ČVUT FSv K125 ESB /2009

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov 125 ESB1 prof.ing.karel Kabele,CSc 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 Podklady pro navrhování OS - energetické výpočty Stanovení potřebného výkonu tepelné ztráty [kw] Předběžný výpočet ČSN O60210 Výpočet tepelných ztrát při ústředním vytápění ČSN EN 12831 Tepelné soustavy. Stanovení tepelného příkonu Stanovení roční potřeby energie [kwh, GJ] Denostupňová metoda EN 832 Vyhláška MPO č.291/2001 sb. 1.1. 2002 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) 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. (c) prof.karel Kabele 1

28 23 18 13 8 3-2 -7-12 ČVUT FSv K125 ESB-1 2008/2009 Předběžný výpočet tepelné ztráty Obálková metoda Výpočet dle tepelné charakteristiky Qc = V q ( t i t 0 e ) ČSN O60210 Výpočet tepelných ztrát při ústředním vytápění JE určena pro dimenzování otopných soustav UT při nepřerušovaném vytápění stanovení tepelné charakteristiky budovy dle ČSN 730540 NENÍ určena pro výpočet tepelných ztrát prostorů vytápěných sálavými plochami výpočet potřeby tepla pro úpravu vzduchu pro klimatizaci Q c Výpočet tepelné ztráty dle ČSN060210 = Q p + Q V ( Qz ) k c Qo = S ( ti te) Q c Výpočet tepelné ztráty dle ČSN060210 = Q p + Q V ( Qz ) Větrání Qp = Qo ( 1 + p 1 + p 2 + p 3 ) p1 = 015, k c Q = V c ρ ( t t ) Q v i e Q o = j = n j= 1 k S j j ( t i t e, j ) MRT [ C] Operative temperature typical winter week V = 0,3až0,5 V místnosti nebo V = ( i l) B M Prostup tepla 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 00h05 06h05 12h05 18h05 Daytime Tg Ambient temp 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 ČSN EN 12831 - 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 (c) prof.karel Kabele 2

ČSN EN 12831 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) ČSN EN 12831 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) velké fí] ČSN EN 12831 - Veličiny Výsledná teplota Θo = aritmetický průměr teploty vnitřního vzduchu a průměrné teploty sálání. Výpočtová vnitřní teplota Θint = výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru ČSN EN 12831 - Klimatické údaje (NA) NA = národní příloha Začátek a konec otopné sezóny Předpokládá se,že za běžných podmínek jsou obě teploty sobě rovné. ČSN EN 12831 - Výpočtová vnitřní teplota (NA) Výpočtová vnitřní teplota θ int,i = výsledná teplota ve středu prostoru ve výšce 0,6-1,6m ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát Celková návrhová tepelná ztráta (W) Φ i = Φ Ti T,i + Φ V,i Vi Vyplývá z požadavku na zajištění tepelné pohody.. ΦT,i.. návrhová tepelná ztráta prostupem tepla ΦV,i..návrhová tepelná ztráta větráním (c) prof.karel Kabele 3

ČSN EN 12831 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) ČSN EN 12831 Prostup do exteriéru H T, ie= AK U K ek+ Ψ i Ii ei K stavební část I lineární tepelný most A plocha (m 2 ) U součinitel it 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 12831 Prostup do exteriéru H = A U e + Ψ I e Tie, K K K i i i K I Tepelné mosty? stavební část lineární tepelný most ψ součinitel lineárního tepelného mostu (W/m.K) ČSN EN ISO 14683 zjednodušeně ČSN EN ISO 10211-2 podrobný výpočet I délka lineárního mostu (m) e korekční činitel vystavení povětrnosti ČSN EN ISO 14683 Nároží C1 Příklad tepelného mostu Nároží C2 i...interní, oi celkové vnitřní, e externí ČSN EN 12831 Prostup do nevytápěného prostoru HT,iue = Ak Uk bu+ Ψl ll bu k l b u redukční činitel (-) při známé θ : jinak: b u θ = θ int,i int,i θ u θ Hue bu = H H iu + e ue ČSN EN ISO 14683 (c) prof.karel Kabele 4

ČSN EN 12831 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) w U equiv,k ČSN EN 12831 Prostup do zeminy equiv,k -určí se v závislosti na U stavební části a charakteristickém parametru B. (ČSN EN ISO 13370) A g B = 0,5 P A g plocha podlahové konstrukce (m2) P.obvod podlahové konstrukce k (m) U equiv,k ekvivalentní součinitel prostupu tepla stanovený dle typu podlahy. ČSN EN 12831 Prostup do zeminy ČSN EN 12831 Prostup do zeminy U equiv, bf U equiv, bf a b B betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) a b B betonová podlaha (tepelně neizolovaná) B hodnota (m) ČSN EN 12831 Prostup do zeminy ČSN EN 12831 Prostup do/z vytápěného prostoru H T,ij = k fi,j Ak Uk U (W/m2.K) U equiv, bw fij θ = int,i θ A (m 2 ) U (W/m 2.K) f ij redukční teplotní činitel vytápěného sousedního prostoru θ int,i θe a U hodnota stěn (W/m2 K) (c) prof.karel Kabele 5

ČSN EN 12831 Prostup tepla celkem Φ = ( H + H + H + H ) ( θ θ ) Ti, Tie, Tiue, Tig, Tij, 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) ČSN EN 12831 Ztráta větráním Φ = H ( θ θ ) Vi, Vi, int, i e H = V& ρ c V, i H součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi výměna vzduchu (m 3 /s) i p Vinf Vmin Vinf Vmech,inf Vex Vsu Vinf Vmin ČSN EN 12831 Ztráta větráním Přirozené větrání V& = max V&, V& ( inf, min, ) i i i Nucené větrání V & i = V& inf, i + V& su, i. fvi + V& mech, inf, i inf infiltrace min hygienické minimum su přiváděný vzduch mech,inf nuceně odváděný - přiváděný vzduch fvi teplotní redukční součinitel ČSN EN 12831 Infiltrace obvodovým pláštěm & Vinf,i = 2. Vi. n50. ei. εi n50 intenzita výměny vzduchu za hodinu při rozdílu tlaků 50 Pa 2 n50 je pro celou budovu tzn. nejhorší případ je vstup vzduchu pouze z jedné strany ei stínící činitel (stínění prostoru zástavbou) εi výškový korekční činitel (vliv výškového umístění středu prostoru) ČSN EN 12831 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 0 10 m 1,0 > 10 30 m 1,2 > 30 m 1,5 ε (c) prof.karel Kabele 6

