Teorie Prof. Ig. Karel KABELE, CSc., Ig. Miroslav URBAN, PhD., Ig. Daiel ADAMOVSKÝ, PhD., Ig. Michal KABRHEL, PhD. ČVUT v Praze, Fakulta stavebí, Katedra techických zařízeí budov Eergetická áročost budov a vzduchotechika Eergy Performace of Buildigs ad HVAC Recezet Ig. Zdeěk Lerl Hodoceí eergetické áročosti budov e v současosti založeo a pricipech, požadovaých směricí 91/2002 ES o eergetické áročosti budov (EPBD), která požadue do hodoceí budovy zahrout ročí potřebu eergie a vytápěí, chlazeí, větráí, osvětleí a přípravu teplé vody. Příspěvek popisue geezi implemetace směrice EPDB v České republice a metodiku výpočtu eergetické áročosti se zaměřeím a problematiku vzduchotechických zařízeí a větráí budov s ohledem a požadavky vyhlášky 148/2007 Sb. a dostupých techických ormách v době vziku. Klíčová slova: simulačí programy ESP-r, TRNSYS, eergetická áročost budovy, Národí kalkulačí ástro The assessmet of the eergy performace (demad) of buildigs is curretly established o priciples required by Directive 91/2002 ES o Eergy Performace of Buildigs (EPBD), which requires to iclude the aual demad for the eergy for heatig, coolig, vetilatio, lightig ad preparatio of hot water i the assessmet of the buildig. The geesis of the implemetatio of the EPDB i the Czech Republic ad the methodology of the calculatio of the eergy demad focused o the problems of HVAC equipmet ad buildig vetilatio is described i the article. Key words: eergy performace of buildigs, eergy cosumptio for heatig ÚVOD Saha o popis předpokládaého eergetického chováí budov ve smyslu předvídáí spotřeby eergie budovou se datue do počátků stavitelství v regioech, kde bylo uté budovy vytápět. Každého uživatele vždy zaímalo, kolik paliva si má připravit a zimu, každého stavitele pak zaímalo, ak velký prostor pro uskladěí paliva má v budově vyčleit. S rozvoem techologií v budovách se k potřebě eergie a vytápěí přidala eergie a chlazeí, přípravu teplé vody i osvětleí. Bylo vyviuto moho metod, které více či méě přesě tyto potřeby počítaly meume apříklad deostupňovou metodu pro výpočet eergie a vytápěí ebo edoduché výpočty dle měré potřeby tepla pro typické obekty. Tyto metody sou vcelku bezpečé pro účely ávrhu témů, kdy úda o ročí potřebě eergie a vytápěí ebo chlazeí e podkladem pro edáí s dodavatelem eergie, případě pro staoveí velikosti úložiště paliva v budově. Tyto metody sou však prakticky epoužitelé v okamžiku, kdy chceme mezi sebou porovat více alterativích řešeí edotlivých prvků budovy, které potřebu a spotřebu eergie ovlivňuí. Důvodem e malá citlivost těchto metod a změu vstupích parametrů a eprovázaost eergetických potřeb budovy s dodaou eergií. Chceme-li tak staovit očekávaou potřebu eergie dodaé do budovy a rozlišit růzé zdroe, způsob regulace, astaveí parametrů vitřího prostředí ebo způsob využíváí obovitelých zdroů eergie, musíme provést komplexí výpočet, který umoží tyto vlivy zohledit. Do 80. let miulého století se datuí počátky rozvoe metod počítačové simulace eergetického chováí budov, kdy tehdy a sálových počítačích vzikaly prví pokusy o detailěší popis budovy a eích techických témů s cílem vypočítat spotřebu eergie a průběhy parametrů vitřího prostředí budov za daých klimatických podmíek. Přes počátečí euforii a od té doby pokrok ve výpočetí techice elze do dešího de považovat za ukočeý vývo softwarových ástroů pro modelováí eergetického chováí budov. K evyviutěším ástroům v této oblasti patří simulačí programy ESP-r, TRNSYS, EergyPlus, IDA a další, které v podstatě a obdobém pricipu výpočtu řeší komplexí modelováí a simulaci eergetického chováí budovy a témů techických zařízeí budov. Tyto ástroe sou ve svém základím provedeí postavey pro modelováí eširšího spektra problémů od tepelě-techického řešeí stavebích prvků přes modely témů techických zařízeí budov po komplexí modely budov. Tato uiverzálost e vykoupea poměrě áročým způsobem formulace problémů a tvorby modelu, což předpokládá u uživatele edak hlubokou zalost fyzikálí podstaty problému, edak schopost abstraktího myšleí při tvorbě modelu a vede k užíváí především a specializovaých pracovištích při uiverzitách a kozultačích firmách. ZÁKLADNÍ POŽADAVKY Evropská komise ve saze zvýšit hospodáré využití eergie v budovách vydala iž mohokrát citovaou směrici 91/2002/ES, v íž se mimo ié požadue, aby v edotlivých čleských státech byla vytvořea legislativě podpořeá metodika pro hodoceí