ENERGETICKÝ AUDIT BUDOV PODROBNOSTI VÝPOČTU ENB Miroslav Urban
VÝPOČET ENB ROČNÍ Č BILANCE SPOTŘEBY Ř ENERGIE BUDOVY ZOHLEDNĚNÍ VŠECH ROČNÍCH PROVOZNÍCH SATVŮ BUDOVY DYNAMICKÉ VNĚJŠÍ VLIVY - KLIMATICKÁ DATA PŘEDPOKLAD STANDARDIZOVANÉHO UŽÍVÁNÍ BUDOVY STATICKÉ VNITŘNÍ VLIVY - PROVOZNÍ ZATÍŽENÍ BUDOVY PŘEDPOKLÁDÁ SE DYNAMICKÉ CHOVÁNÍ ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ
PARAMETRY VÝPOČTU STAVEBNÍ ŘEŠENÍ Š Í OBJEKTU SYSTÉMOVÉ ŘEŠENÍ ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ ROČNÍ PROVOZ BUDOVY = APROXIMOVANÝ FYZIKÁLNÍ MODEL DYNAMICKÉ PARAMETRY (KLIMA DATA) STATICKÉ PARAMERY ZJEDNODUŠENÁ FORMA DYNAMICKÝCH PARAMETRŮ, Ů KTERÉ SE V PRŮBĚHU Ů Ě ROKU MĚNÍ
Vytápění Systém vytápění ě je zpohledu určení č jeho účinnosti nutné chápat jako celek, kde se odehrávají celkem tři procesy: výroba (transformace) energie určena zdrojem tepla, principem transformace primární energie distribuce ib energie určena č kvalitou distribuční ib č sítě ě a efektivitou dodávky do místa spotřeby sdílení (emise) energie určena systémovým řešením koncových prvků předání tepla, jejich umístění a jejich schopností reagovat na změny uvnitř vytápěného prostoru, Za předpokladu účinného systému regulace, určitý vliv regulace systémů je zohledněn
Model energetických systémů Vytápění teplovodní systémy, vytápění pomocí VZT VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ η H,gen η H,dis η H,em Příprava TV rozvod teplé vody, vč. č cirkulace ikl VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ η W,gen η W,dis η W,em Chlazení systémy strojního chlazení, chlazení VZT VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ η C,gen η C,dis η C,em
ČSN EN ISO 15316 E VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ Stanovení účinnosti výroby, distribuce a sdílení energie, vč. pomocné energie s ohledem na: Otopné soustavy Část t 2-1: 21 Sdílení í tepla pro vytápění ě (účinnost emise..) Část 2-3: Rozvody tepla pro vytápění (účinnost distribuce) Příprava TV Část 3-1: Soustavy teplé vody, charakteristiky potřeb (požadavky na odběr vody) d) (roční potřeba TV) Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody (účinnost distribuce) Část t 3-3: 33 Soustavy teplé vody, příprava (účinnost přípravy)
ČSN EN ISO 15316 Zdroje energie Část 4-1: Zdroje tepla pro vytápění, kotle (účinnost výroby) Část 4-3: Výroba tepla na vytápění, tepelné sluneční soustavy Část 4-4: 4: Výroba tepla na vytápění, kombinovaná výroba elektřiny a tepla integrovaná do budovy Část t 4-5: 45 Výroba tepla na vytápění, ě účinnost a vlastnosti ti dálkového vytápění a soustav o velkém objemu Část 4-6: Výroba tepla na vytápění, fotovoltaické systémy
Vytápění - účinnost sdílení energie S jakou účinností je pokryta potřeba tepla na vytápění v místnosti Resp. s jakou odezvou reaguje otopná plocha např. na změnu podmínek (vliv sluneční radiace, vliv osob apod.) η H,em,z =?
