ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Úvod Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Laboratoře TZB Oblečení vhodné pro práci v terénu (technická místnost) Dodržování bezpečnosti práce dle pokynů vedoucího Řešení úloh v týmech po 3-4 osobách Odevzdávání úloh do stanoveného termínu Odevzdávání přednostně elektronicky 2
Laboratoře TZB Literatura: Energetické systémy TZB-normy, zákony, vyhlášky, technické informace Manuály a návody měřících zařízení Informace na doporučených internetových adresách 3
Laboratoř TZB - hydraulika Demonstrační výuková laboratoř technických zařízení budov 4
Laboratoř IB Laboratoř inteligentních budov 5
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Cvičení Základy vědecké práce a provádění měření Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Základy vědecké práce a provádění měření Prostudujte materiál popisující základy vědecké práce a provádění měření Odpovězte na otázky zadané na cvičení týkající se vědecké práce, autorského zákona, citací
Základy vědecké práce Teoretický základ Metodologie vědecké práce (jak dosáhnout cíle) Informační zdroje Struktura vědeckého sdělení článek v časopise, příspěvek ve sborníku, vystoupení na konferenci, poster, monografie, výzkumná zpráva, výstupy, realizace výsledků, transfer technologií Etika vědecké práce Zdroje financí Grantový systém v ČR Možnosti využití grantové podpory ze zahraničí a EU Soukromé a jiné zdroje financování. 8
Věda Hlavním cílem vědy je hledání pravdy o fungování systémů. Výzkum - systematická aktivita využívající vědeckých metod Základní - veden čistě snahou odkrývat podstatu jevů Aplikovaný - na prvním místě je ekonomický či společensky prospěšný zájem Ideální je kombinace základního a aplikovaného výzkumu. Vědecké poznání je poháněno neustálým přibližováním se k vědění 9
Metody vědeckého zkoumání Metody empirické pozorování měření experimentování Metody logické využívajících principy logiky a logického myšlení abstrakce konkretizace analýza syntéza indukce dedukce INDUKCE Pozorování Položení otázky DEDUKCE Obecná teorie Hledání odpovědi 10
Struktura vědecké práce 1. Úvod zdůvodnění aktuálnosti tématu a nastínění problému stanovení cíle práce. 2. Teoretická část práce současný stav problematiky teoretické poznatky, vztahující se k danému problému charakteristiku metod a postupů, které budou pro řešení problému použity. 3. Praktická část práce Popis použitých metod zpracování tématu, vlastní vyhodnocení 4. Závěr zhodnocení dosažených výsledků zobecnění, doporučení pro další práci 11
Etika vědecké práce Etika (soustava mravních zásad) vědecké práce je složitý a citlivý problém a autor by si měl být vědom a dodržovat příslušná pravidla slušného chování. Hlavní zásady: Být skutečně autorem dané práce Řádně citovat zdroj. Týká se to nejen textových pasáží, ale i tabulek,grafů, obrázků. Uvést vlastní zdroj autora v případě autorství. Nechápat věcnou kritiku jako nepřátelství Publikovat jen správné a prověřené závěry Autorský zákon 12
Autorský zákon Plný název: Zákon o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů Zákon č. 121/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů Dílo nebo jeho část není možné bez souhlasu autora jakkoliv užít 30 Volná užití osobní potřeba rozmnožování na papír nebo podobný podklad pro osobní nebo vnitřní potřebu firmy Zákonné užití díla 31 Citace Do práva autorského nezasahuje ten, kdo a) cituje ve svém díle v odůvodněné míře výňatky ze zveřejněných děl jiných autorů, b) zařadí do svého samostatného díla vědeckého, kritického, odborného nebo do díla určeného k vyučovacím účelům, pro objasnění jeho obsahu, drobná celá zveřejněná díla, c) užije zveřejněné dílo v přednášce výlučně k účelům vědeckým nebo vyučovacím či k jiným vzdělávacím účelům; vždy je však nutno uvést jméno autora, nejde-li o dílo anonymní, nebo jméno osoby, pod jejímž jménem se dílo uvádí na veřejnost, a dále název díla a pramen. 13