ČSN EN 12831 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 V sui ČSN EN 12831 Větrací vzduch sui množství přiváděného vzduchu (m 3 /h) (stanoví projektant VZD) vi teplotní redukční činitel f vi θ su,i f v,i θ = θ θ int,i θ su,i int,i su,i teplota přiváděného vzduchu (např. předehřátého, nebo ze ZZT) e V mech,inf ČSN EN 12831 Větrací vzduch mech,inf bilance množství vzduchu pro celou budovu (odváděný přiváděný vzduch) V& mech, inf = max ( V& ex V& su,, 0 ) Pro místnosti rozdělení dle průvzdušnosti nebo dle objemů: Vi V & mech,inf,i = V & mech,inf ΣV i ČSN EN 12831 Přerušované vytápění Podrobný výpočet Zjednodušený výpočet Φ RH, i = Ai f RH ΦRH zátopový p ý tepelný výkon (W) A podlahová plocha (m 2 ) frh zátopový korekční činitel (W/m 2 ) NE pro akumulační vytápění. ČSN EN 12831 Přerušované vytápění Zátopový čas (h) RH f W/m 2 Pokles teploty (K) 1 K 2 K 3 K Hm. vysoká Hm. vysoká Hm. vysoká 1 11 22 45 2 6 11 22 3 4 9 16 4 2 7 13 Obytné budovy - útlum < 8h ČSN EN 12831 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 T,i Φ V,i Φ HL = Σ Φ T,i + Σ Φ V,i + Σ Φ RH,i (W) 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 (c) prof.karel Kabele 7

ČSN EN 12831 Ztráta větráním pro celou budovu pro přirozené větrání: V & i = max ( 0,5. V & inf, i, Vmin, 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. ČSN EN 12831 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 Δθ, i f Δθ teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty (24 C) ČSN EN 12831 Zjednodušený výpočet Ztráta prostupem tepla Φ T,i Ztráta větráním = Σ f A U k k k k ( θ ) θ int,i & ( ) Φ Vi V,i =0,34 034V Vmini min,i θ int,i inti θ e Celkový tepelný výkon V& min, i = n min Vi ΦHL = Σ ΦT,i + Σ ΦV,i + Σ ΦRH,i (W) e ČSN EN 12831 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Vysoké a rozlehlé prostory Prostory s výškou >5m uvažuje se teplotní vertikální gradient zvýšení tepelných ztrát střechou. Φ ( Ti Vi ) hi 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 12831 Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech f h,i výškový korekční činitel ČSN EN 12831 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 (c) prof.karel Kabele 8

ČSN EN 12831 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 θa = 2. θo- θr Průmysl -proudění vzduchu >0,2 m/s θ ( B) r o = FB θa + 1 F θ θo výsledná teplota Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Souhrn vytápěných místností Označení místnosti Návrhová vnitřní teplota Plocha místností Objem místností θ int,i A i V i C m² m³ Dílna 20 13 29 Obytná místnost 20 36,9 92,3 Kuchyně 20 9,5 23,8 Ložnice 1 20 10,9 27,3 Ložnice 2 20 10,2 25,6 Ložnice 3 20 10,5 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 110,6 272,9 Vzorový dům polovina rodinného dvojdomu, přízemí, podzemní podlaží společná západní stěna přízemí 0,5 m nad terénem Klimatické údaje Klimatická data Popis Označení Jednotka Hodnota Výpočtová venkovní teplota θ C 10,0 e Roční průměrná teplota vzduchu θ C 12 m,e Korekční činitelé vystavení klimatickým podmínkám e k a e l Hodnota na Orientace jednotku Vš e 1 Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Schéma půdorysu přízemí Základní konstrukce Schéma řezu Základní konstrukce obvodová zeď U k = 0,433 Wm 2.K strop U k = 0,469 Wm 2.K výplně otvorů U 21 k = 2,1 Wm 2.K podlaha U k = 0,48 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 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 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 ČSN EN 12831 Výpočet tepelného výkonu Porovnání tepelných ztrát podle ČSN 12831 a ČSN 060210 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 11159 W Tepelná ztráta podle ČSN 060210:1994 Prostup 6316 W Větrání - přirozené 1799 W Infiltrace - špatný postup 472 W Celkem 8115 W [W] 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Zátopový výkon Větrání - přirozené Prostup 1 2 3 1 - Podrobný výpočet ČSN 12831, 2 - Zjednodušený výpočet ČSN 12831, 3 - Výpočet podle ČSN 060210, (c) prof.karel Kabele 9

Roční průběh potřebného výkonu Roční potřeba tepla na vytápění Denostupňová metoda ε = e e e η η i t d o r 24 Q c ε D Qr = t t i e ei -nesoučasnost infiltrace a prostupu (0,8-0,9) et -snížení teploty během dne (0,8 7) ed -zkrácení doby s vyt. přestávkami (0,8 1) nr -účinnost rozvodů (0,95 0,98) no -účinnost obsluhy (0,9 1) D = ( t t ) d I E ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Návrh a konstrukce otopných ploch Základní typy otopných ploch Otopná tělesa desková článková ocelová článková litinová článková hliníková trubková trubková - koupelnová Konvektory teplovodní Otopná tělesa elektrická přímotopná Sálavé panely a pasy Podlahové vytápění teplovodní Podlahové vytápění elektrické Stěnové vytápění Desková Trubková Typy otopných těles Typy otopných těles Litinová článková (c) prof.karel Kabele 10

Volba typu těles Proudění vzduchu v místnosti Účel místnosti Prostor Tepelná ztráta Materiál těles Napojení Kotvení Typy otopných těles Konvektory podlahové (ventilátor) soklové stěnové Návrh otopných těles Klasický návrh Určení teplotního spádu na tělese Návrh zohledňující v plné míře tepelnou pohodu uživatele Navržení tělesa pod okno v jeho plné délce (kompenzace chladných padajících proudů) tw1/tw2 LOT LOK Kompenzace "chladného" sálání okna a chladných Přednostní umístění tělesa padajících proudů určením pod okno v jeho 80% délce střední teploty tělesa LOT = 0,8.LOK Pokrytí tepelné ztráty QOT Q HOT.(tOT - ti) HOK.(tI - tok) => tot Volba teplotního spádu na tělese s respektováním vypočtené střední teploty tělesa tot t w1/t w2 Pokrytí tepelné ztráty volbou výšky a hloubky tělesa QOT Q (Bašta, www.tzbinfo.cz) Přepočet výkonu tělesa Při změně teploty otopné vody se mění výkon je aritmeticky určený rozdíl teplot a Faktory ovlivňující výkon tělesa Napojení na OS n je teplotní exponent tělesa [-] podlahová otopná plocha n = 1,10 desková otopná tělesa n = 1,26 až 1,33 trubková koupelnová otopná tělesa n = 1,20 až 1,30 tělesa podle DIN 4703 n = 1,30 konvektory n = 1,30 až 1,50 100% 95% 110% 87% Zakrytí 100% 100% 90% 85% (c) prof.karel Kabele 11

