00+ příklad z techniky prostředí 9. Okrajové podmínky a spotřeba energie na ohřev teplé vody Úloha 9.. V úlohách 9, 0 a určíme spotřebu energie pro provoz zóny zadaného objektu. Zadaná zóna představuje samostatné podlaží s určitým využitím. Půdorys podlaží a jeho funkční náplň je v P53, zadání bude společné pro 4 studenty, kteří musí při výpočtu kooperovat. Pro další výpočty je nutné identifikovat okrajové podmínky tak, jak jsou definovány v uživatelském profilu (jsou to referenční podmínky), které jsou uvedeny v P83. Stavební řešení a systémy TZB jsou zadány. Tab. 8 Profil užívání zóny obecné vytápění chlazení větrání typ zóny - - učebny začátek provozu zóny - hodina 8 konec provozu zóny - hodina 6 provozní doba užívání zóny t use,h h 8 roční užívání budovy počet provozních dní t use,d d 07 vytápění vnitřní výpočtová teplota pro režim vytápění θ i,h C vnitřní výpočtová teplota pro režim vytápění mimo provozní dobu 6 provozní doba vytápění objektu t, H,h hod/den vnitřní výpočtová teplota pro režim chlazení θ i,c C 6 vnitřní výpočtová teplota pro režim chlazení mimo provozní dobu 30 provozní doba chlazení objektu t, C,h hod/den nucené, hybridní minimální tok větracího vzduchu V V,k m3/h/mj. 5 měrná jednotka - mj Osoba průměrná teplota přiváděného vzduchu T supp;n C přirozené minimální tok větracího vzduchu V V,d /h tepelné zisky osvětlení průměrná teplota přiváděného vzduchu T supp;n C te doba provozu větracího zařízení t V,mech,h hod/den 8 osoby q OCC W/m² 7,5 m podlahové plochy na osobu mj. m /os 8 časový podíl přítomnosti osob f OPP - 0,3 pomocné energie q APP W/m² 5 časový podíl doby provozu f APP - 0,5 doba využití denního světla za rok t D h 800 doba využití bez denního světla za rok t N h 00 Osvětlenost Epk lx 500 87
00+ příklad z techniky prostředí Řešení Zhotovíme nákres půdorysu s orientací ke světovým stranám. Z profilů užívání vypíšeme potřebné údaje např. do tabulky (vzor v P49). Úloha 9.. V úlohách 9, 0 a určíme spotřebu energie pro provoz zóny zadaného objektu. Zadaná zóna představuje samostatné podlaží s určitým využitím. Půdorys podlaží a jeho funkční náplň je v P, zadání bude společné pro 4 studenty, kteří musí při výpočtu kooperovat. Pro další výpočty je nutné identifikovat okrajové podmínky tak, jak jsou definovány v uživatelském profilu (jsou to referenční podmínky). Stavební řešení a systémy TZB jsou zadány. Řešení Stanovíme druh objektu a typ spotřeby, ze kterých určíme množství teplé vody na m.j. a den dle P50. Hotelový pokoj s vanou dvoulůžkový koupání V 0,0 m 3 /den Sprchování V 0,06 m 3 /den Zóna obsahuje 0 pokojů V 0.0,+0.0,06,0+, 3, m 3 /den Kromě pokojů obsahuje zóna: část podlahové plochy tvoří chodby s hladkou podlahovou krytinou V 0,0 m 3 /den.00m Plocha podlahy S 30 m, V 30.0,0/00 0,006 m 3 /den Celkem teplá voda denně 3,06 m 3 /den Požadovaná (využitelná) energie Vstupní teplota vody t +0 C (v zimě +0 C, v létě +5 C, v létě je vyšší teplota vody, ale také mírně stoupá její spotřeba) Výstupní teplota vody t 55 C Teplo pro ohřev vody využité teplo (jmenovitý tepelná energie ohřevu): ( t t ) 3,06.,63 ( 55 0) 67, kwh E TV V c 8. Pomocná energie Pro distribuci energie jednotlivými systémy TZB je zapotřebí další pomocná energie, v