy (závazné) jsou uvedeny: ČSN Tepelná ochrana budov - Část 2 ČSN Tepelná ochrana budov - Část 4: Výpočtové metody. ČSN EN ISO Výpočet potřeby energie pro vytápění a chlazení. ČSN EN Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy Část 1: Všeobecné požadavky. Část 2-1: Sdílení Část 2-3: Rozvody tepla pro vytápění. Část 4-1: Zdroje tepla pro vytápění, kotle, Část 4-2: Výroba tepla na vytápění, tepelná čerpadla, Část 4-4: Výroba tepla na vytápění, kombinovaná výroba elektřiny a tepla integrovaná do budovy, 15/92

16 Část 4-5: Výroba tepla na vytápění, účinnosti a vlastnosti dálkového vytápění a soustav o velkém objemu, Část 4-6: Výroba tepla na vytápění, fotovoltaické systémy, Část 4-7: Zdroj tepla na spalování biomasy, Část 4-8: Otopné soustavy, teplovzdušné vytápění a stropní sálavé vytápění. ČSN EN Větrání budov - Stanovení výkonových kritérií pro větrací systémy obytných budov. ČSN EN Větrání budov - Výpočtové metody ke stanovení energetických ztrát způsobených větráním a infiltrací v komerčních budovách. ČSN EN Větrání budov - Výpočtové metody pro stanovení průtoku vzduchu v budovách včetně filtrace. ČSN EN Větrání budov - Výpočet teplot v místnosti, tepelné zátěže a energie pro budovy s klimatizačními systémy. ČSN EN Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy, Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody, Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava. ČSN EN Energetické hodnocení budov - Energetické požadavky na osvětlení. ČSN EN Energetická náročnost budov - Postupy pro ekonomické hodnocení energetických soustav v budovách. Výše uvedený výčet ukazuje pouze základní dokumenty. Součástí závazných postupů jsou i další navazující normy. 16/92

17 5 Modul 2 - Energetická náročnost budov - průkaz en. náročnosti 5.1 Koncepce průkazu ENB Zaveden je pojem referenční budova. 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, se stejným typickým užíváním, se stejnými uvažovanými klimatickými údaji jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejích konstrukcí a technických systémů budovy. Referenční budova a hodnocená budova se porovnávají. Dosahuje-li hodnocená budova lepších parametrů, než budova referenční, spadá do kategorie hodnocení "C", popřípadě "B" a "A". Naopak, horší parametry hodnocené budovy oproti referenční znamenají kategorii "D", popřípadě "E, F" a "G". Referenční hodnoty jsou uvedeny v příloze Vyhlášky. 5.2 Protokol k průkazu energetické náročnosti budov Součástí protokolu k průkazu energetické náročnosti budov jsou následující údaje: a) účel zpracování průkazu, b) základní informace o hodnocené budově, c) informace o stavebních prvcích a konstrukcích a technických systémech, d) energetickou náročnost hodnocené budovy, e) posouzení technické, ekonomické a ekologické proveditelnosti alternativních systémů dodávek energie, f) doporučená opatření pro snížení energetické náročnosti budovy při větší změně dokončené budovy, g) identifikační údaje energetického specialisty a datum vypracování průkazu. Vzor průkazu je uveden v příloze č. 4 k Vyhlášky 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov. Nedílnou součástí je i grafická část, kde jsou všechny vypočtené údaje souhrnně zobrazeny, viz příloha 2. 17/92

18 5.3 Ukazatelé energetické náročnosti Energetická náročnost je definována následujícími ukazateli: h) celková primární energie za rok, i) neobnovitelná primární energie za rok, j) celková dodaná energie za rok, k) dílčí dodané energie pro technické systémy, l) průměrný součinitel prostupu tepla, m) součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici, n) účinnost technických systémů. 5.4 Tepelně technické vlastnosti dle ČSN : souč. prostupu tepla Součinitel prostupu tepla U (W/m 2.K) jednotlivých konstrukcí přímo ovlivňuje: - průměrný součinitel prostupu tepla U em (W/m 2.K) - dílčí dodanou energii na vytápění E H (kwh/rok) Součinitel prostupu tepla U (W/m 2.K) je definován podle vztahu: 1 1 U = + U = + U 1 di 1 di + + Rsi + + Rse h λ h λ I i E i (5.1) Obrázek 5.1 Rozložení teplot při prostupu tepla homogenní vrstvou 18/92

19 Tabulka 5.1 Orientační přirážka U Konstrukce U (W/m 2 K) Poznámka Bez tepelných mostů 0,00 Výjimečný případ Téměř bez tepelných mostů 0,02 Doporučený předpoklad, nutno doložit Mírné tepelné mosty 0,05 Nevhodné pro ND a PD Běžné tepelné mosty 0,10 Nevhodné pro ND a PD Tabulka 5.2 Vybrané součinitele tepelné vodivosti λ (W/mK) Materiál λ (W/mK) Hliník 229 Ocel Žula 3,5 Železobeton 1,6 Cihly PP 0,8 Sklo stavební 0,8 Voda 0,6 Dřevo měkké 0,18 Plast (PVC) 0,15 Dřevovláknité desky 0,039 0,049 Pěnový polystyren, minerální vata 0,031 0,041 Vzduch při 10 C 0,026 PUR, PIR 0,022 Vakuová izolace 0,004 0,008 19/92