budov a základě celkové dodaé eergie do obektu. Tato metodika má zohledňovat ee stavebí řešeí obektu, ale i řešeí edotlivých eergetických témů ako e vytápěí, chlazeí, klimatizace, příprava teplé vody, větráí a umělé osvětleí. Doposud byly budovy hodocey podle legislativích a ormových požadavků pouze metodou zohledňuící měrou potřebu tepla a vytápěí obektu, kdy ediým faktorem, který ovlivňoval výsledé hodoceí, byly tepelě- -techické vlastosti budovy. Eergetickou áročost budovy však ovlivňuí všechy témy podíleící se a spotřebě a výrobě eergie. Uvedeé požadavky směrice 91/2002/ES se promítly v ČR do zákoa č. 406/2000 Sb. o hospodařeí eergií, v eho pozděších zěích, a do prováděcí vyhlášky k tomuto zákou č.148/2007 Sb. o eergetické áročosti budov. Základím hodotícím ukazatelem ENB e podle požadavků Směrice celková ročí dodaá eergie, která e chápáa ako možství eergie dodaé do budovy, včetě eergie vyrobeé v budově obovitelými zdroi eergie a spotřebovaé v budově. Celková dodaá eergie tak představue potřebu eergie pro vytápěí, chlazeí, vzduchotechiku, přípravu teplé vody, osvětleí a provoz zařízeí zaišuící provoz edotlivých témů, tz. souhr eergetických potřeb zahruící účiosti techických zařízeí a ztráty při trasportu a potřeby eergie a provoz zařízeí. Jedotým požadovaým výstupem e průkaz eergetické áročosti, který e tvoře protokolem obsahuícím textový popis a hodoceí budovy a témů TZB a grafickým zázorěím průkazu eergetické áročosti budovy ve formě štítku. Kromě zatříděí avrhovaého řešeí budovy e možé v průkazu eergetické áročosti vyhodotit i důsledek eergeticky úsporého opatřeí. 131
VÝCHOZÍ PODMÍNKY PRO VÝPOČET Pricip výpočtu dodaé eergie respektue základí schéma toku eergie, kdy dodaá eergie e trasformováa ve zdroi eergetického tému. Výstup eergie ze zdroe e dodává do distribučího tému budovy a distribučí tém předává eergii do edotlivých témů sdíleí eergie v růzých zóách budovy. Dodaá eergie pro pokrytí potřeb užitečé eergie pro zaištěí vytápěí, chlazeí, větráí, osvětleí a přípravu teplé vody v předepsaém možství a kvalitě zahrue účiosti techických zařízeí použitých v eergetických témech budovy, ztráty vziklé v těchto témech, pomocou eergii a respektue využitelé zisky. Celková dodaá eergie e staovea ako součet edotlivých potřeb eergií pro každou zóu za časový iterval (hodia/de/měsíc). Celková potřeba dodaé eergie EP představue krytí edotlivých potřeb eergie růzými istalovaými eergetickými témy v budově, které sou ve výpočtu defiováy přímo typem ebo sekudárě techologií přeměy primárí eergie dodaé do budovy (zemí ply, elektřia) a příslušou eergii potřebou v budově a účiosti této trasformace. Postup výpočtu pro hodoceí eergetické áročosti budovy e založe a pricipu zóového modelu budovy, eergetických zdroů (apř. kotely, zdroe chladu, solárí kolektory, kogeeračí edotky) a edotlivých eergetických témů otopá soustava, rozvod chladu, vzduchotechická zařízeí, příprava teplé vody a osvětleí. Budovu z hlediska výpočtu celkové dodaé eergie EP elze považovat za homogeí celek. Celková dodaá eergie do budovy e součet edotlivých potřeb, které se vyskytuí pouze v části obektu a eich výši určuí okraové podmíky daé části budovy. Z tohoto důvodu e budova ako celek čleěa do edotlivých částí zó, pro které se ásledě staovue celková dodaá eergie a základě specifických potřeb v těchto zóách. Zóy se avzáem odlišuí svoí fukcí, specifiky provozu a vitřími podmíkami. Ze způsobu využití vyplývaí ároky, které vytvářeí požadavky defiuící stadardizovaé užíváí budovy/zóy pro potřeby staoveí eergetické áročosti budovy. Na každou zóu působí věší a vitří vlivy, které vyvolávaí potřebu dodávky eergie a vytápěí, větráí, chlazeí a/ebo vlhčeí (e-li v obektu požadováo). Věší vlivy působící a zóu sou dáy sytetickými klimatickými daty, vygeerovaými pro účely tohoto výpočtu a základím požadavkem a rozděleí výpočtu do dílčích -tých časových úseků, které představue měsíc, ebo přesěi hodia. Výhodou hodiového kroku výpočtu e potřeba rozlišeí časového úseku během de, kdy e obekt v plém provozím režimu, v režimu útlumu, včetě provozí charakteristiky edotlivých eergetických témů. Zatříděí budovy do příslušé třídy eergetické áročosti, zázorěé v průkazu ENB, e dáo celkovou ročí měrou dodaou eergií udávaou ako EP A v kwh/(m 2.rok). V případě vypovídaící měré hodoty eergie vztažeé a měrou edotku užité plochy obektu podle této metodiky hovoříme o měré potřebě