Příloha k průběžné zprávě za rok 2016 Číslo projektu: TE02000077 Název projektu: Smart Regions Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development Číslo milníku: WP5.M3 Název milníku: Optimalizační metody ke zlepšení kvality vnitřního prostředí budov s téměř nulovou spotřebou energie, které vedou ke snížení spotřeby energie. Řešeno ve WP4 technologie pro chytré budovy Datum dosažení: 09/2016 Předkládá: Název organizace: ČVUT, fakulta stavební, katedra technických zařízení budov Jméno řešitele: prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Miroslav Urban, Ph. D., Ing. Zuzana Veverková, Ph.D.
Obsah 1 ÚVOD 3 2 OPTIMALIZAČNÍ METODY 3 2.1 Kvalita vnitřního prostředí 3 3 OPTIMALIZAČNÍ METODY NA MĚŘENÝCH OBJEKTECH 6 3.1 Dotazníkový průzkum 7 3.2 Měřená data 7 4 PŘÍLOHY 10 4.1 Souhrnné výstupy dotazníkového průzkumu v objektu rodinného domu v Rýmařově 10
1 Úvod Optimalizační metody ke zlepšení kvality vnitřního prostředí budov s téměř nulovou spotřebou energie, které vedou ke snížení spotřeby energie. Optimalizační metody představují v případě tohoto milníku nalezení optimálního stavu vnitřního prostředí v budově, které povede k co nejnižší spotřebě energie na činnosti, které vnitřní prostředí upravují. 2 Optimalizační metody Optimalizační metody vycházejí z: instalovaného monitoringu a měřených dat (A. - Installation of sensors and dataloggers for long-term measuring, 04/2015 09/2016) dotazníkových průzkumů v měřených objektech (A.- Preparation of a questionnaire for anamnestic examination during the measurement, 04/2015 10/2015) Pomocí těchto optimalizačních metod, které vycházejí z dokončených aktivit a výstupů TE02000077DV001 - Specifikace a analýza nástrojů pro modelování IAQ, testovací simulace (6/2014) a TE02000077DV002 - Návrh řešení a počáteční ověření pomocí počítačových simulací (11/2014). Na měřených objektech uvedených v zprávě k aktivitě A. - Installation of sensors and dataloggers for long-term measuring, 04/2015 09/2016 probíhají optimalizační metody vedoucí k: - kvalitnímu vnitřnímu prostředí - optimálně nízké spotřebě energie. 2.1 Kvalita vnitřního prostředí Vnitřní prostředí má vliv zejména na zdraví, pohodu (komfort) a produktivitu práce (resp. absenci) osob pobývajících v budově a také na spotřebu energie, resp. náklady na energie pro vytápění, větrání, chlazení, osvětlení apod. Z této skutečnosti je třeba při hodnocení kvality vnitřního prostředí vycházet. V níže uvedených předpisech se budeme zabývat hodnocením vnitřního prostředí zejména nevýrobních objektů, kde jsou stanovena kritéria pro vnitřní prostředí s ohledem na obsazenost osobami. Jedná se např. o bytové domy, rodinné domy, kanceláře, vzdělávací budovy, administrativní budovy, hotely, restaurace apod. S ohledem zejména na zdraví člověka jsou v našich právně závazných předpisech stanoveny hygienické limity některých parametrů vnitřního prostředí, které musí být dodrženy. Tyto předpisy, včetně požadavků, jsou pro jednotlivé typy prostorů uvedeny v následující tabulce. Tab. 1 Právně závazné předpisy pro hodnocení vnitřního prostředí
Typ prostředí Předpis Požadavky pro: PRACOVNÍ ŠKOLSKÉ POBYTOVÉ BAZÉNY, SAUNY STRAVOVACÍ Nařízení vlády č.361/2007 Sb., ve znění nařízení vlády č.68/2010 a č.93/2012 Sb. Vyhláška č. 410/2005 Sb. ve znění vyhl.č.343/2009 Sb. Vyhláška č.6/2003 Sb. Vyhláška č.283/2011 Sb. Vyhláška č. 137/2004 Sb., ve znění vyhl.