20 5.4.1 Součinitel přestupu tepla nehomogenní konstrukce Pokud se konstrukce skládá z jednotlivých vrstev, kdy každá vrstva má po celé ploše konstantní tloušťku a materiálové vlastnosti, lze pro výpočet tepelného odporu celé konstrukce použít vztah: R R R R R R R (5.2) celk = i j + e Legenda: R i (m 2 K/W) R e (m 2 K/W) R 1...j (m 2 K/W) odpor při přestupu tepla na vnitřní straně konstrukce odpor při přestupu tepla do exteriéru tepelné odpory jednotlivých vrstev konstrukce, přičemž R j d = j λ j (5.3) Následně pak součinitel prostupu tepla složené z homogenních vrstev (dále pro zjednodušení homogenní konstrukce) 1 U = Rcelk (5.4) Příklad homogenní konstrukce je na obrázku 5.2. Obrázek 5.2 Příklad homogenní konstrukce Pokud se však v konstrukci v podélném směru mění materiálové vlastnosti, hovoříme vzhledem ke kolmému prostupu tepla o nehomogenní konstrukci. Příkladem takové konstrukce a jejího dělení na jednotlivé vrstvy a úseky, je například stěna na obrázku 5.3. Často jsou to konstrukce z lepených materiálů, sendvičové konstrukce s nosnými prvky uvnitř, fasády s nosnými rošty, prolévané konstrukce z polystyrenových tvárnic atd. 20/92

21 Obrázek 5.3 Příklad nehomogenní konstrukce V takovýchto případech je nutné stěnu v příčném řezu rozdělit na tolik vrstev a úseků, aby byl v každém díle zastoupen pouze jeden materiál. Příklad takového dělení ukazuje také obrázek B, kde jsou písmeny označeny úseky a číslicemi vrstvy. Jednotlivé vrstvy pak mají tloušťku d j (j=1,2...n) a jednotlivé úseky mají poměrnou plochu f m (m=a,b...q). Všechny poměrné plochy f musí v konečném součtu dát celkovou plochu. Platí tedy pro kontrolu, že: f + f f = 1 (5.5) a b q Po rozdělení je nutné určit výsledný odpor konstrukce aritmetickým průměrem výpočtu odporu tepla na jeho horní a dolní mezi. V prvním případě se pro každý úsek, který již reprezentuje stěnu složenou se stejnorodých vrstev, kde již probíhá pouze jednorozměrný tepelný tok, určí celkový tepelný odpor úseku dle vztahu (5.2). Výsledný odpor celé nehomogenní konstrukce se pak určí ze vztahu 5.6, který se nazývá horní mez odporu. R Ta, R Tb...R Tq jsou právě zmiňované tepelné odpory jednotlivých úseků. 1 fa f f b = R R R R T Tj Tj Tj q (5.6) V druhém případě se nejdříve stanoví odpor každé vrstvy a poté se provede jejich součet v souladu s (5.2). Pro jednotlivé vrstvy platí pro stanovení jejich tepelného odporu rovnice 1 fa f f b = q R R R R j aj bj qj (5.7) kde j reprezentuje číslo vrstvy. Následně pak součtem dostáváme dolní mez odporu: R R R R R R R (5.8) T = i n + e 21/92

22 Výsledný tepelný odpor konstrukce z nehomogenních vrstev je potom: R + R R = T T (5.9) T 2 a výsledný součinitel prostupu tepla: 1 U = RT (5.10) Vzhledem k ověření použitelnosti této zjednodušené metody je nutné provést ještě ověření vzájemného poměru obou mezí a odhad chyby. Aby bylo možné výsledky z výpočtu využít, musí platit: RT < 1,5 R T (5.11) Maximální relativní chyba v procentech je RT RT e = R T (5.12) Aby byla splněna podmínka (5.11), může být maximální chyba 20 (%). O použitelnosti metody v závislosti na velikosti chyby je třeba rozhodnout s ohledem na účel výpočtu, přesnost vstupních údajů a také podílu na celkové ploše všech konstrukcí v hodnocené budově. Je například logické, že pokud bude takováto nehomogenní konstrukce tvořit například 2 (%) obálky domu, je i při překročení povolené chyby metoda použitelná, neboť v celkovém výsledku bude chyba zanedbatelná. Je třeba také připomenout, že metoda není použitelná, pokud se v konstrukci vyskytují kovové tepelné mosty. V takovém případě se počítá, jako by tam tyto prvky nebyly a musí být do dalšího výpočtu zahrnuty jako přirážka, která se stanoví dle jiných výpočtových metod (například dle ČSN EN ISO 6946 D.3), tabulek nebo numericky. Pokud se materiály mění ve vrstvách i ve třetím rozměru, je třeba výpočet provést 3D modelováním v numerickém software. Další podrobnosti k výpočetní metodě jsou v citované normě ČSN EN ISO Tepelné mosty Téměř v každé konstrukci ve stavebnictví se vyskytují kotvící, upevňovací, nosné, spojovací a další prvky, které vytvářejí z tepelně-technického hlediska tepelné mosty. Tepelný most znamená, že v jeho místě dochází k většímu přenosu tepla, než v okolní konstrukci. Typickým tepelným mostem v tomto smyslu je například kovový kotvící prvek ve fasádní izolaci. Tepelné mosty se v principu dělí na: - bodové tepelné mosty, - lineární tepelné mosty. 22/92