ČSN EN ISO 15316-2 (výpočet OT) Účinnost emise tepla (sdílení) η H, em,z [%] Stanovení η str1 η str2 η Ctr η em Proporcielní reg. na OT 2K 093 0,93 Měření není regulace na OT 0,8 70/55 0,93 Odhad 55/45 0,95 Výpočet Obvodová stěna 095 0,95 1 Obyčejné zasklení 0,83 η H,em,z = 0,88
ČSN EN ISO 15316-2 (výpočet VZT) Účinnost sdílení energie na vytápění u teplovzdušných systémů pro bytové objekty Charakteristika VZT systému VZT systém, kdy θ H,supp > θ i,supp (vyústka u vnější stěny) Způsob regulace η H,em,ahu [-] PI regulace jednotlivých místností 0,93 P regulace jednotlivé místnosti (1K) 0,92 Zónová P-regulace (1K) 0,90 Centrální regulace zdroje tepla a regulace teploty přiváděného vzduchu pomocí referenční místnosti 0,92 Pouze centrální regulace pro přívodně odvodní jednotku 0,88 DTTO pro nebytové η Systémové řešení Ovlivňující faktor H,em,ahu [-] - - Pokojová teplota 0,82 0,87 Dodatečný dohřev přiváděného řízeníí podle teploty přiv vzduchu 088 0,88 090 0,90 vzduchu Teplota odváděného vzduchu 0,81 0,85 indukční zařízení Pokojová teplota 0,89 0,93
Vytápění - účinnost distribuce energie Účinnost systému distribuce ib energie na vytápění ě η H,dis,z závisí áií (předpokládá se) na: stavu tepelné izolace rozvodů a délce rozvodů, hydraulickému vyvážení soustavy a nastavení odpovídajících průtoků distribučního media (vzduch, voda). Orientačně lze účinnost systému distribuce energie na vytápění z pohledu ztrát rozvodů za předpokladu správné hydroniky (průtoků vzduchu a zaregulování systému) otopné soustavy stanovit poměrem teoretických ztrát z rozvodů Q H,ls,dis spotřebou energie na vytápění Q H,nd a stanovit tak zjednodušeně účinnost distribuce energie
ČSN EN ISO 15316-2 výpočet distr Účinnost distribuce tepla η H, dis,z [%] podle ČSN EN 15316-2 (2008) (resp. DIN V 18599-5 (2005)) Ψ H,ls,dis je průměrný lineární součinitel prostupu tepla rozvodů [W/(m.K] L H,dis,z je délka rozvodů otopné soustavy [m] θ H,m je střední teplota otopného media [ C], θ i,j je teplota okolí pro příslušné části rozvodů vj-týčasový úsek [ C], t H,op je roční doba provozu systému vytápění [h], [],
ČSN EN ISO 15316-2 výpočet distr Část rozvodů otopné soustavy Ψ H,ls,dis [W/(m.K)] Horizontální rozvody Svislé stoupací rozvody Připojovací rozvody (V) (S) (A) Po 1995 0,20 0,30 0,30 1980 až 1995 0,30 0,4 0,40 do 1980 0,40 0,40 0,40 Neizolované rozvody A 200m 2 1,00 1,00 1,00 500m 2 <A 500m 2 2,00 2,00 2,00 A 500m 2 3,00 3,00 3,00 Lineární součinitel prostupu tepla Ψ H,ahu,ls,dis [W/(m.K)] 0,45 0,85 0,85
Účinnost zdroje tepla Popisný údaj zdroje tepla účinnost výroby energie zdrojem η H,gen, [-] Stanovení Výpočtem výsledek vyjadřuje účinnost kotle při %ním zatížení RD kotel na tuhá paliva (biomasa) průměrný provoz charakterizuje výkonové zatížení cca 70%! Aproximace ročního provozu zdroje tepla obecně platí pro všechny zdroje Příklad výpočtu podle ČSN EN 15316 (2008) a DIN V 18599-5 (2005) A, B korekční faktory podle typu kotle a stáří [-] Q N jmenovitý výkon kotle [kw]
Účinnost zdroje tepla - kotel Typ kotle Zdroj tepla A H,sys [-] B H,sys [-] do 1978 72,0 3,0 Kotel na pevná paliva 1978-1994 75,0 3,0 od 1994 77,0 3,0 Standardní plynový kotel do 1978 76,0 3,0 Plynový kotel 1978-1994 78,0 3,0 od 1994 81,5 30 3,0 Kotel na biomasu třída 3 od 1994 68 7 třída 2 od 1994 58 7 třída 1 od 1994 48 7 Nízkoteplotní plynový kotel Plynový kotel do 1978 86,0 1,5 1978-1994 89,0 1,5 Průtokový ohřívač (11kW, 18kW a 24 kw) do 1987 1987-1992 do 1987 95,0 1,0 Kondenzační kotel 1987-1994 97,5 1,0 od 1994 98,0 1,0 Kondenzační kotel od 1999 100 1,0
Účinnost zdroje tepla příklad - rodinný dům Standardní plynový kotel 20 kw η H,gen = 85 % 74 946,6 6 MJ (VYT) 79,1 kwh/m 2 Třída B Nízkoteplotní plynový kotel 20 kw η H,gen = 90 % 70 782,9 MJ (VYT) 75,3 kwh/m 2 Třída B Kondenzační kotel 20 kw η H,gen = 99 % 64 348,1 MJ (VYT) 69,1 kwh/m 2 Třída B B B B
Účinnost zdroje tepla tepelné čerpadlo informativní hodnoty COP H,sys reprezentují průměrnou účinnost zdroje při částečném zatížení, pro výpočet se předpokládá konstantní hodnota Aproximace okrajových podmínek + využitelného výkonu TČ Tepelné čerpadlo principu země - voda (pohon elektřina) Primární teplota -5 C 0 C 5 C -5 C 0 C 5 C Výstupní teplota ~ 35 C 50 C θ H,supp Relativní topný výkon 0,88 1,00 1,12 0,85 0,98 1,09 COP H,sys [-] 37 3,7 43 4,3 49 4,9 26 2,6 30 3,0 34 3,4
ČSN EN ISO 15316 - aplikace Výpočetní postupy obsažené v balíku ČSN EN ISO 15316 Ve zjednodušené podobě obsahuje Metodická příručka MPO pro výpočet ENB Pomocné výpočty budou obsahovat v základní podobě výpočetní nástroje pro výpočet ENB Odborná literatura
Problematika přípravy teplé vody Příprava TV - důležitá část pro celkové hodnocení a vytvoření modelu budovy, pokud je potřeba.
