PODROBNOSTI VÝPOČTU ENB. Miroslav Urban

Transkript

1 ENERGETICKÝ AUDIT BUDOV PODROBNOSTI VÝPOČTU ENB Miroslav Urban

2 VÝPOČET ENB ROČNÍ Č BILANCE SPOTŘEBY Ř ENERGIE BUDOVY ZOHLEDNĚNÍ VŠECH ROČNÍCH PROVOZNÍCH SATVŮ BUDOVY DYNAMICKÉ VNĚJŠÍ VLIVY - KLIMATICKÁ DATA PŘEDPOKLAD STANDARDIZOVANÉHO UŽÍVÁNÍ BUDOVY STATICKÉ VNITŘNÍ VLIVY - PROVOZNÍ ZATÍŽENÍ BUDOVY PŘEDPOKLÁDÁ SE DYNAMICKÉ CHOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ

3 PARAMETRY VÝPOČTU STAVEBNÍ ŘEŠENÍ Š Í OBJEKTU SYSTÉMOVÉ ŘEŠENÍ ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ ROČNÍ PROVOZ BUDOVY = APROXIMOVANÝ FYZIKÁLNÍ MODEL DYNAMICKÉ PARAMETRY (KLIMA DATA) STATICKÉ PARAMERY ZJEDNODUŠENÁ FORMA DYNAMICKÝCH PARAMETRŮ, Ů KTERÉ SE V PRŮBĚHU Ů Ě ROKU MĚNÍ

4 Vytápění Systém vytápění ě je zpohledu určení č jeho účinnosti nutné chápat jako celek, kde se odehrávají celkem tři procesy: výroba (transformace) energie určena zdrojem tepla, principem transformace primární energie distribuce ib energie určena č kvalitou distribuční ib č sítě ě a efektivitou dodávky do místa spotřeby sdílení (emise) energie určena systémovým řešením koncových prvků předání tepla, jejich umístění a jejich schopností reagovat na změny uvnitř vytápěného prostoru, Za předpokladu účinného systému regulace, určitý vliv regulace systémů je zohledněn

5 Model energetických systémů Vytápění teplovodní systémy, vytápění pomocí VZT VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ η H,gen η H,dis η H,em Příprava TV rozvod teplé vody, vč. č cirkulace ikl VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ η W,gen η W,dis η W,em Chlazení systémy strojního chlazení, chlazení VZT VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ η C,gen η C,dis η C,em

6 ČSN EN ISO E VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ Stanovení účinnosti výroby, distribuce a sdílení energie, vč. pomocné energie s ohledem na: Otopné soustavy Část t 2-1: 21 Sdílení í tepla pro vytápění ě (účinnost emise..) Část 2-3: Rozvody tepla pro vytápění (účinnost distribuce) Příprava TV Část 3-1: Soustavy teplé vody, charakteristiky potřeb (požadavky na odběr vody) d) (roční potřeba TV) Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody (účinnost distribuce) Část t 3-3: 33 Soustavy teplé vody, příprava (účinnost přípravy)

7 ČSN EN ISO Zdroje energie Část 4-1: Zdroje tepla pro vytápění, kotle (účinnost výroby) Část 4-3: Výroba tepla na vytápění, tepelné sluneční soustavy Část 4-4: 4: Výroba tepla na vytápění, kombinovaná výroba elektřiny a tepla integrovaná do budovy Část t 4-5: 45 Výroba tepla na vytápění, ě účinnost a vlastnosti ti dálkového vytápění a soustav o velkém objemu Část 4-6: Výroba tepla na vytápění, fotovoltaické systémy

8 Vytápění - účinnost sdílení energie S jakou účinností je pokryta potřeba tepla na vytápění v místnosti Resp. s jakou odezvou reaguje otopná plocha např. na změnu podmínek (vliv sluneční radiace, vliv osob apod.) η H,em,z =?

9 ČSN EN ISO (výpočet OT) Účinnost emise tepla (sdílení) η H, em,z [%] Stanovení η str1 η str2 η Ctr η em Proporcielní reg. na OT 2K 093 0,93 Měření není regulace na OT 0,8 70/55 0,93 Odhad 55/45 0,95 Výpočet Obvodová stěna 095 0,95 1 Obyčejné zasklení 0,83 η H,em,z = 0,88