23 Bodovými tepelnými mosty nazýváme takové průchody konstrukcí, které prochází napříč konstrukcí jako lineární prvek, který pak v řezu tvoří bod, či malou plochu. Klasickými představiteli bodových mostů jsou kotvy, šrouby, závitové tyče k uchycení konstrukcí na fasádách, trámy střech procházejících izolační vrstvou atd. Vy výpočtu pak zahrnujeme mosty jednotlivě (například trámy) pomocí bodového činitele prostupu tepla χ nebo plošně, jako typický výskyt na metr čtvereční (fasádní kotvy) ve formě přirážky k součiniteli prostupu tepla dané konstrukce U. Lineární tepelné mosty jsou většinou reprezentovány nosnými prvky v konstrukcích (trámy, sloupky, vazníky, zavětrovací prvky, táhla atd.). Velmi často se lineární mosty v konstrukcích opakují a lze je tak do výpočtu zahrnout dle výpočtu v typickém řezu a stanovit paušální přirážku. Mohou být ve výpočtu také reprezentovány lineárním činitelem prostupu tepla ψ, který je pak vztažen na délku výskytu mostu v konstrukci. Časté ignorování tepelných mostů a jejich neřešení vede k rizikům kondenzací vodní páry v konstrukcích, následnou degradaci materiálů (koroze a plísně) a znehodnocení konstrukce a její funkce. Jak již bylo řečeno, tepelné mosty jsou nejčastěji do výpočtu tepelně technických vlastností konstrukcí zahrnovány jako přirážka k součiniteli prostupu tepla dané konstrukce U. Ta se stanoví buď výpočtem z numerického modelu vedení tepla, nebo přibližným výpočtem dle příslušné metodiky, nebo se odhadne z tabulek v normě ČSN (tabulka 5.1). Jsou zde uvedeny nejtypičtější hodnoty přirážky na tepelné mosty. Jejich užití však musí být dobře zváženo, neboť může snadno dojít k nadhodnocení či podhodnocení tepelných mostů. Zvláště u domů z velmi nízkou energetickou náročností, jako jsou pasivní domy, je tento vliv poměrně významný. Je tedy vždy na zvážení hodnotitele, zda užít tabulkovou hodnotu, nebo vynaložit práci na podrobnější výpočet. Stanovení lineárního činitele prostupu tepla z numerických výpočtů Z numerických modelů obdržíme po výpočtu tepelných toků přes model tepelnou propustnost L2D modelu. Dopočítat lze lineární činitel prostupu tepla: ψ U l (5.13) = N L 2D j=1 j j Legenda: U j (W/m 2 K) l j (m) součinitel prostupu tepla j-té konstrukce v modelu bez zahrnutí počítaného tepelného mostu délka příslušné j-té konstrukce oddělující dvě prostředí v modelu definované okrajovými podmínkami na hraně modelu. Pro jednoduchý model stěny, kde se vyskytuje pouze jeden druh konstrukce v přímém směru lze rovnici (5.13) zjednodušit na: ψ = L U l (5.14) 2D beztm m Lineární činitel ψ se pak násobí délkou reálného výskytu mostu v konstrukci a obdržíme přirážku na tepelný most ve formě přídavného měrného tepelného toku konstrukcí: 23/92

24 H = ψ l (5.15) LTM LTM Obdobným způsobem lze získat bodový činitel prostupu tepla pro bodové lineární mosty. Podrobnou metodiku popisuje norma ČSN EN ISO Tepelné vazby v konstrukcích Obdobně jako se vyskytují lineární mosty v plochách konstrukcí, tvoří každé dvě konstrukce na spoji tepelnou vazbu, která je více či méně tepelným mostem. Typickými vazbami u rodinných domů jsou nároží dvou stěn, ostění oken a dveří, nadpraží oken a dveří, prahy, napojení obvodových konstrukcí na střechu, hřeben střechy, napojení teras atd. Tyto vazby je také nutné zahrnout do výpočtu celkové bilance toku tepla domu. Opět je možné je stanovit paušálně na základě tabulkových hodnot, viz tabulka 5.3. Tabulka 5.3 Typické tepelné vazby Kvalita provedení U em (W/m 2 K) Budovy s důsledně optimalizovanými tepelnými vazbami 0,02 Budovy s mírnými tepelnými vazbami (typové či opakované řešení) 0,05 Budovy s běžnými tepelnými vazbami 0,10 Budovy s výraznými tepelnými vazbami (zanedbané řešení) 0,20 a více I zde platí, že může být použitím hodnot z tabulky vnesena do výpočtu značná chyba a to jak pozitivní, tak negativní. V případě potřeby je účelné použít numerické výpočty a co nejvíce zpřesnit výsledek. Opět je nutné z numerické metody získat tepelnou propustnost L2D příslušného styku dvou konstrukcí. Typický příklad vazby na nároží je na obrázku 5.4. Jelikož se v tomto případě jedná o styk dvou konstrukcí, je nutné stanovit také součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí (U1, U2) a délku jejich výskytu v modelu (l1, l2). Pak lze lineární činitel prostupu tepla stanovit v souladu se vztahem 5.13, jako: ( ) ψ = L U l + U l (5.16) 2D Právě otázka stanovení délek l1 a l2 v modelu je klíčová. Pokud ve výpočtu bilance celého domu započítáváme prostup tepla z vnějších rozměrů budovy, musíme i v modelu odečíst celou délku konstrukce, aby nebyla "zahrnuta" dvakrát (jednou ve stěně a jedou ve vazbě). Hovoříme pak o lineárním činiteli vazby z vnějších konstrukcí ψ e. Pokud se bilance počítá z vnitřních rozměrů, je nutné i délky v modelu odečítat pouze po vnitřní styk vazby. Tím zůstane celý styk konstrukcí zahrnut v lineárním součiniteli vazby a hovoříme o něm jako vnitřním ψ i. Názorně situaci popisuje obrázek 5.4. Pokud bychom počítali prostup tepla přes plochu spočítanou z vnějších rozměrů (zelená hranice) a zároveň ve výpočtu lineárního činitele prostupu tepla použili jako délku konstrukce l1 pouze úsek B, byl by úsek A započítán do 24/92