Otopná tělesa elektrická přímotopné infrazářiče radiátory konvektory, teplovzdušné éj jednotky sálavé plochy panely závěsy folie topné kabely akumulační kamna statická dynamická Hybridní topné kabely Sálavé vytápění Využita obvykle konstrukce ohraničující vytápěný prostor. Povrchová teplota je omezena hygienicky: Strop 40-45 C (80%) Podlaha 25-30 C (55%) Stěny 55-60 60 C (65%) Nízkoteplotní t í systémy vhodné pro spojení s nízkopotenciálními energetickými zdroji (solární systémy, tepelná čerpadla,..) Konstrukční uspořádání otopné plochy: zabudovaná do stavební konstrukce samostatná Sálavé panely a pasy Nízkoteplotní max 110 C (voda, elektřina) Sálavé stropní panely a pasy Uzavřeného typu Vysokoteplotní tmavé cca 350 C světlé - cca 800 C Otevřeného typu Podlahové vytápění Vhodné pro objekty s tepelnou ztrátou <20W/m3 Nutné uvažovat se setrvačností podlahy 4-8h Teplota vzduchu proti konvekčnímu nižší o 2-4 C Povrchová teplota: 24-26 26 C prostory, kde se stojí 28-29 C obytné a administrativní budovy 32-35 C koupelny, chodby, bazény Optimální závisí na podlahovém materiálu: Textil, korek, dřevo (21-28 28 C) Historie Podlahové vytápění Hypokausta (c) prof.karel Kabele 12

Podlahové vytápění Teplotní spád systému 5-6 C (max. 10 C) Průměrná teplota topné vody běžně 50 C. ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ICS 01.075 1998 Podlahové vytápění - Soustavy ČSN a komponenty - EN 1264-1 Část 1: Definice a značky ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA 06 0315 ICS 91.140.10 1998 Podlahové vytápění - Soustavy ČSN a komponenty - Část 2: Výpočet EN 1264-2 tepelného výkonu 06 0315 ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ICS 91.140.10 1998 Podlahové vytápění - Soustavy a komponenty - Část 3: Projektování ČESKÁ TECHNICKÁ NORMA ICS 91.140.10 2002 ČSN EN 1264-3 06 0315 Únor Podlahové vytápění Soustavy a komponenty - Část 4: Montáž ČSN EN 1264-4 06 0315 Podlahové vytápění Varianty řešení podlahy Skladba podlahy Dilatace Nášlapná vrstva Beton min 65mm Výztuž Potrubí TYP A TYP B Nosná konstrukce Izolace 20-80mm Parozábrana TYP C Podlahové vytápění Uložení potrubí Podlahové vytápění Výkon Omezená povrchová teplota omezený výkon cca 100 W.m -2 Úspory energie? Nižší teplota vzduchu nižší tepelné ztráty Regulace Malý teplotní rozdíl mezi podlahou a vzduchem samoregulační jev (c) prof.karel Kabele 13

Příklady Stěnové vytápění Rohože z kapilár ve stěnách Stěnové panely ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Skladba podlahy Led 50 mm VYTÁPĚNÍ PODLOŽÍ LEDOVÉ PLOCHY Beton 240 mm Chlazení -16/-12 C; 160 W/m 2 EPS 250 mm Beton 250 mm Skladba podlahy s vytápěním Led 50 mm Beton 240 mm Chlazení -16/-12 C 160 W/m 2 EPS 250 mm Beton 250 mm Vytápění 10/8; cca 10 W/m 2 (c) prof.karel Kabele 14

Vytápění venkovních ploch Zařízení na odtávání sněhu Rozteč potrubí 15-50cm50cm Teplota 50-80 C Použití nemrznoucích směsí Tepelný výkon dle množství sněhu a venkovní teploty Velká tepelná setrvačnost Mechanická odolnost ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Teplovodní otopné soustavy Teplovodní otopné soustavy Princip Otopná soustava zdroj potrubní síť spotřebiče tepla Teplonosná látka voda (nemrznoucí směs) pára T 1,ρ 1 Přívodní potrubí Kotel Expanzní nádoba T 2,ρ 2 Vratné potrubí Otopné těleso H Navrhování OS Vstupní informace Umístění stavby Účel objektu (obytná budova, občanská vybavenost, průmysl, sportovní stavby) Provoz objektu (přerušovaný, nepřetržitý, počet provozních jednotek) Konstrukce budovy z hlediska tepelně technických vlastností Konstrukce budovy z hlediska uložení potrubí Rozmístění a typ otopných ploch Navrhování OS Funkční požadavky Propojení otopných těles se zdrojem Odvzdušnění Možnost vypouštění Integrace do stavby...? (c) prof.karel Kabele 15

Navrhování OS Kritéria optimalizace délka rozvodů umístění otopných ploch ve vytápěné místnosti způsob regulace hydraulická stabilita míra zásahu do stavebních konstrukcík investiční náklady provozní náklady možnost opravy Návrhové parametry teplovodních OS geometrické, teplotní, tlakové a materiálové parametry (1) Způsob oběhu otopné vody (2) Prostorové uspořádání otopné soustavy (3) Nejvyšší pracovní teplota otopné vody (4) Materiál na potrubní síť (5) Konstrukce expanzní nádoby Jednotrubkové Návrhové parametry teplovodních otopných soustav Vzájemné propojení těles Dvoutrubkové Prostorové uspořádání soustavy Umístění ležatého rozvodu Spodní Návrhové parametry vodních otopných soustav Vedení přípojek k tělesům Vertikální Nejvyšší pracovní teplota Nízkoteplotní do 65 C Teplovodní od 65 c do 115 C Konstrukce expanzní nádoby Otevřená Uzavřená Oběh otopné vody Přirozený Nucený Materiál rozvodu Ocel Měď 1. Oběh otopné vody Přirozený (samotíž) Nucený (s oběhovým čerpadlem) T1,ρ1 Přívodní potrubí Kotel Expanzní nádoba T2,ρ2 Vratné potrubí Otopné těleso H Průtočná S obtokem Protiproud Souproud Horní Kombinovaná Horizontální Hvězdicová Horkovodní nad 115 C Plasty F1 F2 2. Prostorové uspořádání soustavy 2.1 Vzájemné propojení těles jednotrubková, dvoutrubková soustava 2.2 Umístění ležatého rozvodu spodní, horní, kombinované 2. Prostorové uspořádání OS 2.1 Vzájemné propojení těles 2.1.1 Dvoutrubkové soustavy 2.1.2 Jednotrubkové soustavy 2.3 Vedení přípojek k tělesům horizontální, vertikální, hvězdicové (c) prof.karel Kabele 16

2.1.1 Dvoutrubkové soustavy Protiproudé zapojení Souproudé zapojení Tichelmann Horizontální 2.1.2 Jednotrubkové soustavy Základní schémata zapojení Průtočné S obtokem Jezdecké zapojení Regulovaný obtok ventilem, clonou, zúžením kmenové trubky, zasunutím přípojek do kmenové trubky, fitinkem v místě napojení zpětné přípojky Se směšovací armaturou dvoubodovou jednobodovou 2.1.2 Jednotrubkové soustavy Napojení těles směšovacími armaturami Vysokodporové - směšovací dvoubodové směšovací jednobodové 2.1.2 Jednotrubkové soustavy Napojení těles nízkoodporovými armaturami Nízkoodporové přímé nebo rohové radiátorové ventily ventil kompakt 2.1.2 Jednotrubkové soustavy varianty Podle uživatelů Okruhy bytové a zonové Podle umístění stoupaček Okruhy uzavřené a rozvinuté Jednotrubková soustava s reverzním provozem 2.1 Vzájemné propojení těles Závěr Srovnání dvoutrubky a jednotrubky Délka rozvodů Oběh otopné vody Měření a regulace Stavební úpravy Tlakové poměry (c) prof.karel Kabele 17