č. 602/2006 Sb. teploty, relativní vlhkost, proudění vzduchu, chemické látky, prašnost, osvětlení, větrání teploty, relativní vlhkost, proudění vzduchu, osvětlení, větrání teploty, relativní vlhkost, proudění vzduchu, chemické látky, prašnost, výskyt mikroorganismů a roztočů teploty, relativní vlhkost, proudění vzduchu, osvětlení, větrání, mikrobiální kontaminace vody žádné limity neexistují VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ STAVEB Vyhláška č.20/2012 Sb. větrání, koncentrace CO 2 VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ STAVEB Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. Hluk a vibrace Hodnocením některých složek vnitřního prostředí se zabývají též níže uvedené normy, které zohledňují zdraví, pohodu a produktivitu práce osob pobývajících ve vnitřním prostředí budov. Přehled norem je vztažen k jednotlivým složkám vnitřního prostředí, které norma popisuje. Tepelně-vlhkostní mikroklima: ČSN EN ISO 7730 Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu Kvalita vzduchu: ČSN EN 15665 Větrání budov Stanovení výkonových kritérií pro větrací systémy obytných budov Osvětlení: ČSN EN 12464 1 Světlo a osvětlení Osvětlení pracovních prostorů, Část 1: vnitřní pracovní prostory a ČSN 730580 Denní osvětlení budov Tyto normy slouží zejména pro návrh systému vytápění, chlazení, větrání, osvětlení a dimenzování staveb s ohledem na zdraví, pohodu a produktivitu osob, nikoli s ohledem na spotřebu energie, resp. energetickou náročnost, jejíž snižování je dnes nezbytné. Nejsou tedy vhodné pro energetické výpočty a nelze je použít ani pro roční hodnocení vnitřního tepelného prostředí. Navíc výše uvedené normy popisují jednotlivé složky vnitřního prostředí vždy odděleně bez ohledu na jejich vzájemnou interakci.
Tepelně-vlhkostní mikroklima, kvalita vzduchu, osvětlení a akustika: Skutečnost, že spotřeba energie budov významně závisí na kritériích vnitřního prostředí a že energetická certifikace budov bez vazby na vnitřní prostředí nemá smysl, zohledňuje norma ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, tepelného prostředí, osvětlení a akustiky. Tato norma umožňuje stanovit a definovat hlavní parametry vnitřního prostředí, které mají vliv na energetickou náročnost budovy a slouží jako vstupní informace pro výpočet energetické náročnosti budovy a pro dlouhodobé hodnocení vnitřního prostředí. Tato norma též určuje parametry pro sledování (kontrolu) a zobrazování (měření) vnitřního prostředí ve stávajících budovách, které doporučuje směrnice o energetické náročnosti budov. Norma zavádí 4 kategorie kritérií vnitřního prostředí (tab.2), z nichž první 3 odpovídají kategoriím A, B a C dle ČSN EN ISO 7730. Tab. 2 Kategorie vnitřního prostředí podle ČSN EN 15251 KATEGORIE I II III IV POPIS vhodného použití kategorií Vysoká úroveň očekávání; prostory s velmi citlivými osobami s křehkým zdravím, se zvláštními požadavky (nemocní, velmi malé děti, starší osoby, postižení ) Běžná úroveň očekávání - pro nové budovy a rekonstrukce Přijatelné, střední úroveň očekávání - pro stávající budovy Hodnoty mimo kritéria pro výše uvedené kategorie přípustné pouze pro omezenou část roku Jednotlivé parametry vnitřního prostředí této normy vychází z výše uvedených norem ČSN EN ISO 7730, ČSN EN 15665, ČSN EN 12464-1, ČSN 730580 a z nařízení vlády č.272/2011sb. Norma stanovuje parametry tepelného prostředí, kvality vnitřního vzduchu, osvětlení a hluku. Hodnocení vnitřního prostředí budovy je založeno na těchto údajích: Tepelné prostředí: teplotní rozsah operativní teploty [ C] pro vytápění a chlazení při předpokládaných typických úrovních činnosti [MET] a tepelném odporu oděvu [CLO], PMV a PPD Kvalita vnitřního vzduchu a větrání: koncentrace CO 2, průtok větracího vzduchu [l/s] na osobu/plochu, intenzita větrání [h -1 ] Vlhkostní kritéria: návrhová relativní vlhkost pro vlhčení/odvlhčení [%] Osvětlení: úroveň osvětlenosti [lx], index oslnění UGR, index podání barev R a Akustická kritéria: hladina akustického tlaku [db] Kritéria hodnocení pro zařazení do jednotlivých kategorií (I-IV) jsou však stanovena pouze pro tepelné prostředí, kvalitu vnitřního vzduchu a relativní vlhkost. Klasifikace vnitřního prostředí budovy dle ČSN EN 15251 může být založena na návrhu, výpočtech, měření nebo dotazování. Použití návrhových kritérií neumožňuje klasifikaci budovy v průběhu určité