dodaé eergie do budovy, která zahrue ak celkovou potřebu eergie, tak účiost s akou e tato potřeba eergie kryta a pomocou eergii, kterou spotřebovávaí edotlivé eergetické témy zaišuící krytí této potřeby. Eergie dodaá do budovy e úda, který má být prostým hodotícím měřítkem, prostředkem pro zařazeí budovy do třídy eergetické áročosti v rozsahu A-G. Toto ozačeí asě hodotí budovu a ivestorovi laikovi e srozumitelé. VÝPOČET, VÝPOČETNÍ PROSTŘEDKY Z důvodu komplikovaosti výpočtu e ezbytá algoritmizace popsaého problému, který vychází ze základích cyklů ve výpočtu, tz. počtu edotlivých opakováí ve výpočetím algoritmu, která sou dáa a základě: multizóovosti budovy (každá budova může mít ěkolik zó, kdy pro kterou e třeba provést samostatý výpočet), variability eergetických témů, které mohou vzáemě zásobovat libovolou skladbu zó, 132 periodicity opakováí cyklu (části výpočtu) v závislosti a časovém kroku, v kterém e výpočet provádě (v poslouposti: hodia de měsíc). V současé době sou dostupé dvě variaty prostředků pro výpočet. Prví skupiu zastupue pilotí volě šiřitelá výpočetí pomůcka NKN Národí kalkulačí ástro. NKN byl vytvoře a katedře techických zařízeí budov, fakulty stavebí ČVUT v Praze a e stále rozvíe. Výpočetí ástro NKN e vytvoře ako pilotí pomůcka pro výpočet eergetické áročosti budov ve smyslu zpracováí průkazu eergetické áročosti budov ve formě protokolu průkazu ENB a grafického zázorěí průkazu ENB. Výpočetí ástro NKN ověřue správou iterakci mezi avrhovaými výpočtovými kroky, které v této kombiaci dosud ebyly použity, ověřue podmíkové vazby mezi edotlivými kroky ve výpočtu, e řeše ako otevřeý s možostí zobrazeí všech vazeb a vztahů ve výpočtovém algoritmu. Jeho používáí e zdarma a stažeí e po registraci možé a webovém portálu věuícímu se této problematice a adrese http://tzb.fsv.cvut.cz/proects/k/. Druhou skupiu zastupue komerčí výpočetí software. V současé době se edá o komerčí software ENB firmy Protech Nový Bor a software Eergie 2008 firmy Svoboda Software. Volba výpočetího prostředku e a uživateli. Každý výpočetí prostředek má vlastí specifika, styl práce. Nicméě přístup k výpočtu ze stray uživatele by měl být vždy zodpovědý a s vědomím, že e to o uživatel, kdo z evětší části zodpovídá za výsledek výpočtu. Věrohodost výsledků záleží ikoliv a výpočetím ástroi, který e v tomto smyslu pouze vyadřovací prostředek pro vytvořeý model budovy, ale a zadávaých vstupech a kvalitě tohoto výpočetího modelu. V případě modelu budovy pak rozhodue především odborá způsobilost, zkušeosti a také zodpovědost zadávaící osoby, která může výsledek egativě ovlivit. ENERGETICKÉ SYSTÉMY BUDOVY VZDUCHOTECHNIKA Do celkového hodoceí v současé době spolu s ostatími eergetickými témy také vstupuí témy vzduchotechiky, klimatizace. Výsledá potřeba eergie fuel závisí a podobě typu skladby eergetických témů budovy a účiosti užití eergie prostředictvím sdíleí, distribuce a přeměy dodaé primárí eergie, která e trasformováa a eergii s cílem krytí kokrétí potřeby eergie d. Směr výpočtu e potom opačý ež vlastí tok eergie. Výpočet začíá potřebou eergie daé zóy, a kočí staoveím potřeby eergie daého eergetického tému. Celková ročí dodaá eergie do budovy EP se při bilačím výpočtu staoví ako součet edotlivých vypočteých dílčích dodaých eergií pro všechy časové úseky v roce a pro všechy hodoceé zóy budovy, která se staoví z obecého vztahu EP fuel, tot EPH + EPC + EPF + EPW + EPL EPPV EPCHP (1) kde fuel,tot e celková ročí dodaá eergie obsažeá v eergoositelích zásobuících budovu, [GJ], EP H e ročí dodaá eergie a vytápěí, včetě pomocé eergie a provoz vytápěcího zařízeí [GJ], EP C e ročí dodaá eergie a chlazeí, včetě pomocé eergie a provoz chladicího zařízeí [GJ], EP F e ročí dodaá eergie a mechaické větráí a úpravu vlhkosti větracího vzduchu, včetě pomocé eergie a mechaické větráí a úpravu vlhkosti větracího vzduchu [GJ], EP L e ročí dodaá eergie a osvětleí [GJ], EP W e ročí dodaá eergie a přípravu teplé vody, včetě pomocé eergie a provoz zařízeí a přípravu teplé vody [GJ], EP PV e ročí produkce eergie fotovoltaickým témem [GJ], EP CHP e ročí produkce eergie témem kombiovaé výroby elektřiy a tepla [GJ]. Ročí dodaá eergie a vytápěí a ohřev větracího vzduchu Ročí dodaá eergie a vytápěí, včetě ročí dodaé pomocé eergie při vytápěí budovy EP H se staoví podle vztahu