2.2 Umístění ležatého rozvodu 2.3 Vedení přípojek k tělesům Vertikální Spodní rozvod Horní rozvod Horizontální Kombinovaný rozvod Hvězdicová 3. Teplotní parametry Pracovní teploty v OS Výpočtová teplota otopné vody Expanzní nádoba na vstupu do otopné soustavy t1 t w1 Otopné na výstupu z otopné soustavy t 2 těleso na vstupu do otopného tělesa t w1 na výstupu z otopného tělesa t w2 Střední teplota otopného tělesa tw Přívodní potrubí t 1 Kotel t w2 Vratné potrubí t 2 t Tp,max t w 3. Teplotní parametry OS Výkon přenášený soustavou Q& = M c ( t 1 t 2 ) Výkon přenášený tělesem Q& t = h A ( t t ) w i Přívodní potrubí t 1 Kotel Expanzní nádoba t w1 t w2 Vratné potrubí t 2 t p1,max Otopné těleso t w Nejvyšší teplota povrchu otopných těles t Tp max Teplotní spád otopného tělesa = t w1 - t w2 Teplotní spád soustavy = t 1 - t 2 3. Teplotní parametry OS kritéria pro volbu parametrů Ekonomické faktory (minimalizace nákladů na realizaci i provoz soustavy); Fyzikální vlastnosti pracovní látky ( pro teplovodní soustavy maximální teplota 115 C); Hygienické požadavky na otopnou soustavu resp. na tělesa; Technické možnosti zdroje tepla ( např. nízkoteplotní zdroje určují maximální teplotu otopné vody v soustavě) Legislativní požadavky vyhláška 193/2007 Sb. omezuje teplotu otopné vody na 75 C 3. Teplotní parametry OS volba parametrů Teplota otopné vody u soustavy Teplovodní nízkoteplotní t 1 <=65 C Teplovodní otevřené 65 C <t 1 <= 95 C Teplovodní uzavřené 65 C <t 1 <= 115 C Horkovodní t 1 > 115 C Teplotní spád OS 10K až 25K, u horkovodních soustav 40K až 50K. 90/70 C, 85/75 C, 80/60 C, 75/65 C,70/50 C, 70/60 C. (c) prof.karel Kabele 18

3. Teplotní parametry OS volba parametrů Teploty otopných těles maximální povrchová teplota (85 až 90 C) t Tp t p max = w 1 2,5 Teplotní spád dvoutrubka = teplotní spád OS (15 až 25 K) jednotrubka < teplotní spád OS (5 až 10 K) 4. Materiál rozvodu O materiálu nutno rozhodnout na počátku projektu -různé mechanické vlastnosti mají vliv na koncepci řešení Používané materiály ocel měď plasty 4.Materiál rozvodu 4.1 Ocel Tradiční materiál, dobré mechanické vlastnosti ocel třídy 11.353.0. do DN 50 se používá trubek ocelových závitových běžných,pro větší průměry se používá hladkých bezešvých trubek Svařování 4. Materiál rozvodu 4.2 Měď Menší spotřeba materiálu Citlivá na chem.složení vody ph min7 Nebezpečí vzniku elektrochemické koroze (Al) pájení měkké a tvrdé Materiály 4. Materiál rozvodu 4.3 Plasty síťovaný polyetylén (PEX, VPE), polybuten (polybutylen, polybuten-1,pb), statistický polypropylen (PP-R, PP-RC,PP-3), chlorované PVC (C-PVC, PVC-C) vrstvená potrubí s kovovou vložkou. Uložení potrubí Životnost!!! Kyslíková bariéra? Konec 6.přednášky (c) prof.karel Kabele 19

5. Konstrukce expanzní nádoby Otopná voda Otevřená jistota provozu zamrzání zavzdušňování Uzavřená vyšší pracovní teploty ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Výpočty teplovodních otopných soustav Dvoutrubkové otopné soustavy m w = d ρ π 2 4 Základní vztahy Přenášený výkon Q (W) Q = M c Δt Hmotnostní průtok M (kg/s) Rychlost proudění w (m/s) Platí 1kWh=3,6x10 6 J Q M = c Δt M w = π d ρ 4 Tlaková ztráta (Pa Pa) tření+ místní odpory Δ pzu =Δ pzt +Δpzm 2 Tlaková ztráta Tlakové ztráty třením Výpočet λ Laminární proudění Přechodová oblast Turbulentní proudění (c) prof.karel Kabele 20

Stanovení součinitele tření Výpočet tlakové ztráty místními odpory Kolena,T-kusy, tělesa, kotle, uzávěry Funkce součinitele ζ Výpočet Cíl A) Návrh dimenzí potrubí (projekt stavby, nabídkové řízení) B) Návrh dimenzí a nastavení regulačních prvků (projekt pro realizaci stavby) Postup Volba teplotního spádu, stanovení výkonu, způsob oběhu Hydraulické schéma úseky - délky potrubí, vřazené odpory. Úsek začíná vřazeným odporem! Vyznačení okruhů těles Výpočet hmotnostního průtoku v jednotlivých úsecích A.Návrh dimenzí metoda daného tlaku Dispoziční tlak (Pa) Délka okruhu (m) p ( 1 a) l Δp R = Podíl místních odporů na celkové ztrátě (Pa/m) a = Z ( Rl + Z) Druh soustavy a Venkovní rozvody 0,1-0,2 OS v rozsáhlých budovách 0,2-0,3 Běžné OS v obytných budovách 0,3-0,4 OS po rekonstrukcích starých budov 0,4-0,55 Daný tlak měrný tlakový spád R (odhad a) + hmotnostní průtok průměry potrubí A. Návrh dimenzí metoda optimálních rychlostí Volba rychlosti + hmotnostní průtok průměry potrubí Potrubní síť obytné budovy -přípojky k tělesům, stoupací potrubí obytné budovy - horizontální rozvody v technických prostorech obytné budovy - venkovní rozvody CZT průmyslové objekty - přípojky k tělesům, stoupací potrubí průmyslové objekty - venkovní rozvody CZT w (m/s) 0,3-0,7 0,8-1,5 2,0-3,0 0,8-2,0 2,0-3,0 A. Návrh dimenzí - metoda ekonomického tlakového spádu volba R (Pa/m) + hmotnostní průtok průměry potrubí Potrubní síť obytné budovy - přípojky k tělesům, stoupací potrubí obytné budovy - horizontální rozvody v technických prostorech obytné budovy - venkovní rozvody CZT průmyslové objekty - přípojky k tělesům, stoupací potrubí průmyslové objekty - venkovní rozvody CZT w (m/s) R EK (Pa/m) 0,3-0,7 60-110 0,8-1,5 110-200 2,0-3,0 200-400 0,8-2,0 110-250 2,0-3,0 200-400 (c) prof.karel Kabele 21