10 ČSN EN ISO (výpočet VZT) Účinnost sdílení energie na vytápění u teplovzdušných systémů pro bytové objekty Charakteristika VZT systému VZT systém, kdy θ H,supp > θ i,supp (vyústka u vnější stěny) Způsob regulace η H,em,ahu [-] PI regulace jednotlivých místností 0,93 P regulace jednotlivé místnosti (1K) 0,92 Zónová P-regulace (1K) 0,90 Centrální regulace zdroje tepla a regulace teploty přiváděného vzduchu pomocí referenční místnosti 0,92 Pouze centrální regulace pro přívodně odvodní jednotku 0,88 DTTO pro nebytové η Systémové řešení Ovlivňující faktor H,em,ahu [-] - - Pokojová teplota 0,82 0,87 Dodatečný dohřev přiváděného řízeníí podle teploty přiv vzduchu 088 0, ,90 vzduchu Teplota odváděného vzduchu 0,81 0,85 indukční zařízení Pokojová teplota 0,89 0,93

11 Vytápění - účinnost distribuce energie Účinnost systému distribuce ib energie na vytápění ě η H,dis,z závisí áií (předpokládá se) na: stavu tepelné izolace rozvodů a délce rozvodů, hydraulickému vyvážení soustavy a nastavení odpovídajících průtoků distribučního media (vzduch, voda). Orientačně lze účinnost systému distribuce energie na vytápění z pohledu ztrát rozvodů za předpokladu správné hydroniky (průtoků vzduchu a zaregulování systému) otopné soustavy stanovit poměrem teoretických ztrát z rozvodů Q H,ls,dis spotřebou energie na vytápění Q H,nd a stanovit tak zjednodušeně účinnost distribuce energie

12 ČSN EN ISO výpočet distr Účinnost distribuce tepla η H, dis,z [%] podle ČSN EN (2008) (resp. DIN V (2005)) Ψ H,ls,dis je průměrný lineární součinitel prostupu tepla rozvodů [W/(m.K] L H,dis,z je délka rozvodů otopné soustavy [m] θ H,m je střední teplota otopného media [ C], θ i,j je teplota okolí pro příslušné části rozvodů vj-týčasový úsek [ C], t H,op je roční doba provozu systému vytápění [h], [],

13 ČSN EN ISO výpočet distr Část rozvodů otopné soustavy Ψ H,ls,dis [W/(m.K)] Horizontální rozvody Svislé stoupací rozvody Připojovací rozvody (V) (S) (A) Po ,20 0,30 0, až ,30 0,4 0,40 do ,40 0,40 0,40 Neizolované rozvody A 200m 2 1,00 1,00 1,00 500m 2 <A 500m 2 2,00 2,00 2,00 A 500m 2 3,00 3,00 3,00 Lineární součinitel prostupu tepla Ψ H,ahu,ls,dis [W/(m.K)] 0,45 0,85 0,85

14 Účinnost zdroje tepla Popisný údaj zdroje tepla účinnost výroby energie zdrojem η H,gen, [-] Stanovení Výpočtem výsledek vyjadřuje účinnost kotle při %ním zatížení RD kotel na tuhá paliva (biomasa) průměrný provoz charakterizuje výkonové zatížení cca 70%! Aproximace ročního provozu zdroje tepla obecně platí pro všechny zdroje Příklad výpočtu podle ČSN EN (2008) a DIN V (2005) A, B korekční faktory podle typu kotle a stáří [-] Q N jmenovitý výkon kotle [kw]

15 Účinnost zdroje tepla - kotel Typ kotle Zdroj tepla A H,sys [-] B H,sys [-] do ,0 3,0 Kotel na pevná paliva ,0 3,0 od ,0 3,0 Standardní plynový kotel do ,0 3,0 Plynový kotel ,0 3,0 od ,5 30 3,0 Kotel na biomasu třída 3 od třída 2 od třída 1 od Nízkoteplotní plynový kotel Plynový kotel do ,0 1, ,0 1,5 Průtokový ohřívač (11kW, 18kW a 24 kw) do do ,0 1,0 Kondenzační kotel ,5 1,0 od ,0 1,0 Kondenzační kotel od ,0

16 Účinnost zdroje tepla příklad - rodinný dům Standardní plynový kotel 20 kw η H,gen = 85 % ,6 6 MJ (VYT) 79,1 kwh/m 2 Třída B Nízkoteplotní plynový kotel 20 kw η H,gen = 90 % ,9 MJ (VYT) 75,3 kwh/m 2 Třída B Kondenzační kotel 20 kw η H,gen = 99 % ,1 MJ (VYT) 69,1 kwh/m 2 Třída B B B B

17 Účinnost zdroje tepla tepelné čerpadlo informativní hodnoty COP H,sys reprezentují průměrnou účinnost zdroje při částečném zatížení, pro výpočet se předpokládá konstantní hodnota Aproximace okrajových podmínek + využitelného výkonu TČ Tepelné čerpadlo principu země - voda (pohon elektřina) Primární teplota -5 C 0 C 5 C -5 C 0 C 5 C Výstupní teplota ~ 35 C 50 C θ H,supp Relativní topný výkon 0,88 1,00 1,12 0,85 0,98 1,09 COP H,sys [-] 37 3,7 43 4,3 49 4,9 26 2,6 30 3,0 34 3,4

18 ČSN EN ISO aplikace Výpočetní postupy obsažené v balíku ČSN EN ISO Ve zjednodušené podobě obsahuje Metodická příručka MPO pro výpočet ENB Pomocné výpočty budou obsahovat v základní podobě výpočetní nástroje pro výpočet ENB Odborná literatura

19 Problematika přípravy teplé vody Příprava TV - důležitá část pro celkové hodnocení a vytvoření modelu budovy, pokud je potřeba.

