Konference Vytápění 2017 - pátých deset

Datum: 12.6.2017  |  Autor: Ing. Josef Hodboď, redakce

Konference Vytápění pořádaná odbornou sekcí Vytápění Společnosti pro techniku prostředí je vrcholným setkáním odborníků, kde jsou prezentovány aktuální výsledky výzkumu a vývoje v oboru vytápění. Přednášky reagují na vývoj legislativy, zejména předepisovaného snižování energetické náročnosti budov a ukazují možnosti, které dnešní technika nabízí. Rovněž jsou prezentovány úvahy, studie, které naznačují budoucí vývoj a možnosti, jak omezit nepříznivý vliv růstu cen energií na rozpočty domácností a samozřejmě nejrůznějších budov, nejen bytových. Z přednesených přednášek jsou vybrány některé zobecňující závěry s cílem usnadnit cestu k nalezení požadovaných informací i těm, kteří se konference nemohli zúčastnit.


V dnech 23. až 25. května proběhla tradičně v Třeboni v kulturním domě Roháč odborná konference Vytápění, kterou organizuje odborná sekce Vytápění ve Společnosti pro techniku prostředí jednou za dva roky. Konference soustředí aktuální poznatky z praxe, vývoje a výzkumu do přednášek, kterých na konferenci zaznělo 62. Ve spektru jsou zahrnuty jak práce teoretické, případové analýzy zpracované s využitím programových analýz, tak práce založené na poznatcích z praxe. S cílem ukázat šíři záběru konference je zpracován sestřih některých poznatků, které v přednáškách zazněly. V této části je obsaženo prvních deset přednášek.

MĚŘENÍ SPOTŘEB TEPLÉ VODY V BYTOVÝCH DOMECH

Ing. Jakub Vrána, Ph.D.1, Ing. Zdeněk Jaroň2, Ing. Miroslav Kucharik3
1Ústav TZB Fakulty stavební VUT v Brně,
2Dessa, s. r. o. (dříve Fakulta stavební VŠB – TU Ostrava),
3Walraven, s. r. o. (dříve Ústav TZB Fakulty stavební VUT v Brně)

Norma platná v současné době pro dimenzování ohřívačů vody uvádí pro bytové domy potřebu teplé vody 82 l/obyvatel.den a příklad poměrné křivky odběru teplé vody. V poslední době však došlo k poklesu spotřeby vody v domácnostech způsobenému chováním jejich obyvatel a hodnota normové potřeby 82 l/obyvatel.den neodpovídá. Otázkou je také rozložení spotřeby vody během dne, které je rozhodující pro dimenzování zásobníkových ohřívačů a zásobníků teplé vody.

Měření se prováděla s cílem zjistit maximální špičkové průtoky a spotřeby vody za různá časová období (sekunda, půlhodina, hodina, den apod.). Aby bylo možné získat maximální špičkové průtoky důležité pro dimenzování potrubí vnitřních vodovodů, byly měřené průtoky snímány v sekundových intervalech. Spotřeby vody za různá časová období byly přepočítávány z naměřených průtoků. Byly měřeny průtoky v hlavním přívodním potrubí studené vody za vodovodní přípojkou, nebo na přívodu studené vody k ohřívači. Byty v domech, kde se měření prováděla, byly vybaveny záchodovou mísou s nádržkovým splachovačem, umyvadlem, vanou nebo sprchou, dřezem a některé také automatickou pračkou a myčkou nádobí.

V rámci vyhodnocování výsledků bylo například zjištěno, že rozložení spotřeby vody se v pracovních a volných dnech (jako příklad uvedena neděle) výrazně liší. Během pracovních dnů je průběh odběru teplé vody mezi 7:00 až 22:00 h více vyrovnaný. Také se ukazuje, že s rostoucím počtem obyvatel (131 obyvatel) jsou odběrové špičky v tomto časovém úseku menší než v domě s 55 obyvateli. V pracovních dnech je patrná největší odběrová špička mezi 19:00 až 20:00 h. O víkendu je s ohledem na odběrové špičky více dominantní neděle. Mezi 20:00 až 21:00 h dojde u domu s 55 obyvateli k odběru cca 21 % celkové spotřeby teplé vody. S rostoucím počtem obyvatel (131 obyvatel) je tato maximální špička rozložena mezi 18:00 až 20:00 h, kdy je odebráno cca 23 % z celkového odebraného množství teplé vody.