tomto případě pro cirkulační čerpadlo, kde P je příkon ve W. Cirkulace nemusí být v provozu celých 4 h (i když je to z hygienických důvodů vhodné). Q TV, p P [ W ] Cirkulační čerpadlo 80 W, cirkulace v provozu každý pracovní den od 5 do 4 hodin (i když to pro hotel není vhodné, spíše pro budovy s přerušovaným provozem škola, administrativa) Účinnost výroby a distribuce energie spotřebovaná energie Dále se zhodnotí účinnost distribuce energie (ztráty v potrubní síti) a výroby energie (účinnost zdroje). Ztráta v distribuční síti je významná u cirkulace teplé vody. Účinnost systému distribuce může být v rozsahu η 0,5 až 0,8. Pokud se cirkulace nevyskytuje a teplá voda je připravována místně, je η cca 0,95. Účinnost výroby závisí na zdroji tepla; místní ohřev v průtokovém ohřívači bude mít účinnost η 0,98. Je-li společný zdroj tepla pro vytápění, použije se účinnost společného zdroje tepla. 88
00+ příklad z techniky prostředí E 67,8 QTV, SK 339kWh η. η 0,9.0,55 zdroj distr Měsíční spotřeba energie Potřeba energie za měsíc se stanoví podle počtu dní v měsíci, kdy je teplá voda připravována (D) a podle počtu hodin, po které je za den v chodu cirkulační čerpadlo (H). Tepelná energie ohřevu za měsíc (30 dnů v měsíci) E d. Q, 30.339 0, Pomocná energie Celková energie TV SK E d. h. Q, 30.9.80 45, EP MWh TV p 6 EP 070 + 45,6 kwh DHW 8,kWh / AC 560 m Kontrola dle orientační tabulky (P5, P5) Pro kategorii Hotel (standard ***) je uvedena měrná potřeba E 450 Wh/(m.d), což při přepočtu na měsíc činí: EP 450 m DHW.30 3,5kWh / Vztaženo k počtu lůžek, 0 pokojů 40 lůžek, tabulka uvádí E 4,5 kwh na lůžko a den EP 4,5.40 80kWh DHW Přepočteno na podlahovou plochu a počet dní v měsíci 80 EP DHW 560 kwh 30 9,6 / m Při zohlednění ztráty v distribuční síti a při účinnosti zdroje pak spotřeba činí EP EP DHW DHW 3,5 0,9.,55 9,6 0,9.,55 7,3kWh / m 9,4kWh / m Výsledek S uvážením dosažených výsledků bude dále uvažována měsíční spotřeba energie pro ohřev teplé vody za jeden měsíc EP A, DW 9,0 kwh/m ; spotřeba za rok EP A, DW 9. 8 kw/m. Úloha 9..3 Ve sledovaném objektu činí přepokládaná spotřeba teplé vody, m 3 denně. Ohřev bude realizován v ocelovém zásobníku válcového tvaru o průměru 800 mm a objemu 0,9 m 3. Centrální ohřev je doplněn cirkulací, nejdelší větev cirkulačního potrubí má délku L a průměr DN 0 s rychlostí vody u cirkulačního čerpadla w (m/s). Cirkulace má být v provozu nepřetržitě a investor zvažuje izolaci cirkulačního potrubí, které bude vedeno volně v podhledech s teplotou okolí 8 C. Určete množství tepla za rok pro dohřev cirkulující vody, celkovou spotřebu tepla pro ohřev teplé vody a účinnost distribuce pro izolované a neizolované měděné potrubí. Zásobník a potrubí bude izolováno v tl. H. 89
00+ příklad z techniky prostředí L 70 + n (m) H izol,zás 00+3.n (mm) H iuol,pot 3+0,5.n (mm) w 0, + 0,0.n (m/s) α e 0 (W/m K) U S U S U t voda,zás 55 C ZÁSOBNÍK TV U S U t voda,zás - t voda,cirk CIRKULACE TL pot D pot,i TL pot t voda,vst 0 C λ pot λ izol D pot H izol,pot H izol,pot D izol Obr. 40 Schéma okruhu teplé vody s cirkulací a řez izolovaným potrubím Řešení (L 80 m; H izol,zás 90 mm; H izol,potr 6mm; w 0,7 m/s, t a 3,5 C, α e 8 W/m K) Součinitel prostupu tepla potrubí A. Neizolované..,. 500.0,8 0,0.37 0,08 0,500 / 8.0,0 90