Příklad NE bytový dům Stavební řešení š í budovy Obvodový plášť kombinuje železobeton, keramické tvárnice Tloušťka tepelné izolace > 160 mm ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov Tepelně technické vlastnosti splňují DOPORUČENÉ požadavky Energetický štítek obálky budovy CI = 0,53 třída B - úsporná
Příklad dům sekce E (NED) Energetické systémy Energetické VYTÁPĚNÍ systémy Ě objektu Objektová předávací stanice pro vytápění a přípravu TV 30 kw Teplovodní OS 75/55 C s ekvitermní regulací, podlahové a nástěnné konvektory, otopná tělesa VĚTRÁNÍ Větrací jednotka - řízené větrání v bytech Účinnost ZZT 65% Přívod čerstvého vzduchu podlahovými konvektory OHŘEV TV Kombinace průtočného ohřevu v PS doplněného zásobníkem, spotřeba TV 665 m 3 /rok Zdroj tepla objektová PS OSVĚTLENÍ příkon osvětlovací soustavy není znám standardizovaná hodnota 4,4 kwh/m 2 (1,3 kwh/m 2 )
Příklad dům sekce E (NED) hodnocení ENB Roční spotřeba energie Vytápění Příprava TV Osvětlení Pomocná energie 8% 7% 36% 49% Spotřeba energie na přípravu TV ROZHODUJÍCÍ
Energetické náročnost budovy Spotřeba energie energetické náročnost budovy VYTÁPĚNÍ typ zdroje tepla, řešení soustavy CHLAZENÍ systémové řešení výroby a distribuce chladu KLIMATIZACE (VLHČENÍ) způsob úpravy parametrů vnitřního prostředí (technologie) PŘÍPRAVA TV dodaná energie OSVĚTLENÍ osvětlovací soustava OZE KVET TV VYT OZE
Dodaná energie na přípravu TV Roční č dodaná d energie na přípravu teplé vody Q fuel,w Q Wdiszj W,dis,z,j je potřeba energie dodané do distribučního systému přípravy p teplé vody Q W,nd,z,j je potřeba energie na přípravu teplé vody v z-té zóně v j-tém časovém úseku
Spotřeba energie na přípravu TV ZÁKLADNÍ POPIS SYSTÉMU Definovat zdroj tepla, systémové řešení Přiřazení zdroje tepla pro přípravu TV PŘÍPRAVA TV - PŘÍMÉ ČÍSELNÉ VSTUPY Účinnost distribučního ib č systému přípravy TV (%) Účinnost systému přípravy TV (%) Množství TV na základě referenční potřeby (m 3 /rok) Teplota teplé vody (ve zdroji přípravy) ( C) POMOCNÁ ENERGIE PŘÍMÝ ČÍSELNÝ VSTUP příkonu a typ OBĚHOVÝCH ČERPADEL
Spotřeba energie na přípravu TV ROČNÍ SPOTŘEBA TV [m3/rok] Normové hodnoty? ČSN 06 0320 - Tepelné soustavy v budovách - Příprava teplé vody EN 15316 - Tepelné soustavy v budovách DIN V 18599 7 energetická náročnost přípravy TV Směrná čísla roční potřeby studené vody Vyhláška 428/2001 Sb. - Příloha 12 Optimalizační studie předpokládáaného provozu objektu Měřené odběry Výpočet spotřeby analýza provozu ROČNÍ SPOTŘEBA TV [m3/rok] Podložený obhajitelný a technický správný údaj
Účinnost systému přípravy TV EN 15316 tepelné soustavy v budovách (část 3) Q fuel,w VÝROBA DISTRIBUCE SDÍLENÍ Í Část 3-1: Soustavy teplé vody, charakteristiky potřeb (požadavky na odběr vody) (roční potřeba TV) Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody (účinnost distribuce) ib Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava (účinnost přípravy)
Roční spotřeba TV Stavby pro bydlení podle ČSN EN 15 316-3 Byt A>27 m 2 denní spotřeba TV Byt A>14 m 2 a <27 m2 Byt 150 m2 Byt 75 m2 denní spotřeba TV/byt = 80,3 l/(byt.den) roční spotřeba TV/byt = 28 m3/(byt.rok) denní spotřeba TV/byt = 153 l/(byt.den) roční spotřeba TV/byt = 53 m3/(byt.rok) x je konstanta, uvažuje se 39,5 l/den, y je konstanta, uvažuje se 90,2 l/den, z je konstanta, uvažuje se 1,49 l/(m 2.den).