A. Návrh dimenzí potrubí souhrn Přirozený oběh metoda daného tlaku účinný tlak + přídavný vztlak etážová soustava? Nucený oběh metoda ekonomického tlakového spádu 60 až 200 Pa.m -1 metoda optimálních rychlostí 0,05 až 1,0 m.s - 1 (!!! Hluk) metoda daného tlaku čerpadlo + přídavný vztlak, 10-70 kpa B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Výpočet tlakové ztráty pro navržené dimenze potrubí třením místními odpory Tlakové ztráty okruhu porovnáme s dispozičním tlakem (přirozený oběh x nucený oběh) Přebytek tlaku regulujeme nastavením regulačních armatur Nedostatek tlaku buď zvýšením tlaku nebo snížením tlakových ztrát B. Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Regulační ventily u těles ve většině případů Regulační ventily v okruhu při rozsáhlých soustavách, kde je nutné vyvážit více objektů nebo částí Clonky v potrubí nedoporučuje se (zarůstání, koroze) B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav V k v = Δp k v, k vs hodnota průtok V v m 3.h - 1 regulační armaturou při jednotkovém rozdílu tlaku Δp=1bar=100kPa slouží k volbě přednastavení regulační armatury z daného průtoku V a požadované tlakové ztráty Δp určím potřebnou k v hodnotu armatury B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Příklad: Hledáme nastavení ventilu u tělesa s výkonem 1580W a přetlakem 0,1 bar = 10 kpa Q 3600 1580 3600 V = = = 0,070 c Δt ρ 4196 20 970 k v = V 0,070 = = 0,22 Δp 0,10 3 1 [ m h ] 3 1 [ m h ] B.Nastavení regulačních armatur pro ustálený stav Hmotnostní průtok + dopravní tlak Stanovení příkonu čerpadla P (W) ΔpV P = η V - Dopravní množství (m 3 /s) Účinnost čerpadla (-)!!! dopravní tlak (Pa) x dovolený přetlak!!! 1m v.s.=10kpa (c) prof.karel Kabele 22

Hydraulická stabilita DVs Proč? Ve výpočtu uvažujeme ustálený stav x proměnná realita způsobená především: proměnlivými hodnotami přídavného vztlaku vlivem měnící se teploty otopné vody proměnlivými tlakovými poměry v OS vlivem funkce termostatických ventilů Řešení: pasivní vyregulování přesným výpočtem aplikace automatických regulačních prvků Hydraulická stabilita DVs Pasivní regulace výpočtem pravidla pro navrhování jednotlivých částí OS např. u soustav s přirozeným oběhem: nejvíce tlaku spotřebovat na tělesech tlaková ztráta ve stoupačce = účinnému tlaku vzniklému ve stoupačce tlaková ztráta v ležatých rozvodech = účinnému tlaku vzniklému v ležatých rozvodech náročné početně, problém realizace Hydraulická stabilita DVs Aplikace automatických regulačních prvků přepouštěcí ventily otvírá se podle odchylky diferenčního tlaku, umisťuje se do obtoku čerpadla nebo mezi přívodní a vratné potrubí OS regulátory diferenčního tlaku škrtící (!) ventil v potrubí řízený diferenčním tlakem čerpadla s řízenými otáčkami konstantní tlak čerpadla při proměnném průtoku Diskuse Co je to účinný tlak a přídavný vztlak? Jakou účinnou výšku počítáme u etážové soustavy s přirozeným oběhem? Rozdíl mezi k v ak vs hodnotami? Hydraulická nestabilita OS příčiny? důsledky? způsoby řešení? Jednotrubkové OS Jednotrubkové otopné soustavy Výpočet Teplotní určuje teploty v jednotlivých otopných tělesech při výpočtových podmínkách Hydraulický určuje nastavení armatur, dimenze potrubí a parametry čerpadla (c) prof.karel Kabele 23

Výpočet JT - Vstupní údaje Rozdělení na okruhy, způsob oběhu, zapojení (směšovací, jezdecké) Tepelný výkon okruhu Q o [W] Teplotní spád okruhu δt o [K] K] (10-1515 K) Součinitel zatékání do tělesa α [-] (0,3 (0,3-0,5) 0,5) Výpočet JT soustavy - teplotní výpočet MT = αt M Hmotnostní průtok tělesem o QT QT δtt = = c M α c M Pokles teploty na tělese δt θ = t mt o Q o o = 5 T T Q Spád na jednotku výkonu T t1 θ Qi 0, Střední teplota tělesa c M T Δt = t mt t i m Δt QN = QT t Δ N Δt = QT 60 m Teplotní rozdíl mezi stř. teplotou otopného tělesa a výslednou teplotou v místnosti Δt Přepočet jmenovitého na skutečný výkon OT Výpočet JT soustavy - hydraulický výpočet soustava se směšovacími armaturami Výpočet JT soustavy - hydraulický výpočet soustava s jezdeckým zapojením 1.Hmotnostní průtok okruhem Mo 2.Návrh profilu potrubí (podle R nebo v) 3.Ztráty místními odpory vyjádříme pomocí ekvivalentní délky l ekv 4. Výpočtová délka okruhu L 5.Tlaková ztráta okruhu Δp c, n - počet těles, Δp u, -tlaková ztráta uzlu tělesa Qo M o = c δt l ekv Δp = L R + n Δ o p u o = ξ d λ L = l + l ekv Přepočtový součinitel n: -Poměr průměru přípojné trubky - d a kmenového potrubí D ε je součinitel vřazených odporů Rovnováha zkratu a tělesa: Δp = Δ OT p D Qo n = QOT 4 d ε = D ΔtOT n 1 δt 2 2 wot wd ξot ρ = ξ D ρ 2 2 4 ξot w M D ε = = = 4 ξ w M d ε = D M 2 OT 2 D 2 OT 2 OT 2 D D 2 4 ( M M ) d o OT o 4 Diskuse Kdy použít JTs? Kdy směšovací ventily a kdy jezdecké zapojení? Jaké armatury používáme při jezdeckém zapojení? V čem se odlišuje výpočet JT od DT? SW na výpočet otopných soustav IMI top PROTECH ROUBíNEK (c) prof.karel Kabele 24

Výpočetní programy Výpočetní programy Rychlost editace Výpis materiálu Detailní vlastnosti výrobků Grafické rozhraní Výpočet jednotrubkové OS ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Regulace Co je to regulace? Zařízení, na jehož impuls se mění jeden nebo více provozních parametrů otopné soustavy teplota hmotnostní průtok tlak Proč se reguluje vytápěcí zařízení? Regulace výkonu podle okamžité potřeby Bezpečnost provozu Omezení provozními parametry zdroje nebo prvku OS Vyrovnání nepřesností návrhu (c) prof.karel Kabele 25