25 bilance dvakrát, jednou jako součást stěny a jednou jako součást tepelné vazby. Pokud tedy počítáme s plochou stěn z vnějších rozměrů, ve výpočtu lineárního činitele vazby musíme odečíst oba úseky (A+B). Obrázek 5.4 Vnější - vnitřní plocha Použijme zjednodušený model a uvažujme po celém obvodu stavby stejnou konstrukci o součiniteli prostupu tepla U. Celkovou bilanci jednoduchého modelu na předchozím obrázku (ve formě měrných tepelných toků) pak je možné zapsat dvěma možnými způsoby: H e = U Ae + lnar ψ e (5.17) Legenda: A e (m 2 ) l nar (m) ψ e (-) plocha konstrukce počítaná z vnějších rozměrů délka nároží na celém domě lineární činitel prostupu tepla vazbou Lineární činitel prostupu tepla vazbou lze spočítat: 2D ( ) ( ) ψ = L U A + B U A + B (5.18) e Vazbu v tomto případě reprezentuje pouze vliv vloženého nosného prvku. Druhou možností je výpočet z vnitřních ploch: Hi = U Ai + lnar ψ i (5.19) Legenda: A i (m2) ψ i (-) plocha konstrukce počítaná z vnitřních rozměrů lineární činitel prostupu tepla vazbou 25/92

26 Lineární činitel prostupu tepla vazbou: ψ = L U B U B (5.20) i 2D Vazbu v tomto případě reprezentuje celý roh včetně části stěny (A x A). Započítání ploch z vnitřních rozměrů a následné zanedbání tepelných vazeb vede k významné chybě v celkové bilanci Součinitel prostupu tepla oken Výpočet je prováděn podle ČSN EN ISO Součinitel prostupu tepla podlahou Výpočet je prováděn podle ČSN EN ISO Průměrný součinitel prostupu tepla Průměrný součinitel prostupu tepla U em (W/m 2.K) je dán vztahem: U em ( A U b ) HT = = + U A A i i i i em (5.21) Výpočet lze provést zjednodušenou metodou či přesným výpočtem: H = A U b + A U (5.22) T i i i tbm H = A U b + l ψ b + χ b (5.23) T i i i i i i i i b (-) je činitel teplotní redukce je dán pro konstrukce sousedící s prostorem o jiné teplotě vztahem: θi θ x b = θ θ i e (5.24) Činitel teplotní redukce b (-) pro podlahu přilehlou k zemině platí: b U = ekv U = g U U (5.25) 26/92

27 Průměrný součinitel prostupu tepla je jedním z energetických ukazatelů u nové výstavby. Referenční hodnota průměrného součinitele prostupu tepla je dána vztahem: ( Ai U N,20 bi ) Ai U = + U f em, R em, R R (5.26) Legenda: U N,20 (W/m 2 K) požadovaný součinitel prostupu tepla podle ČSN :2011 f R (-) U em,r = 0,02 (W/m 2 K) redukční činitel požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla, pro dokončenou budovu či její změnu f R = 1,0 (-), pro novou budovu f R = 0,8 (-) a, pro budovu s téměř nulovou spotřebou energie f R = 0,7 (-) 5.6 Dílčí dodaná energie na vytápění Každá s dílčích dodaných energií se skládá z: 1. potřeby dodané energie, 2. spotřeby dodané energie (potřeba se zahrnutím účinností technického sysytému), 3. pomocné energie Potřeba dodané energie na vytápění Výpočet se provádí podle ČSN EN ISO Energetická náročnost budov - Výpočet potřeby energie na vytápění a chlazení. Předpokládá se výpočet minimálně v měsíčním intervalu. Bez přerušovaného vytápění je potřeba tepelné energie dána vztahem: Q = Q η Q (5.27) h L g Legenda: Q L (kwh/rok) Q g (kwh/rok) η ( - ) celková tepelná ztráta tepelné zisky stupeň využití tepelných zisků Rozklíčování jednotlivých členů je uvedeno dále: ( ) Q = H θ θ t (5.28) L i e H = H + H (5.29) T V 27/92

28 H = A U b + l ψ b + χ b (5.30) T i i i i i i i i H V = ρ c V (5.31) V Legenda: θ ( C) t (s) H (W/K) H T (W/K) H V (W/K) teplota délka výpočtového období měrná tepelná ztráta budovy měrná tepelná ztráta budovy prostupem měrná tepelná ztráta budovy větráním ( ) ( 1 ) ( 1 ) H = n V + V f + θ V + V f V a x vent f x vent (5.32) V x = 1 V n e a 50 f V V e Va n50 2 (5.33) V = V n e (5.34) x a 50 Legenda: n (1/s) V a (m 3 ) f vent (-) θ H,hr (-) V f (m 3 /s) V x (m 3 /s) V x (m 3 /s) odhadnutá průměrná intenzita přirozeného větrání objem vzduchu v hodnocené zóně podíl času se spuštěným nuceným větráním účinnost zpětného získávání tepla ve VZT jednotkách známý objemový tok vzduchu zajištěný nuceným větráním objemový tok vzduchu netěstnostmi v režimu nuceného větrání objemový tok vzduchu netěstnostmi v režimu přirozeného větrání n 50 (1/s) intenzita výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa mezi interiérem a exteriérem e (-) součinitel charakterizující zatížení budovy větrem podle EN ISO f (-) součinitel charakterizující zatížení budovy větrem podle EN ISO V 1 (m 3 /s) V 2 (m 3 /s) objemový tok vzduchu přiváděného nuceným větráním objemový tok vzduchu odváděného nuceným větráním 28/92