Roční spotřeba TV Měrné spotřeby teplé vody pro nebytové budovy V W,f,z,j podle ČSN EN 15 316-3 Typ budovy V W,f,z,j [l/(mj.den)] Měrná jednotka Zdravotnická zařízení (bez prádelny) 56 l/(mj.den) lůžko Zdravotnická zařízení (s prádelnou) 88 l/(mj.den) lůžko Stravovací zařízení (samoobslužné) 4 l/(mj.den) host Stravovací zařízení (s obsluhou) 10 l/(mj.den) host Hotel 1*-4* (bez prádelny) 56 118 l/(mj.den) lůžko Hotel 1* - 4* (s prádelnou) 70 132 l/(mj.den) lůžko Sportovní zařízení í 101 l/(mj.den) sprcha
Roční spotřeba TV energie Zjednodušeně lze potřebu energie pro přípravu teplé vody v příslušné z-té zóně za den Q W,nd,z,d v GJ stanovit podle DIN V 18599-10 Typ zóny q W,nd,f,z,d [kwh/(mj.den)] q W,nd,A,z,d [kwh/(m 2.den)] Administrativní budova 0,4 kwh na osobu a den 30 Wh/(m 2.d) Nemocnice - lůžka 8 kwh na osobu a den 530 Wh/(m 2.d) Škola 0,5 kwh na osobu a den 170 Wh/(m 2.d) Budovy pro obchod 1 kwh na zam. a den 10 Wh/(m 2.d) Výrobní provozy, dílny (šatny) 1,5 kwh na zam. a den 75 Wh/(m 2.d) Hotel (b (ubytovna) 1,5 kwh na lůžko a den 190 Wh/(m 2.d) Hotel (standard ***) 4,5 kwh na lůžko a den 450 Wh/(m 2.d) Hotel (vyšší standard ****) 7 kwh na lůžko a den 580 Wh/(m 2.d) Restaurace, stravování 1,5 kwh na místo a den 1250 Wh/(m 2.d) Sportovní zařízení (sprchy) 1,5 kwh na místo a den -
Mechanické větrání vzduchotechnika Použití VZT jednotky s ZZT průměrnou roční hodnotu účinnosti zpětného získávání tepla. V podkladech výrobců - uvedena návrhová hodnota odpovídající maximálnímu zatížení energetického systému, která je vzhledem k průměrnému ročnímu provozu o 10-15% nižší. Systém zpětného získávání tepla η H,hr,sys [-] Deskový výměník 0,5 Křížový deskový výměník 0,65 Křížový kompaktní deskový výměník 0,7 Rotační výměník (sorpční) 0,7
Princip chlazení budovy Strojní chlazení distribuční rozvod chladu výparník zdroj chladu - chladící jednotka - kondenzátor zisky koncový spotřebič chladu obsluhovaný prostor tepelné zisky chlazení kondenzátoru Distribuční medium: chladící voda - teplotní spád 6/12; 18/25 C, pozn. nutný odvod kondenzátu z koncového spotřebiče, v závislosti na potřebě odvlhčení vzduchu vzduch - klimatizace samotné chladivo - chladivové systémy, přímé výparníky roztoky soli - nemrznoucí směs pro t < 0 C
Příklad strojního chlazení Systém chlazení pokrývající í potřebu chladu v budově ě se skládá z několika částí: zdroje chladu rozvodu chladu hld k jednotlivým jd liý koncovým zařízením í koncových odběrných zařízení zařízení chladící kondenzátor zdroje chladu okruh distribučního media okruh chladiva okruh chladící vody
Strojní chlazení Model pro výpočet celkové dodané energie do budovy je analogií k vytápění Odlišné okrajové podmínky pro výpočet parametry účinností - př. Emise, distribuce Účinnost výroby chladů závislá na systémovém řešení (EER + PLV (iplv)) η C,em,z [-] η C,dis,z [-] Studená voda 6/12 C (např. fancoil s ventilátorem) 0,81 0,9 Studená voda 8/14 C (např. fancoil s ventilátorem) 0,91 0,9 Studená voda 14/18 C (např. fancoil s ventilátorem, 1 1 indukční jednotky) Studená voda 16/18 C (např. chladící strop) 1 1 Studená voda 18/20 C (např. chladící strop) 1 1
DĚKUJI ZA POZORNOST Miroslav Urban miroslav.urban@fsv.cvut.cz