20 Příklad NE bytový dům Stavební řešení š í budovy Obvodový plášť kombinuje železobeton, keramické tvárnice Tloušťka tepelné izolace > 160 mm ČSN Tepelná ochrana budov Tepelně technické vlastnosti splňují DOPORUČENÉ požadavky Energetický štítek obálky budovy CI = 0,53 třída B - úsporná

21 Příklad dům sekce E (NED) Energetické systémy Energetické VYTÁPĚNÍ systémy Ě objektu Objektová předávací stanice pro vytápění a přípravu TV 30 kw Teplovodní OS 75/55 C s ekvitermní regulací, podlahové a nástěnné konvektory, otopná tělesa VĚTRÁNÍ Větrací jednotka - řízené větrání v bytech Účinnost ZZT 65% Přívod čerstvého vzduchu podlahovými konvektory OHŘEV TV Kombinace průtočného ohřevu v PS doplněného zásobníkem, spotřeba TV 665 m 3 /rok Zdroj tepla objektová PS OSVĚTLENÍ příkon osvětlovací soustavy není znám standardizovaná hodnota 4,4 kwh/m 2 (1,3 kwh/m 2 )

22 Příklad dům sekce E (NED) hodnocení ENB Roční spotřeba energie Vytápění Příprava TV Osvětlení Pomocná energie 8% 7% 36% 49% Spotřeba energie na přípravu TV ROZHODUJÍCÍ

23 Energetické náročnost budovy Spotřeba energie energetické náročnost budovy VYTÁPĚNÍ typ zdroje tepla, řešení soustavy CHLAZENÍ systémové řešení výroby a distribuce chladu KLIMATIZACE (VLHČENÍ) způsob úpravy parametrů vnitřního prostředí (technologie) PŘÍPRAVA TV dodaná energie OSVĚTLENÍ osvětlovací soustava OZE KVET TV VYT OZE

24 Dodaná energie na přípravu TV Roční č dodaná d energie na přípravu teplé vody Q fuel,w Q Wdiszj W,dis,z,j je potřeba energie dodané do distribučního systému přípravy p teplé vody Q W,nd,z,j je potřeba energie na přípravu teplé vody v z-té zóně v j-tém časovém úseku

25 Spotřeba energie na přípravu TV ZÁKLADNÍ POPIS SYSTÉMU Definovat zdroj tepla, systémové řešení Přiřazení zdroje tepla pro přípravu TV PŘÍPRAVA TV - PŘÍMÉ ČÍSELNÉ VSTUPY Účinnost distribučního ib č systému přípravy TV (%) Účinnost systému přípravy TV (%) Množství TV na základě referenční potřeby (m 3 /rok) Teplota teplé vody (ve zdroji přípravy) ( C) POMOCNÁ ENERGIE PŘÍMÝ ČÍSELNÝ VSTUP příkonu a typ OBĚHOVÝCH ČERPADEL

26 Spotřeba energie na přípravu TV ROČNÍ SPOTŘEBA TV [m3/rok] Normové hodnoty? ČSN Tepelné soustavy v budovách - Příprava teplé vody EN Tepelné soustavy v budovách DIN V energetická náročnost přípravy TV Směrná čísla roční potřeby studené vody Vyhláška 428/2001 Sb. - Příloha 12 Optimalizační studie předpokládáaného provozu objektu Měřené odběry Výpočet spotřeby analýza provozu ROČNÍ SPOTŘEBA TV [m3/rok] Podložený obhajitelný a technický správný údaj

27 Účinnost systému přípravy TV EN tepelné soustavy v budovách (část 3) Q fuel,w VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ Í Část 3-1: Soustavy teplé vody, charakteristiky potřeb (požadavky na odběr vody) (roční potřeba TV) Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody (účinnost distribuce) ib Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava (účinnost přípravy)

28 Roční spotřeba TV Stavby pro bydlení podle ČSN EN Byt A>27 m 2 denní spotřeba TV Byt A>14 m 2 a <27 m2 Byt 150 m2 Byt 75 m2 denní spotřeba TV/byt = 80,3 l/(byt.den) roční spotřeba TV/byt = 28 m3/(byt.rok) denní spotřeba TV/byt = 153 l/(byt.den) roční spotřeba TV/byt = 53 m3/(byt.rok) x je konstanta, uvažuje se 39,5 l/den, y je konstanta, uvažuje se 90,2 l/den, z je konstanta, uvažuje se 1,49 l/(m 2.den).