Regulátor Akční člen Y W Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X ČVUT FSv K125 ESB-1 2008/2009 Základní princip regulace Monitorování Regulovaná veličina x Akční veličina y Poruchová veličina z Řídící veličina w Zpětná vazba Měření regulované veličiny Bez akčního členu Nepřímá Zpětná vazba Regulátor W Y Akční člen Regulovaná soustava Z X Regulovaná soustava Z X Ovládání Ruční regulace Pomocí akčního členu se mění regulovaná veličina bez zpětné vazby, bez regulátoru? Akční člen Regulovaná soustava Z X Na místě regulátoru je člověk. Ví jaký je dopad jeho regulačních zásahů a podle toho reguluje soustavu W Y Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X Automatická regulace Podle W a/nebo X dává automaticky impuls akčnímu členu ve snaze dosáhnout žádané hodnoty x Regulátor W Y Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X Vzájemné propojení více systémů budov Energetické a ekologické Bezpečnostní Dopravní Zábavní Vytápění Inteligentní budovy Regulátor Vzduchotechnika W Y Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z Regulátor W X Y Osvětlení Akční člen Regulátor W Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X Zabezpečení Y Akční člen Zpětná vazba Regulovaná soustava Z X (c) prof.karel Kabele 26

Regulační obvod Technické provedení Měření regulované veličiny, resp. řídící veličiny elektrický teploměr, tlakoměr, průtokoměr apod. Regulátor porovnává naměřené hodnoty se žádanými a podle toho aktivuje akční člen Akční člen fyzicky mění akční veličinu - např uzavírací nebo směšovací ventil se servopohonem, elektromagnetický uzávěr na přívodu plynu do kotle Regulátory nespojité akční veličina má omezený počet hodnot - dvě a více regulovaná veličina kolísá kolem žádané hodnoty v rozmezí regulační odchylky příklad - prostorový termostat Regulátory spojité akční veličina se mění spojitě v závislosti na regulované veličině podle tzv. přechodové charakteristiky P - proporcionální p (akční veličina je přímo úměrná regulované veličině) I - integrační (akční veličina je úměrná regulační odchylce) D - derivační (akční veličina je úměrná derivaci regulované veličiny podle času) T - zpožďující (akční veličina se začne měnit až po určité časové prodlevě) Poznámka - je možná i kombinace charakteristik např. PI regulátor Fuzzy Regulátory podle pohonu Rozdělení podle používané energie pro chod regulátoru přímočinné regulátory nepřímé regulátory elektřina, stlačený vzduch Akční členy Termostatická hlavice + ventil Elektromagnetické ventily Škrtící ventily Směšovací (rozdělovací) ventily trojcestné a čtyřcestné Běžná S odděleným čidlem S dálkovým nastavením Radiátorový ventil (c) prof.karel Kabele 27

Příklady regulace teplovodních otopných soustav Přímá regulace podle referenční místnosti regulace zdroje podle vnitřní teploty (prostorový termostat, který zapíná a vypíná kotel) Příklady regulace teplovodních otopných soustav Ekvitermní regulace přímá regulace výstupní teploty vody na zdroji žádaná hodnota je nastavena dle venkovní teploty ekvitermní křivka + T Č1 Č1 + PV - PV - Příklady regulace teplovodních otopných soustav Ekvitermní regulace nepřímá kotlový termostat + centrální regulace teploty otopné vody směšováním nebo rozdělováním trojcestným nebo čtyřcestným ventilem podle vnější teploty (ekvitermní regulace) Příklad regulace teplovodních otopných soustav Ochrana proti nízkoteplotní korozi + T T R - Příklady zapojení zdrojů Zdroje -příklady řešení 2 Č3 Č2 TRB Č3 Č2 2xTRV 2xTRV PV Č1 EN RS PV Č1 EN Č5 RS 3xZV PV Příklad 1: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, pouze vytápění. Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody. Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovaný chod zdroje s přestávkami v řádu dnů. Příklad 2: Klasický kotel s výkonem > než 4 násobek tepelné ztráty budovy, vytápění a průtočný ohřev TUV.Zdroj s minimální požadovanou teplotou vratné vody. Zapojení umožňuje práci zdroje v optimálních podmínkách a přerušovaný chod zdroje s přestávkami v řádu dnů.průtočný ohřev TUV je ve srovnání se zásobníkovým příznivý z hlediska stagnace TUV (legionella). (c) prof.karel Kabele 28

Zdroje - příklady řešení 3 Zdroje -příklady řešení 4 Č4 PV Č1 TRB Č3 Č2 2TRV 2xTRV Č4 PV Č1 EN TRB Č3 Č2 2xTRV E N Č5 RS Č5 RS 3xZV 3xZV PV PV Příklad 3: Bivalentní zdroj - např.kondenzační kotel v kombinaci s vysokoteplotními kolektory.teplovzdušné větrání a nízkoteplotní vytápění,průtočný ohřev TUV. Příklad 4: Bivalentní zdroj - klasický kotel v kombinaci s nízkoteplotními kolektory.teplovodní vytápění,průtočný ohřev TUV. Použití teplotně stratifikovaného zásobníku umožňuje využití nízkopotenciálního tepla kolektorů k předehřevu teplé vody. Příklad regulace tlakové diference Regulace Zásobník teplé vody Protimrazová ochrana ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov Příprava teplé vody ESB (c) prof.karel Kabele 29

Osnova 1. TV a její vlastnosti 2. Způsoby přípravy TV 3. Prvky a zařízení pro ohřev TV 4. Navrhování ohřevu TV 4. Navrhování ohřevu TV 1. TV a její vlastnosti o o o o o o TEPLÁ VODA TV, PHW ( potable hot water) ohřátá pitná voda vhodná pro trvalé používání člověkem a domácími zvířaty; je v souladu spředpisy vycházejícími ze Směrnice ECC; je určena kmytí, koupání, praní, umývání akúklidu úklidu; při poruše dodávky studené vody se může použít pro vaření, mytí apro hygienické účely musí splňovat bakteriologická, biologická a chemická kritéria pro pitnou vodu daná vyhláškou č. 252/2004 2004 Sb. ve znění pozdějších předpisů, např. vyhlášky č. 187/2005 Sb s rostoucí teplotou vody roste reaktivita, >> koroze a vznik inkrustací Ukazatelé jakosti vody pro ohřev TV Minimální KNK 4,5 Hmotnostní koncentrace fosforečnanů Hodnota ph při teplotě 20 C Hmotnostní koncentrace chloridů Látková koncentrace vápníku a hořčíku a hmotnostní koncentrace volného CO 2. Úprava TV odkyselovací filtr dávkovač inhibitoru koroze magnetická úprava vody MUV Legionella pneumophila a TV Tyčinková bakterie, průměr 0,2 až 0,7 μm m a délku 1 až 4 μ m vpřírodě se vyskytují zcela běžně ve všech vodách a vlhké půdě jsou přítomny v rozvodech vody, vzduchovodech, zařízeních pro solární ohřev TV jsou citlivé na teplotu Odkyselovací filtr Inhibitor koroze (c) prof.karel Kabele 30