29 Tepelné zisky Q g se určí podle následujících vztahů: Qg = Qi + Q s (5.35) Q = Φ t (5.36) i i Q = s lsj A Snj j (5.37) AS = A FS FC FF g (5.38) Legenda: Φi (W) I Sj (J/m 2 ) A Snj (m 2 ) F S (-) F F (-) g (-) průměrný výkon vnitřních tepelných zisků celkové množství energie globálního slunečního záření dopadající na jednotku povrchu o orientaci j během časového úseku účinná sběrná plocha zaskleného prvku o orientaci j korekční činitel stínění korekční činitel rámu celková propustnost slunečního záření Výpočet pro každý měsíc je dán přesně se zahrnutím parametru f m (-): ( ) Q = Q η Q f (5.39) h L g m Legenda: f m (-) část z měsíce, kdy je zóna vytápěna Spotřeba dodané energie na vytápění Jedná se o potřebu se zahrnutím účinností technického sysytému vytápění. Potřeba Spotřeba = η k η r η e (5.40) Legenda: η k (-) účinnost zdroje (kotle) 29/92

30 η r (-) η e (-) účinnost rozvodů účinnost emise Pomocná energie na vytápění Jedná se například o spotřebu elektrické energie pro pohon oběhových čerpadel otopné soustavy, ale také regulace či další prvky, jako například spotřeba elektrické energie pro pohon ventilátorů v podlahových konvektorech Pro určení spotřeby energonositele je třeba znát jejich výhřevnosti. Tabulka 5.4 Výhřevnosti Palivo Výhřevnost Jednotka Brikety 22,34 MJ/kg Černé uhlí A hrubé, střední 25,96 30,00 MJ/kg Černé uhlí B hrubé, střední 18,84 25,96 MJ/kg Dřevo 14,60 16,30 MJ/kg Hnědé uhlí A hrubé 13,40 18,00 MJ/kg Pelety 17,64 MJ/kg Propan kapalný 46,34 MJ/l Propan plynný 93,57 MJ/m 3 Topný olej lehký 42,3 MJ/l Topný olej těžký 40,8 MJ/l Zemní plyn karbonský 34,07 MJ/m 3 Zemní plyn norský (typ H) 37,42 MJ/m 3 Zemní plyn norský (typ L) 31,77 MJ/m 3 Zemní plyn tranzitní 35,87 MJ/m Dílčí dodaná energie na větrání Jedná se o energii potřebnou pro dopravu vzduchu (pohon ventilátoru). V případě přirozeného větrání je dílčí dodaná energie na větrání nulová. 30/92

31 5.8 Dílčí dodaná energie na osvětlení Instalovaný příkon osvětlovací soustavy lze určit ze vztahu: P N Em = A P m (5.41) Legenda: A (m 2 ) P m (lm/w) E m (lm/m 2 ) Celková podlahová plocha zóny Měrný světelný výkon svítidel Nejnižší přípustná osvětlenost Tabulka 5.5 Měrné světelné výkony Světelný zdroj Měrný světelný výkon P m (lm/w) Žárovka (60 W) 11,7 Kompaktní zářivka Trubicová zářivka Sodíková výbojka LED (150) Tabulka 5.6 Požadovaná osvětlenost Požadovaná osvětlenost dle ČSN EN Obytné místnosti v bytech Učebny Kanceláře (pracoviště s displeji) 90 lx 300 lx 500 lx Potřeba elektrické energie pro osvětlení je dána: {( P F ) ( t F F ) + ( t F ) }, = N C D O D N O L t W (5.42) /92

32 Tabulka 5.7 Směrná roční doba provozu podle typu budovy Typy budov Nastavené roční hodiny činnosti t D t N t O Kanceláře Vzdělávací zařízení Nemocnice Hotely Restaurace Sportovní zařízení Velkoobchod a maloobchod (prodejny) Průmyslové objekty Tabulka 5.8 Vliv denního světla v budovách s daným ovládáním Typ budovy Typ ovládání F D Kancelář, sportovní zařízení, výroba Restaurace, velkoobchod a maloobchod (prodejny) Vzdělávací zařízení, nemocnice Ruční 1,0 Stmívání fotobuňkou s čidlem pro denní světlo 0,9 Ruční 1,0 Ruční 1,0 Stmívání fotobuňkou s čidlem pro denní světlo 0,8 Tabulka 5.9 Vliv obsazení pro budovy s ovládáním Typ budovy Typ ovládání F O Kanceláře, vzdělávající zař. Ruční 1,0 Automatické 60 % připojeného výkonu 0,9 Prodejna, výr., sporty a rest. Ruční 1,0 Hotel Ruční 0,7 Nemocnice Ruční (některé automatické ovládání) 0,8 32/92

33 Korekce F c (činitel konstantní osvětlenosti), vyjadřuje vliv stárnutí světelného zdroje. Tabulka 5.10 Směrné hodnoty osvětlení P N t D t N F C F O F D LENI LENI Kvalitativní třída (W/m 2 ) (h) (h) bez cte osvětlení s cte osvětlení Ruční Auto Ruční Auto Mezní hodnota Ruční Auto kwh/m 2.rok * ,9 1 0,9 1 0,9 42,1 35,5 Kancelář ** ,9 1 0,9 1 0,9 54,6 45,5 *** ,9 1 0,9 1 0,9 67,1 55,8 * ,9 1 0,9 1 0,8 34,9 27,0 Vzdělávací zařízení ** ,9 1 0,9 1 0,8 44,9 34,4 *** ,9 1 0,9 1 0,8 54,9 41,8 Nemocnice, zdravotnická zařízení * ,9 0,9 0,8 1 0,8 70,6 55,9 ** ,9 0,9 0,8 1 0,8 115,6 91,1 *** ,9 0,9 0,8 1 0,8 160,6 126,3 * ,9 0,7 0, ,1 38,1 Hotely ** ,9 0,7 0, ,1 72,1 *** ,9 0,7 0, ,1 108,1 Tabulka 5.11 Směrné hodnoty osvětlení (pokračování) P N t D t N F C F O F D LENI LENI Kvalitativní třída (W/m 2 ) (h) (h) bez cte osvětlení s cte osvětlení Ruční Auto Ruční Auto Mezní hodnota Ruční Auto kwh/m 2.rok * , ,6 - Restaurace ** , ,1 - *** , ,1 - Sportovní zařízení * , ,9 43,7 41,7 ** , ,9 83,7 79,7 *** , ,9 123,7 117,7 33/92