Po zjištění spotřeb vody v největších odběrových špičkách bylo možné stanovit součinitele nerovnoměrnosti potřeby teplé vody v bytových domech, které odpovídají největším spotřebám vody za určité časové období (0,5 až 3 h) vyjádřeným v procentech celodenní spotřeby. Měření v domě č. 3 ukázalo, že odběrové špičky jsou při odběru teplé vody výraznější než u přívodu vody do domu (SV+TV), což bylo zohledněno při odvozování součinitelů nerovnoměrnosti.

Podle měření a údajů z literatury je možné (po případném přepočtení z průměrných hodnot potřeby) maximální specifickou potřebu teplé vody v bytových domech dnes uvažovat hodnotou qTV,max = 60 l/obyvatel.den.

Uvedený způsob dimenzování předpokládá, že doba ohřevu vody v ohřívači je stejná jako doba trvání odběrové špičky. Skutečná (navržená) doba ohřevu vody v ohřívači tedy nesmí být delší než doba trvání odběrové špičky.

Z hygienického hlediska je důležité, aby nedocházelo ke zbytečnému předimenzování ohřívačů, ke kterému při dimenzování podle stávající normy bohužel dochází. Na základě dalších měření mohou být součinitele nerovnoměrnosti dále zpřesňovány. Pokud budou prováděna další měření i v jiných než bytových domech, bude možné uvedenou metodu dimenzování ohřívačů rozšířit i na jiné druhy budov, u kterých je rozložení spotřeby teplé vody během dne zatím známo jen ze zahraniční literatury.

ZPĚTNÉ VYUŽITÍ TEPLA PŘI PŘÍPRAVĚ TEPLÉ VODY

Ing. Roman Vavřička, Ph.D.
ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB)

Základním požadavkem, daným legislativou, je při přípravě TV dosažení teploty tTV na výtoku koncového prvku (např. sprchy, vany, umyvadla atd.). Teplota TV tTV je stanovena normou ČSN 06 0320 (současně také požadavek ČSN EN 806-2) na hodnotu 55 °C.

Pro rodinný dům se čtyřmi osobami, s průměrnou potřebou TV 35 l/os·den a poměrnou ztrátou tepla při ohřevu a distribuci z = 0,2 (bez cirkulace TV), je energie potřebná k přípravě TV cca 8,8 kWh/den (cca 3 200 kWh/rok).

Odpadní voda ve výměníku předává teplo přímo přiváděné studené vodě. Díky absenci mechanických součástí je náročnost na údržbu minimální a při použití kvalitních materiálů lze zaručit dlouhou životnost. Použít lze jen tzv. šedou vodu, odpadní vodu neobsahující fekálie a moč, tedy nejlépe ze sprchy, umyvadla, pračky.

Při známé účinnosti rekuperačního výměníku instalovaného na odtoku ze sprchy a ohřívajícího přitékající studenou vodu, např. z experimentálního měření, lze stanovit teplotu předehřáté vody na vstupu do termostatické baterie pro sprchu a pak i dosažitelnou poměrnou úsporu tepla. Pro teplotu teplé vody 55 °C bude v případě rekuperačního výměníku s účinností 50 % (při daných okrajových podmínkách) poměrná úspora pouze 25 %.

Vypočtené hodnoty byly ověřovány v laboratořích ČVUT v Praze na Ústavu techniky prostředí měřením na konkrétním, tržně dostupném, rekuperačním výměníku.

