ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov 125 ESB1. ESB1 - Harmonogram

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov 125 ESB1 prof.ing.karel Kabele,CSc ESB1 - Harmonogram Úvod,energetické výpočty Otopné plochy Otopné plochy Velkoplošné sálavé vytápění a chlazení Teplovzdušné vytápění Vytápění velkých prostorů Teplovodní otopné soustavy Regulace ve vytápění základní principy Vyvažování otopných soustav Čerpací technika ve vytápění Zdroje tepla pro vytápění Zdroje tepla pro vytápění Příprava teplé vody 125MOEB 2008/2009 prof.karel Kabele 2 (c) prof.karel Kabele 1

2 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) Energetické systémy Výroba, přenos a distribuce energií Vytápění Chlazení Větrání Příprava TV Elektrorozvody Umělé osvětlení (c) prof.karel Kabele 2

3 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 EN 832 Vyhláška MPO č.291/2001 sb energetický průkaz budovy EPDB energy performance building directive Matematické modelování Porovnání variant řešení Nestandardní řešení 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) (c) prof.karel Kabele 3

4 Vnější výpočtové parametry Co je to t e? Venkovní vnitřní teplota Průměrná teplota pěti za sebou následujících nejchladnějších dnů podle dlouhodobých pozorování -12 C, -15 C, C,-18 C Nad 400 m n.v. 3K Jsou-li pro lokalitu konkrétní údaje za 30 let, je možné je použít. Předběžný výpočet tepelné ztráty Obálková metoda Výpočet dle tepelné charakteristiky Qc = V q ( t i t 0 e ) (c) prof.karel Kabele 4

5 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 Q c Výpočet tepelné ztráty dle ČSN = Q p + Q V ( Qz ) k c Qo = S ( ti t e ) Q = Q ( + p + p + p ) p o p1 = 015, k c Q o = j = n j= 1 k j S j ( t i t e, j ) MRT [ C] Operative temperature typical winter we e k Prostup tepla h 05 06h 05 12h 05 18h 05 00h 05 06h 05 12h 05 18h 05 00h 05 06h 05 12h 05 18h 05 00h 05 06h 05 12h 05 18h 05 00h 05 06h 05 12h 05 18h 05 00h 05 06h 05 12h 05 18h 05 00h 05 06h 05 12h 05 18h 05 Daytime Tg Amb ient temp (c) prof.karel Kabele 5

6 Q c Výpočet tepelné ztráty dle ČSN = Q p + Q V ( Qz ) Větrání Q = V c ρ ( t t ) v i e V = 0,3až0,5 V místnosti nebo V = ( i l) B M 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 (c) prof.karel Kabele 6

7 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 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) (c) prof.karel Kabele 7

8 ČSN EN Veličiny Nové značky starých veličin: θ. teplota ( C) [théta] Φ tepelná ztráta, výkon (W) [velké fí] Nové veličiny: H součinitel tepelné ztráty (W/K) ψ lineární součinitel prostupu tepla (W/m.K) Q množství tepla (J) ČSN EN Veličiny Výsledná teplotaθo = aritmetický průměr teploty vnitřního vzduchu a průměrné teploty sálání. Výpočtová vnitřní teplotaθint = výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru Předpokládá se,že za běžných podmínek jsou obě teploty sobě rovné. (c) prof.karel Kabele 8

9 ČSN EN Klimatické údaje (NA) NA = národní příloha Začátek a konec otopné sezóny 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.. (c) prof.karel Kabele 9

10 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 ČSN EN Prostup tepla Φ = ( H + H + H + H ) ( θ θ ) T, i T, ie T, iue T, ig T, ij int, i e 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) (c) prof.karel Kabele 10

11 ČSN EN Prostup do exteriéru H = A U e + Ψ I e T, ie K K K i i i K I 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) ČSN EN Prostup do exteriéru H = A U e + Ψ I e T, ie K K K i i i K I 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 (c) prof.karel Kabele 11