34 5.9 Dílčí dodaná energie na přípravu teplé vody Potřeba dodané energie na přípravu teplé vody Potřeba tepelné energie na přípravu TV lze určit ze vztahu: Q TV ( ) d n ρ c θ θ = 1000 w w w2 w1 (5.43) Legenda: d (m 3 /os.den) n (-) ρ w (kg/m 3 ) c w (J/kgK) θ w1 ( C) θ w2 ( C) dávka teplé vody na osobu a den počet osob hustota vody měrná tepelná kapacita vody teplota studené vody teplota teplé vody Tabulka 5.12 Typické dávky teplé vody pro obytné budovy Typ budovy Typ spotřeby d (m 3 /os.den) Nízký standard 0,010-0,020 Obytné budovy Střední standard 0,020-0,040 Vysoký standard 0,040-0, Spotřeba dodané energie na přípravu teplé vody Jedná se o potřebu se zahrnutím účinností a ztrát technického sysytému přípravy. Obvykle se jedná o: - ztráty v rozvodech, - ztráty v zásobníku teplé vody, - ztráty v rozvodech cirkulací Pomocná energie na přípravu teplé vody Jedná se například o spotřebu elektrické energie pro pohon oběhového čerpadla v případě cirkulačního okruhu. 34/92

35 5.10 Dílčí dodaná energie na chlazení Dílčí dodaná energie na chlazení se určuje podle postupů v ČSN EN ISO Energetická náročnost budov - Výpočet potřeby energie na vytápění a chlazení 5.11 Celková energetická bilance Celková dodaná energie do budovy E R (kwh/rok) se stanoví součtem dílčích dodaných energií a vyjádří se také po jednotlivých energonositelích (primární energie) Dílčí dodané energie: Vytápění Chlazení Větrání Úprava vlhkosti Příprava TV Osvětlení E H (kwh/rok) E C (kwh/rok) E F (kwh/rok) E H (kwh/rok) E W (kwh/rok) E L (kwh/rok) Určené ukazatelé energetické náročnosti hodnocené budovy se porovnají s referenční budovou, přičemž musí platit: E E (5.44) R R ref kde: E = E + E + E + E + E + E (5.45) a R H C F H W L E = E +E +E + E + E + E (5.46) R ref Href Cref Fref Href Wref Lref 5.12 Primární neobnovitelná energie Neobnovitelná primární energie pro hodnocenou budovu se vypočítá jako součet součinů dodané energie (rozdělené po jednotlivých energonositelích) a příslušných faktorů primární neobnovitelné energie. Tabulka 5.13 Faktory primární neobnovitelné energie (pouze pro vybrané energonositele) Energonositel Faktor primární neobnovitelné energie (-) Zemní plyn 1,1 Elektřina 3,0 Dřevěné pelety 0,2 35/92

36 Tabulka 5.13 Faktory primární neobnovitelné energie (pouze pro vybrané energonositele)- pokračování Energonositel Faktor primární neobnovitelné energie (-) Kusové dřevo 0,1 Hnědé uhlí, černé uhlí 1,1 Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 80% podílem obnovitelných zdrojů Soustava zásobování tepelnou energií s vyšším než 50% a nejvýše 80% podílem obnovitelných zdrojů Soustava zásobování tepelnou energií s 50% a nižším podílem obnovitelných zdrojů 0,1 0,3 1,0 Energie okolního prostředí 0,0 Tabulka 5.14 Faktory primární neobnovitelné energie pro referenční budovu Typ spotřeby Faktor primární neobnovitelné energie (-) Vytápění 1,1 Chlazení 3,0 Příprava TV 1,1 Úprava vlhkosti vzduchu 3,0 Mechanické větrání 3,0 Osvětlení 3,0 Pomocná energie 3, Ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů Součástí průkazu ENB je analýza technické, ekonomické a ekologické proveditelnosti alternativních systémů dodávek energie. Analýza se týka: - nových budov, - větší změny dokončených budov. 36/92

37 V případě doporučení k realizaci některého z opatření, je součástí dokumentu též zdůvodnění Technicky a ekonomicky vhodná opatření pro snížení ENB Součástí průkazu ENB je analýza týkající se doporučení technicky a ekonomicky vhodných opatření pro snížení energetické náročnosti budovy. Opatření se mohou týkat: - stavebních prvků a konstrukcí budovy, - technických systémů budovy, popřípadě - obsluhy a provozu systémů budovy. Hodnocení se posuzují z hlediska: - technické vhodnosti, - funkční vhodnosti, - ekonomické vhodnosti. V případě doporučení k realizaci některého z opatření, je součástí dokumentu též zdůvodnění. 37/92