Způsobilost k měření laik poučená osoba Jak provádět měření osoba s dokladem o způsobilosti k provádění měření (v řadě oblastí nutné odborné vzdělání, autorizace,..) příklad-měření účinnosti zdroje tepla Způsob provádění měření v řadě oblastí definován předpisy (norma, vyhláška, zákon,..) dán odborným posouzením způsobilé osoby např. soudní znalec
Jak provádět měření Znát důvod provádění měření Nastudovat legislativu v dané oblasti Umět pracovat s měřícími přístroji Správně definovat čas a způsob měření Provést měření Zpracovat naměřená data Vytvořit závěr
Provádění samotného měření - praktické rady Znát důvod provádění měření Zvolit vhodné měřící zařízení závislost na dodávce energie přesnost a další charakteristiky zařízení (velikost paměti,..) způsob ovládání odolnost vůči poškození vandalství, prostředí Zvolit vhodný termín časové možnosti, výskyt chybových jevů, počasí, chování uživatelů Vyzkoušet veškeré potřebné funkce měřícího zařízení v dostatečné době před odjezdem na měření, kontrola připravenosti zařízení (baterie, kabely,..) Rozmyslet způsob měření, způsob záznamu dat, podmínek měření
Provádění samotného měření - praktické rady Transport na místo měření Průběh měření fotografie, zaměření polohy měřícího přístroje, určení podmínek měření (klimadata,..), provádění měření Kontrola uložení a čitelnosti změřených dat Transport z místa měření Zpracování dat Vytvoření závěrů Vypracování zprávy z měření
Zpráva z měření Zadání Místo měření (popis místa, podmínek) Seznam použitých měřících zařízení (přesné označení, výrobce, technický stav, údaje o kalibraci,..) Popis měřicí metody (vysvětlení principu, schémata, popis pracovního postupu) Naměřené a vypočítané hodnoty Zhodnocení výsledků a měření, soupis podkladů
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Cvičení Měření kvality vnitřního prostředí Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Měření kvality vnitřního prostředí Změřte parametry vnitřního prostředí Posuďte, zda prostředí vyhovuje zadaným kritériím pro daný typ budovy (bydlení, administrativa, výroba, školství, restaurace, ubytování) Vypracujte zprávu z měření
Teoretický základ Měřící zařízení a požadavky na vnitřní prostředí Popis měřícího zařízení Kalibrace zařízení Normy a předpisy stanovující požadavky na vnitřní prostředí 21
Zařízení pro měření vnitřního prostředí CO2 Teploměr a vlhkoměr Kulový teploměr Anemometr Univerzální záznamník Stojan s ramenem
Parametry prostředí Teplota kulového teploměru tg ( C) kulový teploměr pro měření střední radiační teploty měřicí rozsah -50 až +200 C měděná koule průměru 150 mm s centrálně umístěným Pt100-čidlem Teplota a vlhkost vzduchu ta, rh ( C, %) kombinované čidlo teplota-vlhkost vzduchu rozsah: teplota -20 až +60 C vlhkost 5 až 98%rH 23
Parametry prostředí Koncentrace CO 2 (%, ppm) stacionární snímač - měřicí rozsah: 0...2,5% (dle typu), přesnost +- 2% z rozsahu, pracovní teplota: 5 až 40 C, princip: IR-optický ruční snímač - měřicí rozsah: 0...10 000 ppm, přesnost: do 5000 ppm +-50 ppm +- 2% z měř.hodnoty, pracovní teplota: 0 až 50 C, princip: 2 kanálový IR-absorbční 24
Parametry prostředí Termoanemometrické všesměrové čidlo (m/s) pro měření nízkých rychlostí proudění vzduchu 0,01 až 1,00 m/s rozlišení 0,01 m/s teplotní kompenzace v rozsahu 0 až 40 C Anemometrické čidlo sonda pro měření rychlosti proudění vzduchu, měřicí rozsah: 0,1 až 20 m/s, průměr sondy 80 mm, provozní teplota -20 až +140 C sonda pro měření rychlosti proudění vzduchu měřicí rozsah: 0,6 až 40 m/s, průměr sondy 15 mm, provozní teplota: -20 až +140 C 25