00+ příklad z techniky prostředí B. Izolované..,.. 500.0,8 0,0.37 0,08 0,8 / 0,05.0,04 0,0 8.0,05 Tepelná ztráta potrubí A. Neizolované B. Izolované.. 0,5.80. 50 3,5 059.. 0,8.80. 50 3,5 463 Hmotnostní průtok vody.. 00,00054.997.0,7 0,78 / Teplota cirkulace na vstupu do zásobníku t, t počáteční a koncová teplota kapaliny t a teplota okolí M průtok (kg/h), c (J/kg.K). 3600.. t,neiz 48,6 C; t,iz 49,4 C Součinitel prostupu tepla zásobníku (válcová nádoba) Kruhový plášť..,.. 500.0,79 0,8.37 0,79,8.0,04 0,8 0,633 / 8.,8 Podstavy. 500. 0,005 37 0,9 0,04 0,05 / 8 9
00+ příklad z techniky prostředí Plocha pláště zásobníku Plocha podstav.. 0,4 0,503 Výška zásobníku 0,9 0,503,79 Tepelná ztráta zásobníku... 0,633.,79.0,05.0,503. 55 3,5 4 TL zás D zás,i TL zás λ zás λ izol ZÁSOBNÍK TV D zás H izol,zás H izol,zás Potřeba tepla na ohřev TV Denní Roční. 3600 96.486.45 63 3600. 365.6,6,8 MWh Obr. 4 Schéma izolovaného zásobníku Roční potřeba tepla na krytí TZ systému (izolovaný/neizolovaný rozvod cirkulace),,á.. Neizolované,,á.. 059 4. 4.365 9,6 Izolované,,á.. 46 4. 4.365 4,4 9
00+ příklad z techniky prostředí Účinnost systému (izolovaný/neizolovaný rozvod cirkulace) A. Neizolované B. Izolované,8,8 9,6 70%,8,8 4,4 84% Závěr Rozdíl v tepelné účinnosti soustavy je sice významná 4 %, rozdíl ve spotřebě energie činí 5, MWh/r, což při ohřevu elektřinou (3, Kč/kWh) znamená roční náklady 6 640 Kč. Malý rozdíl v tepelné ztrátě izolovaného a neizolovaného potrubí může být zapříčiněn nevhodnou tloušťkou izolace (viz kritická tloušťka izolace). Úloha 9..4 Určete součinitel prostupu tepla pro potrubí zadaného materiálu (P48) a průměru pro různé tloušťky tepelné izolace, vyberte nejlepší tloušťku. Pro teplotu vody 50 C a teplotu okolí 0 C určete měrnou tepelnou ztrátu ve W/m.K. n 0 ocel λ 50 W/m.K n 0 X-Pe Rehau λ 0,43 W/m.K n > 0 Ekoplastik Stabi λ 0, W/m.K Vnější průměr potrubí D 40 + n (mm) Součinitelé přestupu tepla: α i 500 W/m K, α e 0 W/m K, Tloušťka stěny pro všechny materiály s,5 mm Tloušťky izolací: 0, 5, 0, 0, 40, 60, 80, 00 mm Úloha 9..5 Zjistěte, zda je v objektu s možností přerušovaného chodu cirkulace v noční době v délce 8 h výhodnější provozovat cirkulaci trvale s čerpadlem o příkonu 35 W, nebo na noc čerpadlo vypnout, čímž dojde k vychlazení vody v potrubí na teplotu okolí t a 0 C. Potrubí uvažujte s D 3 mm v délce L 60 + n (m) a D 0 mm v délce L 40+n (m) s materiálem dle příkladu 9..4 a izolací d 30 mm. Výstupní teplota vody ze zásobníku 55 C, rychlost vody v potrubí w 0,3 m/s. 93
00+ příklad z techniky prostředí Úloha 9..6 Posuďte, které oběhové čerpadlo je vhodné pro distribuční systém teplé vody, aby byla i v noci, bez odběru teplé vody zajištěna min. teplota u posledního odběrového místa 45 C, je-li v zásobníku voda o teplotě 50 C. Na výběr jsou čerpadla o výkonu 45 W a průtoku 00 kg/h nebo 70 W a 300 kg/h, případně 90 W a 500 kg/h. Materiál potrubí dle 9..4 a izolace z pěnového polyetylénu tl. 0 mm. Určete teplotu vody v posledním umývadle pro všechny varianty. Uvažujte ustálený stav, tj. že voda potrubím protéká trvale. D 5x,0 L 40 m t ok 0 C D 3x,8 L 30 m t ok C D 40x3,5 L 50m t ok 5 Obr. 4 Schéma rozvodu teplé vody 94