38 6 Modul 3 - Vzduchotechnika a klimatizace - kontrola klimatizace 6.1 Základní pojmy Pro účely zákona č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií, se rozumí: - klimatizačním systémem zařízení pro úpravu teploty, vlhkosti, čistoty a proudění vzduchu ve vnitřním prostředí včetně zařízení pro distribuci tepla, chladu a vzduchu, která jsou součástí budovy, - jmenovitým chladicím výkonem klimatizačního systému jmenovitý příkon pohonu zdroje chladu udaný výrobcem. 6.2 Předmět kontroly klimatizace Kontrola klimatizace se provádí pro: - klimatizační systém, který upravuje vnitřní prostředí pro užívání osob, - provozované klimatizační systémy se jmenovitým chladicím výkonem vyšším než 12 (kw). Výjimku tvoří klimatizační systémy umístěné v rodinných domech, bytech a stavbách pro rodinnou rekreaci, kromě případů, kdy jsou provozovány výhradně pro podnikatelskou činnost. Tabulka 6.1 Četnost provádění kontrol kimatizačních systémů Jmenovitý chladicí výkon První kontrola po uvedení systému do provozu (roky) systém je trvale monitorován Další kontrola (roky) systém není trvale monitorován Od 12 do 100 (kw) Nad 100 (kw) Obr. 6.1 Předmět kontroly klimatizace - zdroj chladu 38/92

39 Projekt Energetický specialista - skripta Obr. 6.2 Předmět kontroly klimatizace - systém vzduchotechniky (je-li napojena na zdroj chladu), včetně rozvodů a koncových prvků Obr. 6.3 Předmět kontroly klimatizace - koncové prvky Obr. 6.4 Předmět kontroly klimatizace - rozvody ( vodní, VZT) 39/92

40 Obr. 6.5 Předmět kontroly klimatizace -schématický souhrn 6.3 Vlhký vzduch Vlhký vzduch je směs suchého vzduchu a určitého množství vody ve formě syté či přehřáté vodní páry, mlhy, jinovatky Daltonův zákon Daltonův zákon je definován: celkový tlak směsi plynů p je dán součtem dílčích (parciálních) tlaků jednotlivých složek p i : p = p i (6.1) Vzhledem k této skutečnosti lze rozepsat tlak okolí do jednotlivých složek: po = pa + p V (6.2) Stavová rovnice Pro 1 kg vlhkého vzduchu má stavová rovnice tvar: R p = ρ T (6.3) m n Legenda: p (Pa) R (J/kmol.K) ρ (kg/m 3 ) T (K) tlak vzduchu univerzální plynová konstanta (R = 8 314,3 J/kmol.K) hustota vlhkého vzduchu termodynamická teplota 40/92

41 m n (kg/kmol) střední molekulová hmotnost vlhkého vzduchu Molekulová hmotnost suchého vzduchu m A = 28,96 (kg/kmol) Molekulová hmotnost vodní páry m V = 18,02 (kg/kmol) Plynové konstanty mají hodnotu r A = 287,11 (J/kg.K), r V = 461,50 (J/kg.K) Vyjádření vlhkosti vzduchu Obsah vlhkosti ve vzduchu může být různý. Vlhký vzduch se dělí na: - nenasycený (parciální tlak vodních par ve vzduchu je menší tlak sytých par při téže teplotě p V < p V - nasycený p V = p V - přesycený (nasycený vzduch, který obsahuje ještě další vodu v kapalném nebo tuhém skupenství) Veličin určujících vlhkost vzduchu je několik: Relativní vlhkost ϕ Udává míru nasycení vzduchu. ϕ = 100 % znamená nasycený vzduch; p V = p V. ϕ ρ p ρ p V V = = & (6.4) V V Parciální tlak par p V Tlak, odpovídající příslušné absolutní vlhkosti (viz stavová rovnice). Parciální tlak par není závislý na teplotě (při konstantním tlaku). Parciální tlak syté páry p V je závislý pouze na teplotě. Pro určení p V lze použít vztahy pro teploty -20 až 0 C s chybou menší než 1 : 6148 ln p V = 28, ,15 + t (6.5) a pro teploty 0 až 80 C s chybou menší než 1 : 4044, 2 ln p V = 23,58 235,6 + t (6.6) Měrná vlhkost vzduchu Udává hmotnost vodní páry v kg, připadající na 1 kg suchého vzduchu (kg/kg A ). Vzhledem k nízkým řádům se spíše používají jednotky (g/kg A ). Spolu s relativní vlhkostí je toto určení vlhkosti vzduchu ve vzduchotechnice nejběžnější. 41/92

42 Měrná vlhkost je určena poměrem hmotnosti vodní páry obsažené ve vzduchu a hmotnosti suchého vzduchu: x M M V = (6.7) A Dosazením stavových rovnic pro suchý vzduch a vodní páru obdržíme vzájemný vztah mezi měrnou a relativní vlhkostí: M V ρ ra p p x = = = = 0,622 M V ρ r p p V V V V A A V A A (6.8) dalším dosazováním rovnic 1.2 a 1.4 dostaneme konečnou podobu: pv ϕ p V x = 0,622 = 0,622 p p p ϕ p V V (6.9) Vztah 6.9 je důležitý, neboť nám umožňuje stanovit měrnou vlhkost z měřitelných veličin (ϕ, p) a parciálního tlaku syté páry Teplota rosného bodu t DP Teplota, při které je vzduch nasycen. Při dalším ochlazování začíná vodní pára kondenzovat. V h-x diagramu se teplota rosného bodu pro daný stav vzduchu odečte na průsečíku křivky nasycení a čáry měrné vlhkosti, odpovídající danému stavu vzduchu. Grafické znázornění v h-x diagramu je na obrázku Teplota mokrého teploměru t m (t WB ) Je to taková teplota vody, při níž je teplo potřebné k vypařování vody do vzduchu odebíráno přestupem tepla konvekcí z okolního vzduchu (při izobarickém ději). Je také označována jako mezní teplota adiabatického chlazení. Grafické znázornění v h-x diagramu je na obrázku 6.6. Teplota mokrého teploměru je také označována také t WB (wet bulb) Entalpie vlhkého vzduchu Výpočty stavů vlhkého vzduchu se s výhodou provádějí pro 1 kg suchého vzduchu, který obsahuje x kg vodní páry. Hmotnost suchého vzduchu je tedy při úpravách vlhkého vzduchu konstantní, mění se pouze hmotnost vodní páry - proto se měrná vlhkost vztahuje na 1 kg suchého vzduchu x (g/kg s.v. ). Totéž platí i pro entalpii. Entalpie směsi 1 kg suchého vzduchu a x kg vodní páry bude: h = h + x h (6.10) A V 42/92