Z výsledků laboratorního měření rekuperačního výměníku vyplynulo, že účinnost je závislá na řadě okrajových podmínek (teploty, průtoky), které nemusí odpovídat reálnému provozu (například jiná doba sprchování, odlišné průtoky, zvolená teplota vody…). V případě hodnocení pro certifikaci výrobků podle PHi se účinnost u konkrétního typu pohybovala okolo 35 % pro dané zkušební podmínky, nicméně v provozních podmínkách domácnosti dosahoval výměník účinností i daleko vyšších. Na druhé straně je zřejmý velký rozdíl mezi účinností výměníku a dosaženou poměrnou úsporou tepla jeho nasazením, která je základním motivem pro instalaci výměníku. V praxi bude v procentuálním vyjádření nižší a může dosáhnout i jen jednotek procent. Protože ve sprše dochází k odparu vody, snížení využitelné teploty odtékající vody, k ohřevu celé cesty odpadní vody (sprchová vanička, odpadní potrubí, objem rekuperačního výměníku) aj., což jsou ztráty tepla nevyužitelné k ohřevu přívodní studené vody.

Daleko vyšší potenciál tak mohou mít lokální rekuperační výměníky v aplikacích s častým odběrem teplé vody na jedno sprchovací zařízení, např. ve veřejných sportovištích, lázních, koupalištích apod.

CHEMICKÉ VLASTNOSTI VODY PRO PŘÍPRAVU TEPLÉ VODY, KOROZE OHŘÍVAČŮ TEPLÉ VODY

Ing. Jiří Matějček, CSc.

Teplonosná kapalina není jen nositelem tepla a chladu. Teplonosné kapaliny zpravidla reagují na konstrukční materiály použité v otopné či chladicí soustavě. Dochází ke korozním procesům za současného uvolňování plynů a vzniku korozních produktů.

Tvorbu nánosů na teplosměnných plochách ovlivňuje obsah solí a mechanických nečistot v napájecí a oběhové vodě. Celkové množství solí závisí na obsahu kapaliny v soustavě a množství doplňované vody.

Ve německém předpisu VDI 2035, list 2 jsou uvedeny podmínky pro zamezení přístupu kyslíku do kotlového okruhu otopné soustavy a omezení koroze. Kyslík je velmi agresivní plyn a zúčastňuje se všech chemických reakcí probíhajících v jakékoli soustavě. Každá molekula kyslíku se uplatní v chemických reakcích až třikrát. Za nepřítomnosti kyslíku je koroze velmi malá. V uzavřeném systému dochází ke korozi pouze tak dlouho, pokud se kyslík nespotřebuje při korozních procesech a vzniku Fe2O3.

Dlouhodobě můžeme provozovat otopnou a chladicí soustavu bez nežádoucích projevů jen tehdy, vytvoří-li se v soustavě určitá rovnováha. Za určitých podmínek se na vnitřním povrchu konstrukčních prvků soustavy vytvoří ochranná protikorozní vrstva a materiály již dále nekorodují.

Z hlediska tvorby ochranné vrstvy jsou velmi významnou složkou vod ionty hydrogenuhličitanové, vápenaté a hořečnaté, které mají inhibiční účinek, daný schopností vody vytvářet ochranné vrstvy složené z oxidů kovů a uhličitanu vápenatého. Ochranná vrstva vzniká jen v případě, že uhličitanové a vápenaté (hořečnaté) ionty jsou v roztoku v rovnováze s vyloučeným uhličitanem vápenatým a volným oxidem uhličitým. Pokud je rovnováha posunuta ve prospěch CaCO3, vznikají kaly a úsady, které netvoří ochranné vrstvy a vytvářejí se podmínky pro štěrbinovou a důlkovou korozi. Pokud je rovnováha posunuta ve prospěch rozpustných složek, ochranná vrstva nevzniká a probíhá intenzivní koroze.