EPH fuel, H + aux, H (2) kde fuel,h e ročí dodaá eergie a vytápěí [GJ], aux,h e ročí dodaá pomocá eergie tému vytápěí [GJ], zahruící potřebu eergie oběhových čerpadel a témů měřeí a regulace. Výpočet potřeby eergie a vytápěí, H,d, která zahrue veškeré tepelé toky, se provádí podle ČSN EN ISO 13790 s měsíčím ebo hodiovým časovým krokem výpočtu. Vliv eergetických témů, především témů vzduchotechiky e zohledě íže uvedeým výpočetím pricipem. Norma připouští možost popsat distribuci eergie a vytápěí vytápěcím zařízeím (teplovodí otopá soustava, elektrické přímotopy) a/ebo vzduchotechickým zařízeím (apř. teplovzdušé větráí ebo teplovzdušé vytápěí). Vzduchotechické zařízeí obsluhovaých prostor zó e ve výpočtu začleěo ako popis a způsob krytí potřeby eergie a vytápěí a chlazeí. Do budovy e a eí témovou hraici dodáváa dílčí eergie a vytápěí fuel,h (3). Primárí dodaá eergie e přeměěa ve zdroi i (3) a ásledě rozvedea (4) do edotlivých zó z (5). Zdroem pro přeměu eergie a tepelou pro vytápěí e apříklad tepelé čerpadlo, plyový kotel ebo předávací staice apoeá a CZT. Výstup eergie ze zdroe H,dis,z, (4) e dodává do distribučího tému budovy. Distribučí tém předává eergii H,ahu,z, prostředictvím VZT témů do z-té zóy. Ročí dodaá eergie a vytápěí fuel,h se staoví podle vztahu, kde platí vztah fuel, H 1 1 z 1 f H, dis, z, H, z, η H, kde H,dis,z, e dodaá eergie do distribučího tému vytápěí v -tém časovém úseku pro z-tou zóu [GJ], f H,z, e podíl dodaé eergie do z-té zóy připadaící a příslušý zdro tepla [ ], η H, e celková účiost výroby eergie příslušým zdroem tepla [ ]. Výpočet umožňue popsat distribuci eergie a vytápěí vytápěcím zařízeím (teplovodí otopá soustava, elektrické přímotopy) a/ebo vzduchotechickým zařízeím (apř. teplovzdušé větráí ebo teplovzdušé vytápěí). Pokud e do z-té zóy dodáváa eergie a vytápěí témem vytápěí a vzduchotechickým zařízeím, potom se dodaá eergie a vytápěí do distribučího tému H,dis,z, staoví podle vztahu + (4) H, dis, z, H, heat, z, H, ahu, z, H, sc, z, kde H,heat,z, e eergie a vytápěí dodávaá do vytápěé z-té zóy v -tém časovém úseku teplovodím témem [GJ], H,ahu,z, e eergie a vytápěí dodávaá do vytápěé z-té zóy v -tém časovém úseku témem vzduchotechiky [GJ], H,sc,z, e eergie vyrobeá prostředictvím tému solárích kolektorů pro vytápěí z-té zóy v -tém časovém úseku [GJ]. Eergie a vytápěí H,heat,z, dodávaá do vytápěé zóy teplovodím témem se staoví podle vztahu H, heat, z, ( 1 ) H, d, z, fh, ahu, zfahu, (5) ηh, em, zη H, dis, z kde f H,ahu,z e podíl potřeby eergie a vytápěí dodávaý do zóy témem vzduchotechiky [ ], f ahu, e časový podíl spuštěého tému mechaického větráí [ ], staoví se ako podíl z posuzovaého časového úseku, η H,em,z e účiost sdíleí tepla mezi vytápěou z-tou zóou a témem sdíleí tepla do z-té zóy [ ], η H,dis,z e účiost tému distribuce eergie a vytápěí do z-té zóy [ ]. Obr. 1 Základí pricip staoveí dílčí dodaé eergie a vytápěí (3) Eergie a vytápěí H,ahu,z, dodávaá do vytápěé zóy témem vzduchotechiky se staoví podle základího vztahu H, d, z, fh, ahu, z fahu, H, ahu, (6) ηh, ahu, em, z η H, ahu, dis, z kde η H,ahu,em,z e účiost sdíleí eergie a vytápěí mezi vytápěou z-tou zóou a distribučími elemety tému vzduchotechiky podíleícími se a vytápěí z-té zóy [ ], η H,ahu,dis,z e účiost tému distribuce eergie a vytápěí do z-té zóy témem vzduchotechiky [ ], H,d,z, e potřeba eergie a vytápěí v -tém časovém úseku a v z-té zóě, která se staoví a základě ČSN EN ISO 13 790, H,RH+,z, e potřeba eergie a dohřev vzduchu v případě vodího vlhčeí v -tém časovém úseku a v z-té zóě [GJ]. Pokud tém vzduchotechiky zaišue ohřev vzduchu, pak se eergie dodaá do tému vzduchotechiky H,ahu,z, započítává do dodaé eergie a vytápěí. Systém vzduchotechiky e defiová obemovým tokem čerstvého vzduchu, celkovým obemovým tokem větracího vzduchu, účiostí zařízeí pro zpěté získáváí tepla a teplotou přiváděého vzduchu. Pokud tém vzduchotechiky zaišue ohřev vzduchu, pak se eergie dodaá do tému vzduchotechiky započítává do eergie a vytápěí. Systém vzduchotechiky e defiová obemovým tokem čerstvého vzduchu, celkovým obemovým tokem větracího vzduchu, účiostí zařízeí pro zpěté získáváí tepla a teplotou přiváděého vzduchu. Tyto údae sou uvedey v proektové dokumetaci, případě se určí výpočtem z podílu pokrytí potřeby eergie a vytápěí vytápěcím zařízeím a vzduchotechickým zařízeím. Na základě těchto parametrů se eergie dodaá do tému vzduchotechiky H,ahu,z, potřebá a ohřev přiváděého vzduchu do z-té zóy v -tém