VYUŽITÍ DYNAMICKÝCH POČÍTAČOVÝCH SIMULACÍ PRO ZPŘESNĚNÍ NĚKTERÝCH VSTUPNÍCH ÚDAJŮ A SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ HLAVNÍCH MĚŘENÍ Ing. Lucie Šancová a kolektiv kti výzkumného úkolu VAV-SP-3g5-221-07
1. 1. Simulační nástroje Příklady využití dynamických simulací Měření v panelových domech Závěr
1. Simulační nástroje
Výpočet ENB statické matematické modely Standardní hodnotící nástroje 1. - statické matematické modely, ustálený stav - výpočet tepelné ztráty objektu -stanovení roční č potřeby a spotřeby energie - výpočet dle normy: ČSN EN ISO 13 790 Tepelné chování budov - - okrajové podmínky: -Výpočet potřeby energie na vytápění TNI 73 0329 (rodinné domy) TNI 73 0330 (bytové domy) - software: Svoboda SW - Energie 2010 NKN (národní kalkulační nástroj) Protech
Hodnotící nástroje energetické náročnosti budov 1. spotřeba energie za laboratorních podmínek stavební objekt se hodnotí jako výrobek jako lednička ve výrobě
Hodnotící nástroje energetické náročnosti budov REÁLNÝ STAV BUDE JINÝ. 1. Na lednici svítí slunce,,je zabudovaná vedle sporáku, často se otevírá, je plná k prasknutí, neodmrazuje se, laboratoř reálný stav? Bude spotřeba v reálném provozu vyšší? nižší?
Hodnotící nástroje energetické náročnosti budov 1. REÁLNÝ STAV BUDE JINÝ. Na objekt působí také celá řada vlivů - svítí slunce, je stíněný objekty, lidé otvírají okna, zatahují žaluzie, systémy TZB se automaticky regulují, laboratoř reálný stav Bude spotřeba v reálném provozu vyšší? nižší? DYNAMICKÉ SIMULACE?
Výpočet ENB dynamické matematické modely Dynamické simulační modely 1. - dynamický výpočet zohledňuje časovou závislost parametrů -proměnné okrajové podmínky (klimatické, chování uživatel, větrání) - předpověď reálného chování budovy - hodnocení kvality vnitřního prostředí - řešení nestandardních případů - výpočetní krok: ~ min, hod nedýchatelno teplo zima
Dynamické matematické modely postup výpočtu Vstupní parametry Průběh teploty Dynamický výpočet Výstupní parametry 1. teplota o C 40 30 20 10 0 1 668 1335 2002 2669 3336 4003 4670 5337 6004 6671 7338 8005 8672 Sys load (kw) 140 120 100 80 60-10 40-20 rok (8760 hodin) hodinová klimatická data tvar objektu a orientace neomezené množství zón vlastnosti konstrukcí c, λ, ρ uživatelské profily (pohyb osob) vnitřní zisky, produkce vlhkosti, produkce CO 2 posouzení vlivů: zateplení, výměna oken, větrání, 20 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Date: Fri 01/Jan to Fri 31/Dec Room heating plant sens. load: (panel_vvueta_praha_197aps) roční spotřeba tepla na vytápění pomocné energie (chlazení, osvětlení, elektřina) hodinové průběhy teplot PPD, PMV CO 2, rh systémy TZB
Dynamické matematické modely přehled softwaru Komplexní analýza chování budovy 1. ECOTECT stínění objektů byty v dolních patrech mají menší solární pasivní zisky vzimě větší spotřebu energie na vytápění
Dynamické matematické modely přehled softwaru Komplexní analýza chování budovy 1. IES<VE> SketchUp - 3D model další SW: ESP-r, ENERGY+,
Dynamické matematické modely přehled softwaru Analýza dílčích komponent 1. CFD - PV*Sol T*Sol chování vnitřního prostředí (proudění vzduchu) další SW: TRNSYS, Fluent, výpočet solárních systémů
1. Příklady využití dynamických simulací
1) Spotřeba tepla na vytápění jednotlivých bytů IES<VE> 1. - vícezónový simulační model, 12 typových zón v objektu - tvorba 3D modelu: SketchUp - dynamický výpočet: č IES<VE> - porovnání vlivu zateplení jednoltivých bytů
1) Spotřeba tepla na vytápění jednotlivých bytů IES<VE> Jednozónový model Spotřeba tepla na vytápění 160 1. 140 120 100 80 60 40 20 spotřeba tepla (MWh) 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25 0.27 0.29 tl. tepelné izolace od 1 do 30 cm Vícezónový model IES<VE> 160 140 horní a krajní byty velké 120 100 80 60 40 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 spotřeba tepla (MWh) 0.3 20 střední byty malé 0 tl. tepelné izolace od 1 do 30 cm
2) Letní přehřívání místností IES<VE> 1. - zateplení objektu přehřívání bytů??? kterých??? - vícezónový model - řešení: použití markýzy? 26 C počet hodin> 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 spotře eba tepla [kwh] ( ) 2000 1500 1000 500 0 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 tloušťka tepelné izolace [m] tloušťka tepelné izolace [m]