Při zjišťování agresivity teplonosné kapaliny se posuzuje hodnota pH, konduktivita (elektrická vodivost), celková tvrdost, hydrogenuhličitany, alkalita, acidita, koncentrace kyslíku, chloridy, vápník, sodík, hořčík, železo, mangan, amonné ionty, Langelierův saturační index, Ryznarův index stability, obsah kovů. Aby bylo možné vyhodnotit chemické procesy probíhající v soustavě, je nutné stejný rozbor provést u napájecí vody. Je nutné provést celou řadu chemických rozborů.

Inhibitor koroze dokáže po určitou dobu stabilizovat korozní procesy v soustavě. Použití vhodného inhibitoru lze určit na základě chemického rozboru napájecí i otopné vody. Někteří výrobci zdrojů tepla předepisují použití konkrétního typu inhibitoru koroze. Ten ochrání jimi dodávaný zdroj tepla proti korozi, ale nemusí chránit ostatní konstrukční materiály použité v otopné soustavě.

Nežádoucí projevem přidáváním některých inhibitorů koroze je výskyt významného množství pevných složek a korozních produktů. Dochází k usazování kalů a vyřazování regulačních armatur z funkce. V některých případech pak může dojít i k zanášení potrubí.

Pro uznání záruky na zdroj tepla je nutné dodržet požadavky na kvalitu vody dané výrobcem zdroje tepla. Kvalita vody v otopném systému musí být pravidelně kontrolována.

TECHNICKÉ MOŽNOSTI BOJE PROTI BAKTERII LEGIONELLA

doc. Dr. Ing. Zdeněk Pospíchal

Pokud by se v případě výskytu bakteriální kolonizace bakterií legionela v systému přípravy a distribuce teplé vody postupovalo metodou zkoušek a omylů, docházelo by ke zcela neúčelnému vynakládání značných finančních prostředků. Podmínky provozu technických vodních obslužných systémů musí mít určeny již v projektové dokumentaci kritické body, jejich zabezpečení a návrhy postupu od realizace k uvedení do provozu až k monitorování, s minimalizací mikrobiologického a zdravotního rizika, úspory energie a vody. To vše s osobní zodpovědností účastníků, počínaje projektantem, instalační firmou a provozovatelem konče.

Mezi základní způsoby postupů proti vzniku bakterie legionela patří:

  • termická dezinfekce (fyzikální technologie s doložením potřebné teploty),
  • použití UV zářičů (fyzikální technologie),
  • použití ionizace pomocí Ag-Cu elektrod (fyzikálněchemická technologie).

Další technologie jsou již chemické:

  • použití biocidů na bázi roztoku chlornanu dodávaného výrobcem,
  • použití anolytu s obsahem chloru (vyráběný elektrolýzou NaCl na místě),
  • použití biocidů na bázi dalších halogenů,
  • použití oxidu chloričitého (chlordioxidu) vyráběného na místě („in situ“) z výroby ze sloučenin bez generátoru připravovaných na místě dávkování,
  • použití oxidu chloričitého ve formě stabilizovaného roztoku dodávaného výrobcem,
  • použití oxidu chloričitého z vyráběného na místě („in situ“) z výroby na místě generátorem,
  • použití peroxidu vodíku se stříbrem,
  • použití neoxidačních biocidů.

Z pohledu prevence je na prvním místě materiálová sestava vnitřního vodovodu, tj. aby již v projektu byly použity vhodné materiály. Dále musí následovat vhodné hydraulické řešení vnitřního vodovodu, MaR, řešení stabilizace teploty připravované teplé vody a vhodná úprava studené pitné vody používané vody k ohřevu, se znalostí dodávané studené pitné vody – místní kvality.