časovém úseku, staoví v závislosti a obemovém průtoku vzduchu, měré tepelé kapacitě a rozdílu teplot vzduchu podle vztahu ( ) 36, 10 6 H t (7) H, ahu, z, H, ahu, z, H,sup, z, e, kde H,ahu,z, e eergie dodaá do tému vzduchotechiky [GJ], H H,ahu,z, e měrý tepelý tok připadaící a tém vzduchotechiky v režimu vytápěí v z-té zóě v -tém časovém úseku [W/K], H,sup,z, e průměrá teplota vzduchu přiváděého do z-té zóy témem vzduchotechiky v režimu vytápěí v -tém časovém úseku [ C] ve výpočetím ástroi NKN se rozdíl teploty přiváděého vzduchu ku teplotě iteriéru staovue ve vztahu k obemovému možství přiváděého vzduchu do zóy, e, e průměrá vekoví teplota v -tém časovém úseku [ C], t e délka časového úseku [h]. Měrý tepelý tok připadaící a tém vzduchotechiky v režimu vytápěí H H,ahu,z, se staoví pro: 133
pro případy, kdy platí V H,ahu,z >V v,z HH, ahu, ρ a ca VH, ahu, z, H,sup, z, i, z, H,sup, z, e, [( f ) V V + 1 H, rc, z H, ahu, z, V, z, ]( 1 ηh, hr, ) i, z, e, H,sup, z, e, (8) pro ostatí případy H ρ c V H, ahu, z, a a H, ahu, z, H,sup, z, i, z, H,sup, z, e, kde ρ a e hustota vzduchu [kg/m 3 ], c a e měrá tepelá kapacita vzduchu [J/(kg.K)], č H,i,z, e ávrhová vitří teplota vzduchu v z-té zóě v režimu vytápěí v -tém časovém úseku [ C], f H,rc,z, e čiitel recirkulace vzduchu v z-té zóě v -tém časovém úseku [ ], možství cirkulačího vzduchu musí odpovídat hygieickým požadavkům a výměu vzduchu, ç H,hr, e účiost zpětého získáváí tepla v příslušém tému vzduchotechiky [ ], V v,z, e obemový tok přiváděého čerstvého vzduchu do z-té zóy v -tém časovém úseku [m 3 /s], V H,ahu,z, e obemový tok přiváděého vzduchu potřebého k pokrytí částečé, ebo plé potřeby eergie a vytápěí v z-té zóě a -tém časovém úseku [m 3 /s], který se staoví podle vztahu V H, ahu, z, H, d, z, fh, ahu, z fahu, 277, 810 3 c t ρ (,sup,,,, ) H z i z i (9) (10) Pro použití výpočetího postupu musí být splěy podmíky, že čiitel cirkulace musí split vztah f H, rc, z, V V V H, ahu, z, V, z, H, ahu, z, (11) a zároveň hodota dodaé eergie tému vzduchotechiky H,ahu,z, musí split podmíku proti eodůvoděému poklesu teploty a vytápěí. f f (12) H, ahu, z, H, d, z, H, ahu, z ahu, Ročí dodaá eergie a chlazeí Výpočet potřeby eergie a chlazeí, H,d, která zahrue veškeré tepelé toky, se provádí podle ČSN EN ISO 13790 s měsíčím ebo elépe s hodiovým časovým krokem výpočtu. Vliv eergetických témů, především témů vzduchotechiky, e zohledě íže uvedeým výpočetím pricipem. Vzduchotechické zařízeí obsluhovaých prostor zó e ve výpočtu začleěo ako popis a způsob krytí potřeby eergie a vytápěí a chlazeí. Do budovy e a eí témovou hraici dodáváa dílčí eergie a chlazeí fuel,c (14). Primárí dodaá eergie e přeměěa ve zdroi i (14) a ásledě rozvedea aalogicky s rovicí (4) do edotlivých zó z aalogicky s rovicí (5). Zdroem chladu může být kompresorová edotka, ebo absorpčí zdro chladu. Výstup eergie ze zdroe C,dis,z, aalogicky s rovicí (4) e dodává do distribučího tému budovy. Distribučí tém předává eergii C,ahu,z, prostředictvím VZT témů do z-té zóy. Ročí dodaá eergie a chlazeí, včetě ročí dodaé pomocé eergie při chlazeí budovy EP C, se staoví aalogicky ako EP H podle vztahu EPC fuel, C + aux, C (13) kde fuel,c e ročí dodaá eergie a chlazeí [GJ] staoveá podle DIN V 18599 7, aux,c e ročí dodaá pomocá eergie tému chlazeí [GJ], která reprezetue potřebu eergie oběhových čerpadel a témů měřeí a regulace. Ročí dodaá eergie a chlazeí fuel,c se staoví ako součet dodaé eergie a chlazeí ve všech z-tých zóách vyrobeé ve všech eergetických témech fuel,c, za -tý časový úsek. Ročí dodaá eergie a chlazeí fuel,c se staoví podle vztahu 12 1, 1 1 C, dis, z, fc,, z + 1+ er fr,, z ηc, ge, EERC, 1 1 (14) fuel C kde C,dis,z, e dodaá eergie do distribučího tému chlazeí v -tém časovém úseku pro z-tou zóu [GJ], f C,,z e podíl dodaé eergie do z-té zóy připadaící a příslušý zdro chladu [ ], EER C, e poměr mezi průměrým chladícím výkoem a příkoem elektrické, ebo tepelé eergie příslušého zdroe chladu [ ], pro absorpčí chlazeí e parametr zače ako EER H,,e r, e specifický součiitel odběru elektřiy vetilátoru závislý a typu zpětého chlazeí [ ], f r, e středí součiitel provozu zpětého chlazeí [ ], η C,ge, e celková účiost výroby eergie v příslušém zdroi chladu [ ]. Dále e postup výpočtu aalogický, ako u výše popsaého výpočetího postupu pro tepelou eergii dodaou do zóy prostředictvím VZT tému. Ročí dodaá eergie a zvlhčováí Ročí