12 Tepelné mosty? ČSN EN ISO Příklad tepelného mostu Nároží C1 Nároží C2 i...interní, oi celkové vnitřní, e externí ČSN EN ISO (c) prof.karel Kabele 12

13 ČSN EN Prostup do nevytápěného prostoru HT,iue = Ak Uk bu + Ψl ll bu k l b u redukční činitel (-) při známé θ : jinak: b u b u θ = θ int,i int,i iu + θ θ Hue = H H u e ue ČSN EN Prostup do zeminy HT,ig fg1 fg2 Ak Uequiv,k ) k = ( G 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. w (c) prof.karel Kabele 13

14 U equiv,k ČSN EN Prostup do zeminy 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) A g B = 0,5 P ČSN EN Prostup do zeminy U equiv, bf a b B betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) (c) prof.karel Kabele 14

15 ČSN EN Prostup do zeminy B U equiv, bf a b betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) ČSN EN Prostup do zeminy U (W/m2.K) U equiv, bw a U hodnota stěn (W/m2 K) (c) prof.karel Kabele 15

16 ČSN EN Prostup do/z vytápěného prostoru H T,ij = fi,j Ak U k k A (m 2 ) U (W/m 2.K) f ij redukční teplotní činitel fij θ = int,i θ vytápěného θ int,i sousedního prostoru θe ČSN EN Prostup tepla celkem Φ = ( H + H + H + H ) ( θ θ ) T, i T, ie T, iue T, ig T, ij int, i e 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) (c) prof.karel Kabele 16

17 ČSN EN Ztráta větráním Φ = H ( θ θ ) V, i V, i int, i e H = V& ρ c V, i i p H součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi výměna vzduchu (m 3 /s) Vmech,inf Vinf Vex Vsu Vinf Vmin Vmin Vinf (c) prof.karel Kabele 17

18 ČSN EN Ztráta větráním Přirozené větrání V& = max V&, V& ( inf, min, ) i i i Nucené větrání & i = V& inf, i + V& su, i. fvi + V& mech, inf, i V inf infiltrace min hygienické minimum su přiváděný vzduch mech,inf nuceně odváděný - přiváděný vzduch fvi teplotní redukční součinitel ČSN EN Infiltrace obvodovým pláštěm n50 & Vinf,i = 2. Vi. n50. ei. εi 50 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) (c) prof.karel Kabele 18

19 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 ČSN EN Větrací vzduch V min hygienické množství & min, i = V n min.v& i 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 (c) prof.karel Kabele 19

20 V sui ČSN EN Větrací vzduch sui množství přiváděného vzduchu (m 3 /h) (stanoví projektant VZD) vi teplotní redukční činitel f vi f v,i θ = θ int,i int,i θ θ su,i e θ su,i su,i teplota přiváděného vzduchu (např. předehřátého, nebo ze ZZT) V mech,inf ČSN EN Větrací vzduch mech,inf bilance množství vzduchu pro celou budovu (odváděný přiváděný vzduch) V & mech, inf ( V& ex V& 0) = max su, Pro místnosti rozdělení dle průvzdušnosti nebo dle objemů: V & mech,inf,i = V & mech,inf Vi ΣV i (c) prof.karel Kabele 20

21 ČSN EN Přerušované vytápění Podrobný výpočet Zjednodušený výpočet Φ RH, i = Ai f RH ΦRH zátopový tepelný výkon (W) A podlahová plocha (m 2 ) frh zátopový korekční činitel (W/m 2 ) NE pro akumulační vytápění. ČSN EN Přerušované vytápění Zátopový čas (h) Obytné budovy - útlum < 8h RH f W/m 2 Pokles teploty (K) 1 K 2 K 3 K Hm. vysoká Hm. vysoká Hm. vysoká (c) prof.karel Kabele 21