Vliv teploty na život bakterií Legionella pneumophila 100 C Parní zvlhčování 90 C 80 C 70 C 60 C 50 C Teplovodní vytápění Teplá voda 40 C Lázně Chladící věže Sprchy 30 C 20 C Vodní zvlhčovače Chladiče 10 C Studená voda ÚHYN BĚHEM NĚKOLIKA MINUT AŽ SEKUND ÚHYN BĚHEM NĚKOLIKA HODIN OPTIMÁLNÍ PODMÍNKY PRO ROZMNOŽOVÁNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ MINIMÁLNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ Účinky na člověka Bakterie LP jsou škodlivé, dostanou-li se do lidského organismu. Způsobují onemocnění zvané legionářská nemoc (legionelóza) a pontiacká horečka 10-20% případů končí úmrtím pacienta... Nebezpečné je především vdechnutí!!! Zdroje kontaminace v systémech TV Obecně - stagnující teplá voda a usazeniny Riziková místa: Výtokové armatury Zásobníkové ohřívače a zásobníky TV Cirkulační potrubí Bazény nad 25 C Nevhodně použité materiály a chemikálie Způsoby odstraňování bakterií Legionella pneumophila - sterilizace UV zářením - anodická oxidace - chlorování - filtrace - tepelná desinfekce Schéma zařízení na tepelnou desinfekci TV Schéma zařízení na tepelnou desinfekci TV (c) prof.karel Kabele 31

Jakost TV - normy Schéma zařízení na tepelnou desinfekci TV ČSN 830616 Jakost teplé užitkové vody neplatná od 1.11 11.2001 ČSN 757111 Pitná voda - neplatná od 1.11 11.2001 ČSN 830615 Požadavky na jakost vody dopravované potrubím. Zrušena únor 1998 ČSN 060320 Příprava teplé vody - Navrhování a projektování (2006 2006) Způsoby přípravy TV Zdroj TV Příprava TV Prvky systému Energie + SV Distribuční síť TV Výtokové armatury Příprava teplé vody Podle způsobu předávání tepla přímé, nepřímé Podle místa ohřevu místní, centrální Podle konstrukce zařízení zásobníkové, průtočné, smíšené Podle počtu zdrojů tepla jednoduché, kombinované 3. Prvky zařízení na přípravu TV (c) prof.karel Kabele 32

Prvky zařízení na přípravu TV Zdroje TV zásobníkový ohřev průtočný ohřev smíšený ohřev Distribuční síť materiály potrubí kompenzace délkové teplotní roztažnosti izolace potrubí cirkulace TUV přihřívání potrubí výtokové armatury Zařízení pro zásobníkový ohřev Zásobníkový ohřev Zásobníkové ohřívače č Zásobníky TUV Nepřímoohřívané Přímoohřívané Kombinované Tlakové Beztlakové Nepřímo ohřívaný zásobník Beztlaký x tlakový zásobník Plynový kotel Přepadová trubka Volná hladina Uzavřená tlaková nádrž Odběr TV Odběr TUV Otopná soustava Přívod studené vody Nepřímo ohřívaný zásobník Princip zapojení nepřímo ohřívaného zásobníku s trojcestným ventilem Volný výtok TV Výtokový ventil Pojistný, zpětný a uzavírací ventil Příklad zapojení pro zásobníkový ohřev Zařízení pro průtočný ohřev Průtočný ohřev TV Plynové ohřívače Elektrické ohřívače Výměníky tepla Trubkové Deskové (c) prof.karel Kabele 33

Příklad zapojení pro průtočný ohřev TV Zařízení pro smíšené ohřívání vody kombinace zásobníkového a průtokového ohřevu princip zařízení shodný se zásobníkovým ohřevem, jiný poměr výkonu ohřívače a objemu zásobníku nejčastější technická řešení přímo ohřívaný plynový zásobník nepřímoohřívaný zásobník s plynovým kotlem elektrický zásobník s trvalým dohřevem Příklad zapojení pro smíšený ohřev Pojistné a zabezpečovací prvky přípravy TV TV TV TV Distribuční síť TV Materiály Materiály potrubí ocelové pozinkované trouby plastové trubky PP, rpe,pb,cpvc, vrstvené trubky měděné potrubí Ocel Měď PEX/ALU/PE C-PVC PB PP PE 0 0,05 0,1 0,15 0,2 Součinitel délkové teplotní roztažnosti (mm/m.k) Distribuční síť TV Kompenzace délkové roztažnosti kompenzátory (osové vlnovcové, gumové) kompenzace trasou PB KU KU PB KU KU PB KU PB KU PB KS PB KU KU PB PB Pevný bod KU Kluzné uložení KS Kompenzační smyčka (c) prof.karel Kabele 34

Distribuční síť TV Izolace Izolace potrubí TUV i cirkulace se musí izolovat Tloušťka tepelné izolace u vnitřních rozvodů do DN20 se volí >= 20 mm, DN20 až DN35 >=30 mm, DN 40 až DN 100 se volí >DN (Vyhláška 151/2001 MPO Sb.částka 60 ) Distribuční síť TV Cirkulace Cirkulace TV větší komfort x tepelné ztráty přirozená - nucená řízení oběhového čerpadla - časové, termostatické Přihřívání potrubí samoregulační topný kabel Přihřívání potrubí samoregulačním topným kabelem Distribuční síť TV Armatury 60 Výtokové amatury beztlakové, tlakové klasické, jednopákové, elektronické ruční, termostatické l/sprchu 60 50 40 30 20 10 0 49.4 31.4 27.3 23.9 Klasická bat Páková Termostat Termostat s čas.spínačem Termostat-senzor? 20 Navrhování ohřevu TV 4.Navrhování systémů přípravy TV Energetické systémy budov (VYT,VZT, OSV, TV) zajišťují pokrytí energetických potřeb uživatelů. Co je to optimální systém...? (c) prof.karel Kabele 35

Dle místa ohřevu místní ústřední dálkový Návrh : Příprava TV Systémy Dle způsobu ohřevu průtokový zásobníkový smíšený počet zdrojů (rozmístění v objektu) tepelný výkon zdrojů akumulační objem zdrojů Navrhování přípravy TV Vstupní údaje pro volbu systému přípravy TV Dispoziční uspořádání odběrních míst Dostupná energie Potřeba TV Navrhování koncepce systémů přípravy TV Rozmístění odběrních míst Příprava TV Dispoziční řešení Na volbu systému TV má vliv umístění odběrních míst soustředěné rozptýlené Optimalizace systémů z hlediska délky rozvodů tepelných ztrát cirkulace Zdroje TV a energie Elektrická energie Navrhování koncepce systémů přípravy TV Dostupná energie Průtokový ohřev příkon 1kW=0,5 l/min při dt=30k sprcha= 6 l/min = 12 kw Vana = 100 l = 10 l/min = 20 kw Zásobníkový ohřev Zásobník na denní potřebu TV nahřátí 1x den (noční proud) Zásobník maloobjemový - průběžný dohřev, zvýšený příkon, krátká doba dohřevu Otevřený, uzavřený zásobník Cirkulace? (c) prof.karel Kabele 36

Zdroje TV a energie Systém ohřevu TV Ústřední Dálkový Ohřev Průtokový Zásobníkový Smíšený Dálkové vytápění Zdroje TV a energie Průtokový ohřev Průtokový ohřívač Plynná paliva do 28 kw (14 l/min), požadavky na umístění í plyn. spotřebiče, odvod spalin, min.tlak ve vodovodní síti Kombinovaný kotel - nutnost porovnat výkon kotle s výkonem otopné soustavy Zdroje TV a energie Plynná a pevná paliva Přímo ohřívané plynové zásobníky Zásobníkový ohřev Nepřímoohřívaný zásobník plynový kotel + zásobník Přímoohřívaný zásobník plynový spotřebič 7-103 kw se zásobníkem 80-380l Pevná paliva Kombinovaný zásobník Přímo ohřívaný zásobník Zdroje TV a energie Obnovitelné zdroje Solární kolektory zásobníkový ohřev doplňkový zdroj, celoroční/sezónní provoz Tepelné čerpadlo zásobníkový ohřev čerpadlo odebírá energii ze země nebo vzduchu, topný faktor 2-3 Navrhování koncepce systémů přípravy TV Potřeba vody (c) prof.karel Kabele 37