dodaá eergie a zvlhčováí vitřího vzduchu fuel,rh+ se staoví ako součet dodaé eergie ve všech z-tých zóách za -tý časový úsek pro příslušý tém zvlhčováí. Výpočetí postup rozlišue zvlhčováí a základě použitého pricipu zvlhčováí, kdy pro vlhčeí: a) parou platí vztah RH +, dis, z, frh +,, fuel, RH + z 1 η (15) 1 1 RH +, ge, b) vodou platí vztah RH +, dis, z, frh +,, fuel, RH + H, RH + z η (16) 1 1 1 RH +, ge, kde H,RH+,z, e potřeba eergie a dohřev vzduchu v případě vodího vlhčeí v -tém časovém úseku a v z-té zóě [GJ], f RH+,, e podíl z dodaé eergie připadaící a příslušý zdro úpravy vlhkosti pro zvlhčováí vitřího vzduchu v -tém časovém úseku [ ], η RH+,ge, e účiost příslušého zdroe úpravy vlhkosti pro zvlhčováí vitřího vzduchu [ ], RH+,dis,z, e eergie dodaá do distribučího tému úpravy vlhkosti pro zvlhčováí vitřího vzduchu pro z-tou zóu v -tém časovém úseku [GJ], která se staoví ako RH +, dis, z, η RH +, d, z, RH +, dis, (17) kde η RH+,dis, e účiost tému distribuce vlhkosti příslušého tému úpravy vlhkosti pro zvlhčováí vitřího vzduchu [ ], RH+,d,z, e potřeba eergie a zvlhčováí v -tém časovém úseku v z-té zóě [GJ]. Jak e patré ze vztahů (18) a (19), v případě vodího a parího vlhčeí, e pro zedodušeí výpočetího algoritmu uvažová steý postup výpočtu. Výpočet ročí dodaé eergie a zvlhčováí vychází z postupu uvedeého v DIN V 18599-7. Pomocá eergie pro mechaické větráí Ročí dodaá pomocá eergie a mechaické větráí aux,f představue eergii potřebou a provoz tému mechaického větráí. Staoví se 134
ako součet dodaé pomocé eergie pro příslušý tém pro z-tou zóu za -tý časový úsek podle vztahu aux, F 36, 10 6 fahu,, ff, ctl,, PF, p, + 1 fahu,, PF, ar, t (18) 1 1 kde f ahu,, e časový podíl provozu příslušého tému mechaického větráí v -tém časovém úseku [ ], f F,ctl,, e váhový čiitel regulace vetilátorů příslušého tému mechaického větráí v -tém časovém úseku [ ], pro vetilátory s plyulou změou otáček se uvažue f F,ctl,, 0,4, t e délka -tého časového úseku [h], P F,p, e istalovaý elektrický příko vetilátorů [W], P F,ar,,z e istalovaý příko ostatích částí tému mechaického větráí redukovaý v závislosti a provozu zařízeí [W], tato hodota představue příko témů zpětého získáváí tepla, vlhkosti, vlhčeí, příko regulace a ovládáí tému VZT, apod. Istalovaý elektrický příko vetilátorů příslušého tému mechaického větráí P F,p, se staoví podle vztahu ( ) P e max V, V (19) F, p, ahu, v, z ahu, kde V v,z e evyšší obemový tok větracího vzduchu v případě mechaického větráí pro příslušý tém mechaického větráí [m 3 /s], V ahu, e evyšší obemový tok větracího vzduchu v případě mechaického větráí pro příslušý tém mechaického větráí [m 3 /s], e ahu, e měrá potřeba elektřiy vetilátory příslušého tému mechaického větráí [W.s/m 3 ], staoveá podle DIN V 18599-3 a DIN V 18599-7, iformativí hodoty uvedey v tab. 2. Tab. 2 Měrá potřeba elektřiy vetilátory tému mechaického větráí e ahu, Typ vetilátoru e ahu, [W.s/m 3 ] Tlaková diferece vetilátoru (při 60% zatížeí) Δp ahu,tot (60%) [Pa] Odvodí vetilátor 1250 750 Přívodí vetilátor (VZT edotka ohřev) 1600 960 Přívodí vetilátor (klimatizačí edotka) 2000 1200 Příko ostatích částí tému mechaického větráí P F,ar,,z (hodota představue apř. poho výměíku zpětého získáváí tepla, apod.) lze staovit podle DIN V 18599-7 v závislosti a témovém řešeí. Pro epřímé zpěté získáváí tepla (kapalia vzduch) se příko oběhových čerpadel pro provoz tému staoví podle vztahu ( ) P e max V, V (20) F, ar,, z ahu, hr, v, z ahu, kde e ahu,hr, e měrá potřeba elektřiy čerpadel epřímého získáváí tepla příslušého tému mechaického větráí [W.s/m 3 ], která se podle DIV V 18599 7 staoví, viz tab. 3. Tab. 3 Měrá potřeba elektřiy čerpadel tému epřímého získáváí tepla e ahu,hr, Typ čerpadla e ahu,hr, [W.h/m 3 ] Bez regulace otáček čerpadla 8,30 10-6 S regulací otáček čerpadla 4,16 10-6 Pro rotačí výměíky zpětého získáváí tepla se příko pohou oběžého kola P F,ar,,z staoví podle tab. 4. Tab. 4 Příko pohou oběžého kola rotačího výměíku P F,ar,,z Maximálí obemový průtok vzduchu V v,z [m 3 /h] P F,ar,,z [W] do 7500 m 3 /h 90 > 7500 m 3 /h do 25 000 m 3 /h 180 > 25 000 m 3 /h do 65 000 m 3 /h 370 ad 65 000 m 3 /h 750 Pro čerpadla tému zvlhčováí se příko P F,ar,,z staoví ako PF, ar,, z Vv, z erh +, frh +,, ctl (21) kde V v,z e evyšší obemový tok větracího vzduchu v případě mechaického větráí pro z-tou zóu [m 3 /s], e RH+, e měrá potřeba elektřiy čerpadel