Parametry prostředí Záznamník dat ALMEMO 2690-8 (datalogger) 5 měřících vstupů pro ALMEMOkonektory programovatelné konektory
Vnitřní prostředí budov Normy a předpisy: ČSN EN ISO 7730 Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu ČSN EN 15251 Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, teplotního prostředí, osvětlení a akustiky ČSN EN ISO 7726 Ergonomie tepelného prostředí - Přístroje pro měření fyzikálních veličin 27
Zákony Vnitřní prostředí budov č. 183/2006 Sb., stavební zákon (nahrazuje zákon č. 50/1976 Sb.) č. 20/1966 Sb., o zdraví lidu č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví č. 262/2006 Sb., zákoník práce (nahrazuje zákon č. 155/2000 Sb.) č. 309/2007 Sb., kterým se upravují další požadavky bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v pracovněprávních vztazích a o zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při činnostech nebo poskytování služeb mimo pracovněprávní vztahy 28
Vnitřní prostředí budov Prováděcí předpisy nařízení vlády č. 148/2006 Sb., o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) nařízení vlády č. 1/2008 Sb., o ochraně zdraví před neionizujícím zářením (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci (prováděcí předpis k zákonu č. 309/2007 Sb. a 262/2006 Sb.) vyhláška Ministerstva pro místní rozvoj č. 137/1998 Sb., o obecných technických požadavcích na výstavbu (prováděcí předpis k zákonu č. 50/1976 Sb.) ve znění vyhlášky č. 502/2006 Sb. (změny v souladu s novým stavebním zákonem č. 183/2006 Sb.) vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 410/2005 Sb., o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) - v současné době v novelizaci vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 137/2004 Sb., o hygienických požadavcích na stravovací služby a o zásadách osobní a provozní hygieny při činnostech epidemiologicky závažných (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) ve znění vyhlášky č. 602/ 2006 Sb. vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 135/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na koupaliště, sauny a hygienické limity písku v pískovištích venkovních hracích ploch (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 255/2003 Sb., kterou se stanoví správná lékárenská praxe, bližší podmínky přípravy a úpravy léčivých přípravků, výdeje a zacházení s léčivými přípravky ve zdravotnických zařízeních a bližší podmínky provozu lékáren a dalších provozovatelů vydávajících léčivé přípravky (prováděcí předpis k zákonu č. 258/2000 Sb.) 29
Druh práce 30
31
32
Požadavky na mikroklimatické podmínky na pracovišti Pracoviště s neudržovanou teplotou po celý kalendářní rok 33
Požadavky na mikroklimatické podmínky na pracovišti tomin, tgmin je pro clo=1 tomax, tgmax je pro clo=0,5 va rychlost proudění vzduchu Rh relativní vlhkost Jde buď o průměrné hodnoty za celou směnu nebo průměrné hodnoty části s měny s rozdílnými teplotami 34
Operativní teplota t0 ( C) Tepelné prostředí jednotná teplota uzavřeného černého prostoru (prostoru o stejné teplotě vzduchu i stejné střední radiační teplotě), ve kterém by lidské tělo sdílelo konvekcí i sáláním stejné množství tepla jako ve skutečném, teplotně nesourodém prostředí vypočtená hodnota teplota kulového teploměru teplota vzduchu rychlost proudění vzduchu 35