Potřeba TV Potřeba TV během periody Potřeba TV během periody [l/den] Rozložení odběru TV v průběhu periody [l/hod] Křivka odběru tepla a dodávky tepla Maximální potřeba TV [l/sec] Interval max.potřeby a množství odebrané TV Atypický objekt součet dávek TV na mytí osob nádobí úklid Typický objekt z bilance potřeby TV podle počtu osob Potřeba TV pro byt.fond ČSN 060320 77 l/os/den při 60 C (všední den) 103 l/os/den při 60 C (soboty a neděle) tj. cca 82 l/os/den Rozbor provozu - firemní podklady 30-60 l/os/den při 60 C dle vybavení a komfortu potřeba vody na jednotlivé činnosti v denním rozložení Činnost Potřeba TV Potřebné množství [l] Průtok [l/min] Průměrná doba odběru [min] Požadovaná teplota [ C] Myti rukou umývátko 6 1,5 4 35 umývadlo 10 2 5 35 luxusní 15 3 5 37 Sprchování úsporné 30 6 5 40 běžné 48 8 6 40 komfortní 80 10 8 40 Vanová koupel zkrácená vana 105 7 15 37 běžná vana 150 10 15 37 velkoobsahová 255 10 25 37 Bidet standard 24 3 8 40 Mytí nádobí v dřezu 30 3 10 55 Charakteristiky výtoků TV Rozložení odběru v průběhu periody rozbor provozu Parametr Značka Jednotka Baterie umyvadlo dřez sprcha vana Teplota na výtoku θ4 ºC 40 55 1) 40 40 Průtok vody o teplotě θ4 na výtoku U4 dm 3.s -1 0,06 0,08 0,095 0,20 m 3.h -1 021 0,21 030 0,30 034 0,34 070 0,70 Přítok TV 55 ºC do výtoku U3 dm 3.s -1 0,04 0,08 0,065 0,13 m 3.h -1 0,14 0,30 0,23 0,47 Tepelný výkon přítoku TV q v kw 7,3 15,7 24,4 12,0 24,6 1) Pro sterilizaci nádobí se používá voda o teplotě 70 až 80 C. % denní potřeby vody 25 20 15 10 5 0 1 3 5 7 9 11131517192123 hod Bytový dům dle DIN Klinika Sportovní zařízení Hotel Restaurace Bytový dům dle ČSN (c) prof.karel Kabele 38

Studená voda (b bez TV) l/os/hod 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Bytové domy Rozložení spotřeby studené vody 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 hod Poděkování Vodárně Plzeň a.s. za spolupráci při zajištění měření. Pondělí Úterý Středa Čtvrtek Pátek Sobota Neděle Průměr Administrativní budovy spo otřeba (l\os) 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Průběh středního odběru vody měřených administrativních budov 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 čas (h) Pondělí Úterý Středa Čtvrtek Pátek Sobota Neděle maximální Poděkování Vodárně Plzeň a.s. za spolupráci při zajištění měření. nerovnoměrnosti Součinitelé denní a hodinové Rozložení odběru v průběhu periody křivka odběru Křivka odběru a dodávky tepla 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 denní potřeby Odběr v % d Hod. Součtová křivka odběru 24 hod = 100% 1600 Dodávka tepla 1400 trvalá Maximální rozdíl = kapacita zásobníku 1200 Dodávka tepla 1000 přerušovaná 800 Odběr TV kwh 600 400 200 0 Ztráty cirkulací 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 hod Rozbor provozu hodinové potřeby vody Křivka odběru a dodávky tepla 400 200 0 Tepelný výkon zdroje při - trvalém dohřevu -přerušovaném dohřevu 0 1 2 3 4 5 Postup dimenzování 1. Potřeba TV mytí osob, nádobí a úklid V 2p = n i.σ(n d.u o. τ d.p d ) + n j.v d + n u.v d 2. Potřeba tepla E 2t =c. V 2p.(t 1 t 2 ) [kwh.per - 1 ] Ztráty v rozvodech E 2z E 2p =E 2t +E 2z [kwh.per - 1 ] (c) prof.karel Kabele 39

V z = ΔE max /c/(t 2 t 1 ) Zásobníkový ohřev Q 1n =(E 1 / τ) max Průtočný ohřev Q 1n = Σ (n v. q v ). s Objem zásobníku, výkon zdroje Odebraná a dodaná ene ergie kwh 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Příklad součtové křivky potřeby a dodávky tepla Součtová křivka odběru tepla Křivka dodávky tepla 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ztráty v rozvodech rozložené do 24 hod ΔE max Hod. Příkon zdroje Dodávka Odběr Ztráty Příklad Zásobníkovým ohřevem má být dodávána TV do 50 bytů se 200 osobami. Jaká bude velikost zásobníku a tepelný výkon ohřívače, je-li teplo dodáváno celodenně? Výpočet: Potřeba TV V 2p = 200. 82= 16400 l/den Potřeba tepla Q 2t = c. V 2p.(t 1 t 2 )= = 4200.16400.(55-10)/3600= 10)/3600= 860 [kwh/den] Ztráty v rozvodech 50% Q 2z = z. Q 2t = 0,5.860 = 430[kWh/den] Celkem potřeba tepla Q 2p = Q 2t + Q 2z = 860+430 = 1290 [kwh/den] Objem zásobníku V z = ΔE max /c/(t 2 t 1 ) Vz = 300/1,163/(55-10)= 10)= Vz = 5,7 m3 Příkon Q 1n =(E 1 / τ) max Q 1n = 1290/24= Q 1n = 53,8 kw Příklad - Výpočet Dodávka Odběr Ztráty Maximální potřeba TV a interval odběru K návrhu průtokového a smíšeného ohřevu [l/s] Nelze použít křivku odběru TV bez úpravy!.. Proč? Protože : x [l/hod] x:3600[l/s] Určující výtoky, výpočtový průtok TV Doba špičky rozbor provozu v minutovém časovém kroku Postup návrhu systému TV Určí se primární zdroj energie pro TV, výkonová a časová omezení. (T) Podle zdroje se navrhne způsob ohřevu a počet zdrojů TV (Z) Podle typu objektu se stanoví potřeba TV, rozložení odběru, okamžitá (maximální) potřebu, interval maximálního odběru (Z) Vypracuje se křivka odběru tepla (Z) Navrhne se velikost zásobníku a příkon ohříváku (T) Napojí navržený zdroj na systém vytápění (T) Napojí navržený zdroj na systém vnitřního vodovodu (Z) Literatura (c) prof.karel Kabele 40