epřímého získáváí tepla příslušého tému mechaického větráí [W.s/m 3 ], která se staoví podle tab. 5, f RH+, e korekčí faktor regulace tému vlhčeí [ ]. Tab. 5 Parametry pro staoveí příkou čerpadel vodího vlhčeí Typ vlhčeí Regulace vlhčeí e RH+, < 6 g/kg > 6 g/kg f RH+, f RH+, Vodí vlhčeí pouze skrápěí 2,78 10-6 1 1 Vodí vlhčeí cirkulace eí 5,55 10-5 1 1 (oběh) P-regulace 5,55 10-5 0,35 0,50 vytápěí a tému chlazeí. Z důvodu rozsahu a zaměřeí čláku především a tém vzduchotechiky esou dále reflektováy. Pozámka ke zvoleému kroku výpočtu V případě použití měsíčího kroku výpočtu, e ezbyté ěkteré parametry uvedeé ve výše uvedeých rovicích modifikovat pro potřeby měsíčího kroku výpočtu podle ČSN EN ISO 13790. Při použití měsíčího kroku výpočtu, především při výpočtu dodaé eergie a vytápěí a chlazeí, elze použít hodoty pro parametry č H a č C. Hodoty pro vitří výpočtovou teplotu pro vytápěí č H, a chlazeí č C e v tomto případě ezbyté modifikovat ako průměrou měsíčí hodotu těchto parametrů podle ČSN EN 13790 a základě předpokládaého časového rozložeí. Ostatí parametry relevatí pro výpočet s měsíčím krokem e možé použít pro teto výpočet v souladu s ČSN EN ISO 13790. KLIMATICKÁ DATA PRO VÝPOČET V čláku prezetovaý výpočetí postup e urče pro výpočet provedeý v defiovaé délce časového kroku. Výpočet eergetické áročosti se v souladu s platými ormami provádí v hodiovém kroku ebo měsíčím kroku výpočtu. Z důvodu utosti srovatelého porováí budov, které sou primárě avrhováy a daé klimatické podmíky v místě stavby, musí tomuto požadavku odpovídat edotá klimatická data. V případě výpočetího ástroe NKN zpracovaého pro aplikaci árodí metodiky výpočtu eergetické áročosti budov bylo použito hodiového časového kroku a referečích dů, reprezetuících edotlivé měsíce roku pro čtyři klimatické oblasti ČR. Klimatické oblasti geograficky odpovídaí tzv. teplotím oblastem podle ČSN 730540-3, příloha H1. Pro každou klimatickou oblast byl vytvoře soubor dvaácti sytetických referečích dů s hodiovým průběhem teplot, kdy každý z dů reprezetue ede měsíc. Při tvorbě datového souboru popisuícího průběh teploty vekovího vzduchu se vycházelo z průměrých měsíčích hodiových hodot se zohleděím deí amplitudy. Hodoty itezity sluečího zářeí a měré vlhkosti byly pro teto účel uvažováy shodé pro všechy čtyři teplotí oblasti. Průměré hodoty pro 12 typických dů byly staovey a základě iterpolace údaů obsažeých v příslušých referečích dech k daým čty- 135
řem klimatickým oblastem. Při tvorbě datového souboru se vycházelo z klimatických dat TM2 (TRN 16 Climate Database) ásleduících lokalit: oblast1 Praha, oblast2 Ostrava Poruba, oblast3 Churáňov, oblast 4 oblast se řadí do horských oblastí, ke kterým ebyla dostupá klimatická data v průběhu celého roku. Proto byla provedea výšková iterpolace, kdy výsledá korekce teploty vzhledem k oblasti č. 3 e vyšší o 0,5 C (ČSN 730540 3). Zdroová data sou ve formě hodiových údaů teplot po celý rok, což celkem čií 8760 hodot. Vlastí klimatická data pro metodiku byla zpracováa ve formě typického de, každý měsíc reprezetová edím typickým dem. Pro zimí teploty e typický de průměrem všech edotlivých teplot v měsíci v daém časovém úseku. Pro letí období bylo uté zohledit zvýšeou teplotu v letích měsících, která bývá výrazě vyšší ež pouhá průměrá hodota. Pro měsíce červe srpe byla teplota určea a základě průměrých hodot, ale se zohleděím amplitudy teploty v letím období. Použití metody hodiového kroku a referečích dů bylo testováo a validováo porováím s výsledky dyamického simulačího výpočtu v ESP-r s klimatickými daty určeými pro teto typ výpočtu (IWEC). Pro výpočet s měsíčím krokem výpočtu budou zachováy podmíky pro určeí klimatické oblasti, ak e uvedeo v úvodu. Pro výpočet celkové dodaé eergie do budovy s měsíčím krokem výpočtu e uté použít klimatická data určeá pro teto účel. Klimatická data pro potřeby metodiky bilačího výpočtu eergetické áročosti budov pro měsíčí krok výpočtu lze staovit podle ČSN 730540 3, ebo průměré měsíčí hodoty lze odvodit z vážeého průměru a základě aměřeých dat, apř. ČHMÚ. ZÁVĚR Úspora eergie představue poem, který e globálě vímá z růzých úhlů pohledu a s tím souviseí také růzé způsoby eí kvatifikace a klasifikace. Popsaým způsobem hodoceí budovy vyádřeím eí eergetické áročosti podle všeobecě platého a přiímaého postupu lze dosáhout v globálím měřítku asého porovatelého hodoceí. Na základě uvedeých