Operativní teplota t0 ( C) Tepelné prostředí Měření: teplota kulového teploměru tg ( c) teplota vzduchu ta ( c) rychlost proudění vzduchu va (m/s) pokud va<0,2 m/s pokud ABS [ta-tr] <4 C t t 0 t 0 g t a t 2 r jinak t 0 = K. t g + 1 K. t a tr střední radiační teplota ( C) Princip výpočtu střední radiační teploty spočívá ve stanovení poměrů osálání v libovolně definovaném bodě na základě geometrických poměrů vzájemné polohy mezi sálající a osálanou plochou (osobou). 36
Operativní teplota t0 ( C) t 0 = K. t g + 1 K. t a Tepelné prostředí K A h r rg h. A h h D r c K váhový koeficient Ar povrch těla s vlivem sálání (m 2 ) AD celkový povrch těla (m 2 ) AD = (W 0.425. H 0.725 ). 0,007184 W hmotnost osoby (kg) H výška osoby (cm) ɛ emisivita kůže, oděvu h r součinitel přestupu tepla sáláním (W.m -2.K -1 ) h c součinitel přestupu tepla prouděním (W.m -2.K -1 ) h rg součinitel přestupu tepla sáláním v úrovni kulového teploměru (W.m -2.K -1 ) = 6,01 h cg součinitel přestupu tepla prouděním v úrovni kulového teploměru (W.m -2.K -1 ) pro nucené proudění vzduchu h cg = 6,3.(v 0,5 a /D 0,4 ) pro přirozené proudění vzduchu h cg = 1,4.(Δt/D) 1/4 v a rychlost proudění vzduchu v úrovni koule (m.s -1 ) D průměr koule kulového teploměru (m) Δt rozdíl teplot t a - t g (K) cg 37
Koncentrace CO2 Koncentrace CO 2 ve vnějším prostředí 330-370 ppm koncentrace CO 2 v interiéru (1200 ppm) V max,in m out V množství čerstvého vzduchu pro udržení stanovené koncentrace škodliviny (l/h) m produkce škodliviny v interiéru (l/h) ρmax,in maximální koncentrace škodliviny v interiéru (g/m 3 ) ρout koncentrace škodliviny v přiváděném vzduchu (g/m 3 ) Příklad: Maximální koncentrace CO2 v interiéru 1200ppm = 1,2 g/m 3 Produkce CO2 dýcháním 19 l/h Koncentrace CO2 ve venkovním vzduchu 350 ppm=0,35 g/m 3 V = 19/(1,2-0,35)=22,4 m 3 /h osobu 38
Vyjadřování vlhkosti (h-x diagram) Vlhkost vzduchu Relativní vlhkost rh (%) rh běžně 30-70 % Absolutní vlhkost x měrná vlhkost g/kg s.v. 39
Příklad zprávy z měření
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Cvičení Měření rychlosti proudění vzduchu v interiéru Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Měření rychlosti proudění vzduchu v interiéru Změřte rychlost proudění vzduchu v různých výškách na d podlahou místnosti Posuďte, zda rychlost proudění vzduchu vyhovuje zadaným kritériím pro daný typ budovy (bydlení, administrativa, výroba, školství, restaurace, ubytování) Subjektivně posuďte, jaká rychlost proudění vzduchu je pro vás optimální Vypracujte zprávu z měření
Teoretický základ Měřící zařízení Rychlost proudění vzduchu vliv na pohodu člověka Průvan Nerovnoměrnost ochlazování těla 43
Parametry prostředí Termoanemometrické všesměrové čidlo pro měření nízkých rychlostí proudění vzduchu 0,01 až 1,00 m/s rozlišení 0,001 m/s teplotní rozsah 0 až 40 C malá mechanická odolnost sensoru, vysoká cena 44
Parametry prostředí Umístění sensorů na stojanu
Měření rychlosti proudění vzduchu Příklad zprávy
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Cvičení Osvětlení interiéru Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Měření intensity osvětlení v interiéru Změřte intensitu osvětlení v zadaném místě laboratoře Porovnejte intensitu osvětlení interiéru při použití různých zdrojů světla Posuďte, zda intensita osvětlení vyhovuje požadavkům na osvětlení zadaného typu prostředí Vypracujte zprávu z měření
Měřící zařízení Luxmetr Teoretický základ zařízení pro měření osvětlenosti měřící zařízení bez záznamu dat měřící ústředna se záznamem naměřených dat
Laboratoř inteligentních budov Systém osvětlení v komoře je vytvořen z moderních svítidel napojených na univerzální sběrnici Systém osvětlení lze ovládat pomocí programovatelného ovladače nebo pomocí softwarového ovládání řídící jednotky z počítače
Testovací svítidla