29 Roční spotřeba TV Měrné spotřeby teplé vody pro nebytové budovy V W,f,z,j podle ČSN EN Typ budovy V W,f,z,j [l/(mj.den)] Měrná jednotka Zdravotnická zařízení (bez prádelny) 56 l/(mj.den) lůžko Zdravotnická zařízení (s prádelnou) 88 l/(mj.den) lůžko Stravovací zařízení (samoobslužné) 4 l/(mj.den) host Stravovací zařízení (s obsluhou) 10 l/(mj.den) host Hotel 1*-4* (bez prádelny) l/(mj.den) lůžko Hotel 1* - 4* (s prádelnou) l/(mj.den) lůžko Sportovní zařízení í 101 l/(mj.den) sprcha

30 Roční spotřeba TV energie Zjednodušeně lze potřebu energie pro přípravu teplé vody v příslušné z-té zóně za den Q W,nd,z,d v GJ stanovit podle DIN V Typ zóny q W,nd,f,z,d [kwh/(mj.den)] q W,nd,A,z,d [kwh/(m 2.den)] Administrativní budova 0,4 kwh na osobu a den 30 Wh/(m 2.d) Nemocnice - lůžka 8 kwh na osobu a den 530 Wh/(m 2.d) Škola 0,5 kwh na osobu a den 170 Wh/(m 2.d) Budovy pro obchod 1 kwh na zam. a den 10 Wh/(m 2.d) Výrobní provozy, dílny (šatny) 1,5 kwh na zam. a den 75 Wh/(m 2.d) Hotel (b (ubytovna) 1,5 kwh na lůžko a den 190 Wh/(m 2.d) Hotel (standard ***) 4,5 kwh na lůžko a den 450 Wh/(m 2.d) Hotel (vyšší standard ****) 7 kwh na lůžko a den 580 Wh/(m 2.d) Restaurace, stravování 1,5 kwh na místo a den 1250 Wh/(m 2.d) Sportovní zařízení (sprchy) 1,5 kwh na místo a den -

31 Mechanické větrání vzduchotechnika Použití VZT jednotky s ZZT průměrnou roční hodnotu účinnosti zpětného získávání tepla. V podkladech výrobců - uvedena návrhová hodnota odpovídající maximálnímu zatížení energetického systému, která je vzhledem k průměrnému ročnímu provozu o 10-15% nižší. Systém zpětného získávání tepla η H,hr,sys [-] Deskový výměník 0,5 Křížový deskový výměník 0,65 Křížový kompaktní deskový výměník 0,7 Rotační výměník (sorpční) 0,7

32 Princip chlazení budovy Strojní chlazení distribuční rozvod chladu výparník zdroj chladu - chladící jednotka - kondenzátor zisky koncový spotřebič chladu obsluhovaný prostor tepelné zisky chlazení kondenzátoru Distribuční medium: chladící voda - teplotní spád 6/12; 18/25 C, pozn. nutný odvod kondenzátu z koncového spotřebiče, v závislosti na potřebě odvlhčení vzduchu vzduch - klimatizace samotné chladivo - chladivové systémy, přímé výparníky roztoky soli - nemrznoucí směs pro t < 0 C

33 Příklad strojního chlazení Systém chlazení pokrývající í potřebu chladu v budově ě se skládá z několika částí: zdroje chladu rozvodu chladu hld k jednotlivým jd liý koncovým zařízením í koncových odběrných zařízení zařízení chladící kondenzátor zdroje chladu okruh distribučního media okruh chladiva okruh chladící vody

34 Strojní chlazení Model pro výpočet celkové dodané energie do budovy je analogií k vytápění Odlišné okrajové podmínky pro výpočet parametry účinností - př. Emise, distribuce Účinnost výroby chladů závislá na systémovém řešení (EER + PLV (iplv)) η C,em,z [-] η C,dis,z [-] Studená voda 6/12 C (např. fancoil s ventilátorem) 0,81 0,9 Studená voda 8/14 C (např. fancoil s ventilátorem) 0,91 0,9 Studená voda 14/18 C (např. fancoil s ventilátorem, 1 1 indukční jednotky) Studená voda 16/18 C (např. chladící strop) 1 1 Studená voda 18/20 C (např. chladící strop) 1 1

35 DĚKUJI ZA POZORNOST Miroslav Urban