43 Entalpie suchého vzduchu je násobkem měrné tepelné kapacity (při konstantní teplotě) a teploty (c A = J/kg.K; platí od -30 do 100 C). Při nulové teplotě je i entalpie suchého vzduchu také nulová: h = c t (6.11) A A Entalpie vodní páry je funkcí teploty a tlaku. Měrná tepelná kapacita vodní páry c V = J/kg.K. Pro běžné výpočty lze do teploty 100 C a tlaku par 10 kpa použít empirický vytah: h = l + c t = c t (6.12) 3 V V V kde l (J/kg) je výparné teplo vody. Po rozepsání: ( ) h = h + h = c t + x + c t (6.13) A V A V 6.4 Diagram vlhkého vzduchu (h-x) Pro znázorňování změn stavu vzduchu (při izobarických dějích) se používá mollierův h-x diagram (obrázek 6.6) 1 t m t DP Obrázek 6.6 Mollierův h-x diagram se zakreslením rosného bodu t DP a teploty mokrého teploměru t WB pro daný stav vzduchu 1 43/92

44 Základní osy diagramu (vyneseny pod úhlem 135 ): - entalpie h (kj/kg A ) - měrná vlhkost x (g/kg A ) - teplota t ( C) - relativní vlhkost ϕ (-) 6.5 Základní úpravy vlhkého vzduchu Ohřev vzduchu Při ohřevu se zvyšuje teplota vzduchu při konstantní měrné vlhkosti x = konst. Výchozí vztah pro výpočet výkonu výměníku je: Q = M & h = V & ρ h (6.14) oh Po rozepsání obdržíme vztah: ( ) Q = M& h = M& c t + x + c t (6.15) oh A A A V Protože x=0 (obrázek 6.7), je druhý člen nulový, a pro stanovení potřebného výkonu ohřívače lze použít vztah: Q = M& c t (6.16) oh A Chlazení vzduchu Chlazení vzduchu může být tzv. suché nebo mokré. Záleží na tom, jestli při tomto procesu dochází ke kondenzaci či nikoli. Suché chlazení: Probíhá v případech, kdy je povrchová teplota výměníku vyšší než teplota rosného bodu upravovaného vzduchu t pchl > t DP. Vzhledem k tomu, že x = 0, lze pro stanovení potřebného výkonu chladiče použít vztah Nutné je ovšem podotknout, že tento případ se v praxi vyskytuje jen vyjímečně. Je to dáno zdroji chladu, jež jsou konstruovány na teplotní spád chladicího okruhu 6/12 C. Střední povrchová teplota výměníku je potom t pchl = 9 C. Mokré chlazení: Dochází ke kondenzaci vodní páry obsažené v upravovaném vzduchu. Probíhá v případech, kdy je povrchová teplota výměníku nižší než teplota rosného bodu upravovaného vzduchu t pchl < t DP. Pro stanovení potřebného výkonu chladiče je třeba použít vztah /92

45 Obrázek 6.7 Průběh změny stavu vzduchu při ohřevu vzduchu Obrázek 6.8 Průběh změny stavu vzduchu při chlazení vzduchu 45/92

46 Dle vztahu 6.17 lze určit množství zkondenzované vody. M = M& x (6.17) W Vlhčení vzduchu Vlhčit vzduch lze párou nebo vodou. Směr změny stavu vzduchu při vlhčení párou probíhá za téměř konstantní teploty. Směr změny stavu vzduchu při vlhčení vodou probíhá téměř za konstantní entalpie. Měrná vlhkost vzduchu roste, teplota vzduchu během procesu klesá a případ lze v některých případech využít i k chlazení. Obrázek 6.9 Průběh změny stavu vzduchu při vlhčení vzduchu vodou a párou a značení chladiče ve schématech Mísení dvou a více různých stavů vzduchu Konečná teplota po smísení n různých stavů vzduchu o různých průtocích se stanoví dle směšovací rovnice: t sm t M + t M t M = = i n n i= 1 n M1 + M M n n t i= 1 M M i i (6.18) 46/92

47 a podobně platí i pro konečnou měrnou vlhkost: x sm x M + x M x M = = i n n i= 1 n M1 + M M n n x i= 1 M M i i (6.20) Odvlhčování Pro odvlhčení lze využít kombinace chladiče a ohřívače, nevýhodou je však vysoká spotřeba energie. Samostatná odvlhčovací zařízení využívají přímo chladivového oběhu, kde chladičem je výparník a ohřívačem kondenzátor. 6.6 Klimatizační a větrací systémy Na následujících obrázcích jsou schématicky zobrazeny jednotlivé systémy. Podle teplonosné látky je lze rozdělit na: - vzduchové, - vodní, - kombinované, - chladivové Obr Vzduchový jednokanálový systém (jednozónový) 47/92

48 Obr Vodní systém s ventilátorovými konvektory (fan-coil) Obr Kombinovaný systém vzduch/voda s indukčními jednotkami Obr Chladivový systém 48/92