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Cvičení Měření meteorologických dat Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Zadání úlohy Vyhodnocení klimatických dat Zpracujte obdržená klimatická data naměřená meteorologickou stanicí Data analyzujte a stanovte extrémy v daném období
Teoretický základ Meteorologie je věda zabývající se procesy a jevy v atmosféře tzv. fyzika atmosféry pěstování plodin zemědělství - závislost člověka na počasí (5000 př.n.l.) 17.stol. měření tlaku vzduchu, teploty vzduchu, rychlosti vzduchu 1850 synoptická meteorologie - sledování počasí na rozsáhlém území, vyhodnocování dat a určování vývoje počasí 1941 radarová meteorologie 1970 družicová meteorologie 54
Efektivní řízení TZB systémů Efektivní provoz energetických systémů budoucí potřeby energií a budoucí dodávky energií. Kapacita zdroje energie, kapacita akumulačního systému. nejvíce proměnné jsou vnější klimatické podmínky změny pravidelné změny nepředvídatelné povodně, sucha 55
Předpověď počasí Předpověď počasí Empirické metody dle tlaku vzduchu a vývoje počasí + poznatky o atmosférických frontách Dnes použitelné pouze pro krátkodobé (1 denní) předpovědi. Předpovědní modely založeny na simulačních výpočtech procesů v atmosféře planety. Inteligentní budova-snaha o co nejefektivnější využívání energetických zdrojů, které jsou proměnné. 56
Teplota vzduchu ( C) - tepelné ztráty, tepelné zisky - systém vytápění, chlazení - jednoduché měření Parametry klimatu Intenzita solárního záření (W/m 2, kwh/čas) pyranometr - tepelné zisky - solární kolektory, fotovoltaické články - dražší měřící zařízení, velmi proměnné, velký vliv lokálních podmínek (mlha, smog) a celkových podmínek (vliv mraků) 57
Parametry klimatu Rychlost větru (m/s) - přirozené, hybridní větrání - větrná turbína, větrací systém - souvisí se změnami tlaku vzduchu Směr větru (-) - přirozené, hybridní větrání - větrací systém 58
Tlak vzduchu (hpa) - předpověď vývoje počasí - dostupné měřící zařízení Parametry klimatu Množství srážek, relativní vlhkost vzduchu (mm H 2 O, %) ombrometr, srážkoměr - systém využití dešťových vod - zdravotechnika, zalévání rostlin 59
Meteorologická stanice Meteorologická stanice 60
Meteorologická stanice katedry TZB univerzální měřicí přístroj datalogger ALMEMO 2690-8 meteo-multisnímač FMA510 pro měření rychlosti větru 0,5 až 60 m/s, směru větru 0 až 360, teploty vzduchu -52 až +60 C, rel. vlhkosti vzduchu 0 až 100%, atmosferického tlaku 600 až 1100 mbar (hpa), množství a intenzity srážek 0 až 200 mm/hod. snímač slunečního záření typ FLA613GS (měřicí rozsah: 0... ca.1200 W/m 2, spektrální rozsah: 400 až 1100 nm)
Předpověď počasí Profesionální předpovědní model - využitím nejmodernějších simulačních metod - relativně vysoká přesnost modelu - nutnost připojení na vnější informační systém - četnost spojení : 1x denně, hodinové aktualizace, online Český hydrometeorologický ústav - nejpřesnější regionální předpověď počasí pro ČR - určována max. a min. teplota vzduchu, rychlost větru, směr větru, oblačnost a jev počasí - numerický výpočtový model 62
Numerická předpověď počasí Zpracování naměřených údajů a výpočet pravděpodobného budoucího stavu. Dynamické jádro=soustava fyzikálních rovnic v prostorové síti pokrývajících některé procesy (rozlišení modelu 2-50km, vliv záření, rychlost výpočtu) Systém fyzikálních parametrizací-řešení důležitých jevů nezachycených dynamickým jádrem Využití vypočtených dat: - meterologové-předpověď počasí - speciální aplikace-hydrologické a povodňové modely, stav silnic, znečištění ovzduší! chyby modelu! 63
Skutečnost? Předpověď na 9h Předpověď na 16h 64
Přesnost předpovědi 65
Přesnost předpovědi 66
Mezinárodní předpovědní modely Numerical weather forecast (Varšava) 67
Závěr