3) Vliv zasklívání lodžií Flovent - validace modelu: měření v panelovém objektu Ondříčkova, Praha 3 1. - lodžie zasklená se spárami mezi skly - měření - teploty vzduchu na lodžii - teploty vzduchu v exteriéru - povrchové teploty zasklení - povrchové teploty v rohu lodžie -relativní eat vlhkosti na lodžii - relativní vlhkosti v exteriéru
3) Vliv zasklívání lodžií výsledky měření 1. - výsledky měření: teplota na lodžii o ~ 5 C vyšší než v exteriéru 30,0 při te < 0 C překročeny hodnoty rosného bodu kondenzace zavřená lodžie otevřená lodžie zavřená lodžie 25,0 20,0 5,0 15,0 pokoj1 10,0 0 pokoj2 zaskle lodžie exterier rosný bod v lodžii 21:00:00 0:00:00 3:00:00 6:00:00 9:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 0:00:00 3:00:00 6:00:00 9:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 0:00:00 3:00:00 6:00:00 9:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 0:00:00 3:00:00 6:00:00 9:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 0:00:00 3:00:00 6:00:00 0,0-5,0-10,0
3) Vliv zasklívání lodžií Flovent Flovent - modelování proudění vzduchu - spára mezi skly o šířce 0,5; 1; 2 mm 1. - závislost průtoku vzduchu na p - výpočet spárové průvzdušnosti p = 5 Pa
3) Vliv zasklívání lodžií Flovent IES<VE> - porovnání bytů s a bez zasklené lodžie -různé tepelně-technické vlastnosti konstrukcí 1. - snížení tepelné ztráty prostupem ve všech variantách (21-37%) - teplota na lodžii závisí na výměně vzduchu - vysoká teplota na lodžii nižší ztráta prostupem vyšší ztráta větráním (konc. CO) 2 -zavřené zasklení větší výměna vzduchu vyšší ztráta - je nutné vyměňovat vzduch mezi exteriérem a lodžií! byt vpůvodním stavu byt se zasklenou lodžií
4) Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla IES<VE> porovnání spotřeby energie rovnotlakých systémů větrání v panelových domech 1. lokální rekuperace centrální rekuperace tepla ventilátor s frekvenčním měničem (75 200 Kč/byt) s dvěma stupni otáček (55 300 Kč/byt) x přirozené větrání
4) Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla IES<VE> Modelovaný byt 3+1 1. 75 m 2 obytné plochy 4 osoby profil užívání klimatická databáze regulace průtoku vzduchu dle CO 2 Dg dynamická simulace potřeba tepla na větrání (kwh/rok) pomocné energie (ventilátory)
4) Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla IES<VE> Výsledky simulace: tepelná ztráta větráním 1. 1800 kwh/rok (27 kwh/m 2.rok) otopné období 360 kwh/rok (5 kwh/m 2.rok) otopné období + spotřeba elektrické energie na pohon ventilátorů Dg 2 otáčkový ventilátor s frekvenčním měničem 400 kwh/rok 280 kwh/rok
5) Solární energie - ECOTEC výpočet dopadající sluneční energie [kwh/rok] na plochu fasády 1. množství solárních zisků v objektu posouzení PVE instalací analýza vlivu venkovního a vnitřního stínění studie osvětlení, oslunění
1. Měření
1) Sledování vnitřního klimatu v bytě kontinuální měření 4 měsíce (srpen prosinec) 1. byt 3+1, VVU ETA, Praha Prosek 70 % času nad hranicí 1000 ppm (Vyhláška č. 268/2009 Sb.)
2) Větrání pomocí rotačních hlavic 1. měření na panelovém domě měření v laboratorních podmínkách výrobci udávají závislost průtoku vzduchu na rychlosti větru tlaková charakteristika hlavice - dopravní tlak > tlaková ztráta potrubní sítě (panelové domy: nad 100 Pa) -průtok vzduchu > potřeba (25 m 3 /h na osobu)
2) Měření efektivnosti rotačních hlavic in-situ 1. objekt: panelový dům T06B,14 NP Praha, ul. Vavřenova 2 větrací průduchy (kuchyň, koupelna) průduchy zakončeny rotační hlavicí vyměněná plastová okna s mikroventilací měření efektivnosti větrání ve třech režimech otáčení hlavice zabržděná rotační hlavice odbržděná hlavice (5,5 m/s) nahrazení hlavice ventilátorem s přidaným elektromotorkem a ve dvou režimech oken zavřená otevřená na polohu větračka
2) Měření efektivnosti rotačních hlavic in-situ 1. průtok vzduchu na výústce v koupelnách a) zabržděná hlavice 3-27 m 3 /h b) odbržděná hlavice 6-27 m 3 /h c) centrální ventilátor 8-110 m 3 /h
2) Měření efektivnosti rotačních hlavic na měřící trati měřící trať: 3 m, Ø 315 mm 1. hybridní hlavice elektormotorek 7 W vtoková dýza (sání) měření: dopr ravní tlak [Pa] Tlaková charakteristika hlavice 10 Pa << 100 Pa!!! průtok vzduchu [m 3 /h]
1. Závěr
Závěry 1. Simulace - dynamické modely poskytují přesnější výsledky než statické (spotřeba energií ekonomické hodnocení) - výměna vzduchu (tepelná ztráta větráním) - hodnocení vnitřního klimatu -zpřesnění vstupů do parametrického modelu Měření - validaci matematických modelů -výběr jednotlivých úsporných opatření pro analýzu
Děkujeme za pozornost, těšíme se na případné otázky Výzkumný kolektiv EkoWATT