22 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 Φ V,i T,i návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V,i návrhová tepelná ztráta větráním (* pro budovu redukováno maximum) RH,i zátopový tepelný výkon při přerušovaném vytápění Φ RH,i ČSN EN Ztráta větráním pro celou budovu pro přirozené větrání: V & ( 0,5. V& inf, i, Vmin, ) i = max i pro nucené větrání s větrací soustavou: & + ( ) + i,5. V & inf,i 1 ηv. Vsu,i V & = 0 Vmech, inf,i ηv účinnost zařízení ZZT Pro návrh zdroje 24h průměr. (c) prof.karel Kabele 22

23 ČSN EN Zjednodušený výpočet Předpoklady: Obytné budovy n 50 < 3 h -1 Použití vnějších rozměrů Celková tepelná ztráta: Φ = Φ ( + Φ ) i T, i V, i. f θ, i f θ teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty (24 C) ČSN EN Zjednodušený výpočet Ztráta prostupem tepla Φ T,i Ztráta větráním = Σ f A U k k k k ( θ ) θ int,i ( ) Φ V,i = 0,34 V& min,i θ int,i θ e Celkový tepelný výkon V& min, i = n min V ΦHL = Σ ΦT,i + Σ ΦV,i + Σ ΦRH,i (W) i e (c) prof.karel Kabele 23

24 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. Φ ( ) Budovy 60 W/m 2 i = ΦT,i+ ΦV,i fh,i Celková tepelná ztráta upravena výškovým korekčním činitelem f h,i závisí na způsobu vytápění (sálavé, konvekční) a výšce vytápěných prostor. ČSN EN Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech f h,i výškový korekční činitel (c) prof.karel Kabele 24

25 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 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 θ a = 2. θ o -θ r Průmysl -proudění vzduchu >0,2 m/s θ ( B) r o = FB θa + 1 F θ θo výsledná teplota (c) prof.karel Kabele 25

26 Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN θ int,i A i V i C m² m³ Dílna Obytná místnost 20 36,9 92,3 Kuchyně 20 9,5 23,8 Ložnice ,9 27,3 Ložnice ,2 25,6 Ložnice ,5 26,3 Koupelna 24 4,6 11,5 Vstupní hala 20 7,9 19,6 Chodba 20 5,3 13,3 WC 20 1,7 4,1 Celkem Souhrn vytápěných místností Označení místnosti Návrhová vnitřní teplota Plocha místností Objem místností 110,6 272,9 Vzorový dům polovina rodinného dvojdomu, přízemí, podzemní podlaží společná západní stěna přízemí 0,5 m nad terénem Klimatická data Klimatické údaje Popis Označení Jednotka Hodnota Výpočtová venkovní teplota θ e C 10,0 Roční průměrná teplota vzduchu θ m,e C 12 Korekční činitelé vystavení klimatickým podmínkám e k a e l Orientace Vše Hodnota na jednotku 1 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 (c) prof.karel Kabele 26

27 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 Porovnání s ČSN přepočet vzorového výpočtu podle ČSN Porovnání tepelných ztrát podle ČSN a ČSN Tepelný výkon podle ČSN 12831:2003 Podrobný výpočet Prostup 6651 W Větrání - přirozené 1816 W Zátopový výkon 1438 W Celkem 9905 W Zjednodušený výpočet Prostup 7905 W Větrání - přirozené 1816 W Zátopový výkon 1438 W Celkem W Tepelná ztráta podle ČSN :1994 Prostup 6316 W Větrání - přirozené 1799 W Infiltrace - špatný postup 472 W Celkem 8115 W [W] Podrobný výpočet ČSN 12831, 2 - Zjednodušený výpočet ČSN 12831, 3 - Výpočet podle ČSN , Zátopový výkon Větrání - přirozené Prostup (c) prof.karel Kabele 27

28 ČSN EN Výpočet tepelného výkonu (c) prof.karel Kabele 28