souvislostí e zřemé, že techická zařízeí budov, resp. všechy eergetické témy budov, hraí stále výzaměší roli v provozí eergetické áročosti budov. Soubor eergetických témů zaišue požadovaý provoz budovy a úroveň eího vitřího prostředí. Eergetické témy v budovách v současé době vyžaduí co možá eužší iterakci s vitřími podmíkami, vitřím provozem a věšími vlivy, které přímo i epřímo ovlivňuí provoz obektu ebo eho součástí. Uvedeý výpočetí postup představue zedodušeý matematický model použitelý pro eširší spektrum budov se témy mechaického větráí a klimatizace. V případě, že budova obsahue specifické témové řešeí, uvedeý obecý matematický model umožňue adaptaci tohoto postupu. Uvedeý výpočetí model si eklade za cíl kokurovat dyamickým matematickým modelům určeým pro detailí simulace provozích stavů budov. Uvedeý matematický model, resp. eho prezetovaá část, slouží pro základí rámcový výpočet celkové ročí dodaé eergie pro potřeby uvedeých legislativích předpisů. Poděkováí: Příspěvek vzikl v rámci výzkumého záměru CEZ MSM 6840770003 Kotakt a autory ; miroslav.urba@fsv.cvut.cz Použité zdroe: [1] Směrice 2002/91/ES, o eergetické áročosti budov (EPBD). [2] Vyhláška MPO ČR č. 148/2007 Sb., o eergetické áročosti budov. [3] Záko č. 406/2000 Sb., o hospodařeí eergií ve zěí pozděších předpisů. [4] ČSN EN ISO 13790 Eergetická áročost budov Výpočet spotřeby eergie a vytápěí a chlazeí [5] Eergetische Bewertug vo Gebäude Berechug des Nutz-, Ed ud Primäreergiebedarfs für Heizug, Kühlug, Lüftug, Trikwarmwasser ud Beleuchtug Teil 3: Nutzeergiebedarf für die eergetische Luftaufbereitug, platost v Německu od 2005. [6] Eergetische Bewertug vo Gebäude Berechug des Nutz-, Ed- ud Primäreergiebedarfs für Heizug, Kühlug, Lüftug, Trikwarmwasser ud Beleuchtug Teil 7: Edeergiebedarf vo Raumlufttechik- ud Klimakälteteme für de Nichtwohugsbau, platost v Německu od 2005. [7] Kabele, K., Urba, M., Adamovský, D., KabrhelL, M. Národí kalkulačí ástro NKN [počítačová aplikace]. Ver. 2.066 Praha, 2010. Dostupé z <http://tzb.fsv.cvut.cz/proects/k>. Výpočetí ástro pro staoveí eergetické áročosti budov, 61 MB. [8] Kabele, K., Urba, M., Adamovský, D., Kabrhel, M. Eergetická áročost budov v souvislostech s platou legislativou ČR. 1. vyd., Praha, ABF akladatelství ARCH, 2008, 144s., ISBN 978-80-86905-45-7. [9] Urba, M., Svoboda, Z., Kabale, K., Kabrhel, M., Adamovský, D. Metodika bilačího výpočtu eergetické áročosti budov. Miisterstvo průmyslu a obchodu 2008. Směrice o celkové eergetické účiosti budov schválea Směrice EU 2002/91/EG o celkové eergetické účiosti budov (Eergy Performace of Buildigs Directive EPBD) byly schválea 16. prosice 2009. Při tom se vychází z toho, že musí být staovey miimálí ároky čleských států a celkovou eergetickou účiost ových a stávaících budov, pro které vystaveí eergetických průkazů přiáší veškerou péči a zavádí pravidelé ispekce kotlů pro vytápěí a klimatizačích zařízeí v budovách. Nové předpisy budou platit pro soukromé budovy od roku 2021, pro veřeé budovy od roku 2023. Spotřeba eergie se musí sížit proti stávaící o 90 %, což odpovídá tzv. Stadardu blízkému ule a ovostavby přitom emusí být budovami s ulovou eergií. Stávaící potřeba tepla či chladu se v podstatě pokrye regeerativí eergií. Kdo to zaplatí? Čleským státům ukládá ová směrice vedeí katalogu opatřeí, který uvádí i způsob fiacováí. Komise EU roku 2020 oceí opatřeí a zveřeí možosti ve světle dodatečých prostředků. Regulace bude ukočea roku 2023. Ekologické orgaizace kritizuí opatřeí ako široce edostatečá. Pro stávaící budovy esou uvedey žádé zdroe fiacováí reovací a cílů účiosti. Zvláště e omeze paušálí příspěvek pro staré budovy pod 1 000 m 2,kterésousměricí podhodocey. Nově vytvořeá směrice defiue poprvé a v evropském měřítku stadard ulové eergie. Doposud mělo pouze ěkolik málo států defiici ízké eergie, plus eergie ebo budovy bez CO 2. Nová defiice podporue ízkou eergetickou spotřebu a využíváí regeerativích eergií. CCI 14/2009 (AB) * Uspořit 60 % CO 2 Spotřeba eergie v budovách e po celém světě zodpovědá za cca 40 % emisí CO 2. Do roku 2050 mohou být tyto emise o 60 % redukováy. Tím by bylo v budovách zhruba tolik CO 2 ušetřeo ako v oblasti dopravy. To sou výzamé výsledky studie Eergy Efficiecy i Buildigs (Eergetická účiost v budovách) vypracovaé Světovou obchodí radou pro udržitelý rozvo (WBCSD), zveřeěou kocem duba 2009 v Žeevě. CCI 07/2009 (Ku) 136