periody (pracovní doba, část roku-zimní provoz/letní provoz, celý rok apod.), která je často velmi důležitá, vzhledem k proměnnosti jednotlivých parametrů vnitřního prostředí v průběhu hodnocené periody. Tato klasifikace umožňuje nejen podrobnější popis kvality vnitřního prostředí, ale též podrobnější hodnocení celkové energetické náročnosti budovy. Pro klasifikaci vnitřního prostředí, resp. klasifikaci tepelného prostředí, kvality vnitřního vzduchu a relativní vlhkosti, v průběhu určité periody je vhodné použít počítačovou simulaci a dlouhodobé měření. Způsob prezentace výsledků je patrný z obr.1. Subjektivní dotazování uživatelů lze pro účely hodnocení kvality vnitřního prostředí v průběhu jisté periody použít také, avšak není možné na jejich základě provést klasifikaci vnitřního prostředí (rozdělením do jednotlivých kategorií I-IV) ani hodnocení energetické náročnosti budovy. Obr. 1 Příklad klasifikace tepelného prostředí a kvality vnitřního vzduchu/větrání v průběhu pracovní doby od 7 do 17 hodin. Rozdělení v různých kategoriích je váženo podlahovou plochou Norma ČSN EN 15251 zavádí, za určitých podmínek a předpokladů, možnost použití adaptivního modelu pro tepelné prostředí pro budovy bez strojního chlazení během teplého období roku v důsledku různého očekávání uživatelů budovy a jejich adaptace na teplejší podmínky. Model je možné použít pro budovy administrativní, budovy k obývání (s činností převážně vsedě) a budovy k bydlení. Norma stanovuje přípustné hodnoty operativní teploty (pro kategorii I-III) jako funkce exponenciálně vážené klouzavé střední teploty venkovního vzduchu, možnost zvýšení rychlosti proudění vzduchu pro zachování tepelného toku z pokožky a překročení stanovených hodnot hladiny akustického tlaku o 5-10 db (A). 3 Optimalizační metody na měřených objektech Než lze nasadit optimalizační metody replikovat na více objektech, je nejprve nutné a nezbytné tyto metody otestovat a ověřit na typových objektech v pilotních lokalitách. V současnosti jsou detailním měřením provozní energetické náročnosti a vnitřního prostředí osazeny následující objekty. Takto osazené komplexní měření dosud na uvedených typech staveb nebylo prakticky v ČR realizováno a jedná se o unikátní projekty. RD Rýmařov objekt rodinného domu v Rýmařově (realizováno, sběr dat probíhá od 03/2016) Administrativní objekt FENIX Trade s.r.o. objekt administrativního charakteru v Jeseníku (realizováno, sběr dat probíhá od 07/2016)
3.1 Dotazníkový průzkum Pro každý z uvedených objektů byl zpracován unikátní dotazník, tzn. dotazník pro administrativní objekt, dotazník pro RD. Dotazníky jsou pro objekty dostupné na internetu a probíhá jejich online vyplňování. Množství získaných dat ovlivňuje kvalitu výsledku, proto je dotazník vyplňován 2-3 krát denně (ráno/v poledne/před odchodem z pracoviště, resp. dopoledne/odpoledne). Dotazník lze online vyplňovat přes počítač, tablet nebo mobil. Vyplnění jednoho dotazníku nezabere respondentovi více než 5 minut. 3.2 Měřená data Podrobně o instalaci monitoringu a měření informuje zpráva k aktivitě A. - Installation of sensors and dataloggers for long-term measuring, 04/2015 09/2016. V současnosti probíhá analýza prvních validních dat, které jsou z 08/2016. Optimalizační metody z pohledu měřených dat pro rodinný dům budou představovat: Vyhodnocení vnitřního prostředí - týdenní pasport - měsíční pasport - roční pasport Vyhodnocení monitoringu energií - Zhodnocení všech dílčích energií za časový úsek - Solární pokrytí - výroba solárním systémem vs. Spotřeba tepla na přípravu TV (z kumulativních energií) - Solární ozáření vs. využitá produkce energie solárním systémem (kolik se dostane do zásobníku)
- Chování uživatele z pohledu spotřeby teplé vody (četnosti průtoků, spotřebované množství, stanovit odběrový diagram) - Ztráty na cirkulaci TV vs. Spotřeba energie teplé vody - Spotřeba SV a spotřeba TV - kolik TV je připraveno z SV - Osvětlení - stanovit počet hodin zapnutého osvětlení ve dne a v noci (vazba na výpočet ENB) - % podíl krbu na spotřebě energie - resp. % podíl krb, solární systém, EL kotel, topná vložka (počet hodin provozu) - Časové využívání krbu - Přepočet na suché dřevo (množství spáleného dřeva) - Četnost výkonu krbové vložky jdoucí do vody - Největší el. příkon (kdy nastává za jakých podmínek, je možné ho snížit?) Optimalizační metody pro administrativní objekt: Doporučení provozního nastavení technických systémů. - Realizace se předpokládá minimálně po dobu 6 měsíců od zahájení provozu budovy, tzn. červenec 2016 únor 2017. Práce na realizaci bodu I. předpokládají provoz budovy částečně v zimním a částečně v letním období. - týdenní vyhodnocení průběhu parametrů vnitřního prostředí v pracovní době (hlavní provoz objektu) a v režimu útlumu (mimo provozní dobu objektu) - týdenní vyhodnocení průběhu monitorovaných spotřeb a dalších provozních parametrů objektu - komunikace s provozním manažerem objektu (p. Josef Podlaha), spolupráce na nastavení systémů. Výstupy: - Doporučení úprav provozního nastavení technických systémů průběžně provoznímu manažerovi budovy Sledování chování technických systémů a parametrů vnitřního prostředí za účelem provozního nastavení objektu na základě analýzy dat z řídicího systému. - Doba realizace se předpokládá únor 2017 prosinec 2018. - Realizace představuje vyhodnocení dat z řídicího systému budovy při: o o celoročním provozu objektu, resp. běžného provozního stavu, definovaných vynucených provozních stavů objektu. - Bude sledována provozní spotřeba energie ve vazbě na vnitřní prostředí a klimatické podmínky. Vyhodnocení bude provedeno v rámci:
o letních a zimních klimatických extrémů, o přechodném období, o celoročním provozu. - Vyhodnocení měřených parametrů vnitřního prostředí a provozních parametrů spotřeby energie v rámci různých provozních stavů a časových úsecích, které jsou definovány pomocí HFV systému jako: o podpora sítě, provoz dle vnitrodenních cen energie, o spolupráce se sousedním objekte (halou) ¼ maxima, o autonomní provoz budovy po dobu 4 hodin, o skutečný výpadek sítě.
4 Přílohy 4.1 Souhrnné výstupy dotazníkového průzkumu v objektu rodinného domu v Rýmařově Jak jste spokojen/a s teplotou v místnosti? Jak vnímáte teplotou v místnosti?
Jste spokojen/a s vlhkostí vzduchu v místnosti? Vnímáte proudění vzduchu v místnosti? Jak jste spokojen/a s prouděním vzduchu v místnosti?
Jak jste spokojen/a s kvalitou vzduchu v místnosti y hlediska pachů a vůní? Co cítíte/vnímáte ve vzduchu?
Vnímáte nějaký problém spojený se slunečním svitem? Máte ve dne dostatek denního světla pro činnost, kterou v tomto místě obvykle vykonáváte? Máte aktivovaný nějaký způsob stínění oken?
Jste rušen/a zvuky v budově? Ovlivňuje barevné, materiálové či dispoziční řešení místnosti Vaši pohodu? Prosím označte, zda jste kuřačka/kuřák?
Jaké je Vaše pohlaví? Uveďte prosím jaký je Váš věk? Prosím označte, jak se dnes cítíte (fyzicky/psychicky)?
Jak jste celkově spokojen/a skvalitou vnitřního prostředí v místnosti, kde se nacházíte?