K účinnému zásahu a odstranění bakterie legionela může být vhodná termická dezinfekce (tepelná úprava) teplé vody. Princip spočívá v ohřátí vody v celém sytému přípravy a distribuce teplé vody v pravidelných intervalech tak, aby z každého distribučního bodu (baterie) vytékala voda o teplotě nad 70 °C po dobu nejméně 5 minut. Pouhý ohřev v místě samotné přípravy teplé vody není dostačující, protože bakterie mohou být rozmístěny v potrubní síti, necirkulovaných přívodech k zařizovacím předmětům a také v samotných distribučních bateriích. Chemická dezinfekce spočívá v dávkování chemické látky do systému přípravy teplé vody, takže se dostává do všech míst, do potrubí vnitřního vodovodu teplé vody i cirkulace, včetně připojení i samotných zařizovacích předmětů.

Lze konstatovat, že termická dezinfekce je cca o 60 % energeticky náročnější než příprava samotné teplé vody (vztaženo na 1 m3 teplé vody). A také je nutné zvážit možné dopady na životnosti rozvodů vody. V praxi se uvádí, že za tři provedené termické dezinfekce dochází ke snížení životnosti potrubí o cca 1 %.

V případě chemické dezinfekce je nutné zajistit možnost jejího provedení v jakémkoliv systému přípravy a distribuce teplé vody a rovněž s ohledem na chemické složení materiálů a příměsí ve vodě.

Každý ze způsobů, které byly v přednášce podrobně posouzeny, má své pro i proti. V žádném případě však není vhodné postupovat volbou kombinace nejlevnějších řešení, neboť toto se provozovateli vymstí dodatečnými náklady vyplývajícími například ze zkrácené životnosti potrubí, nedostatečným množstvím teplé vody, nečekaným výskytem legionely atd.

Celý problém začíná u investora, který ví, co chce z hlediska využívání celého objektu a měl by tedy na potřebné úrovni koordinovat a kontrolovat celý řetězec od architekta, přes projekt a realizaci, aby řešení problematiky legionely bylo plně akceptováno již od počátku a neřešeno až na závěr, když již bylo uděláno několik chyb.

POJISTNÁ ZAŘÍZENÍ PRO OHŘÍVAČE VODY

Ing. Roman Vavřička, Ph.D.1,2, Ing. Jakub Vrána, Ph.D.3, Ing. Vladimír Jirout
1ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí,
2ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB),
3VUT v Brně, Fakulta stavební, Ústav technických zařízení budov

Pojistné zařízení je podle ČSN 06 0830 [2] chápáno jako zařízení, které chrání zdroj tepla proti nedovolenému přetlaku, podtlaku, teplotě a proti nedostatku vody v soustavě.

K teplotním zabezpečovacím zařízením patří zařízení pro regulaci teploty nebo mechanická zařízení. Zařízení pro regulaci teploty zabraňují zvýšení teploty vody v ohřívači nad nejvýše 95 °C. Čidla řídicího systému regulace teploty a omezovače teploty musí být na sobě nezávislá. U ohřívačů vody, na které dohlíží pověřená osoba, musí být osazen bezpečnostní omezovač teploty se signalizačním zařízením pro obsluhu či dohled, které se uvede do činnosti při odstavení zdrojů tepla. Signalizační zařízení musí být vyvedeno do místa pobytu pověřené osoby, která na ohřívače vody dohlíží. Toto platí zejména pro ústřední ohřívače vody umístěné v kotelnách a technických místnostech, neplatí pro ohřívače vody v rodinných domech a bytech. Nejvyšší dovolená teplota vody v ohřívači se obvykle nastavuje na nižší hodnotu než 95 °C. U některých způsobů ohřevu se při selhání zařízení pro regulaci teploty může voda v ohřívači ohřát na 100 °C a je zde nebezpečí vývinu páry a tyto ohřívače se opatřují dalšími prvky.

Tlakovým zabezpečovacím zařízením u tlakových ohřívačů vody je pojistný ventil na přívodu studené vody do ohřívače, který odpouští přebytečnou vodu při zvyšování tlaku způsobeném ohřevem. Proto se tento pojistný ventil nazývá pojistným ventilem pro expanzní vodu. U beztlakých (přepadových) ohřívačů vody v instalacích typu A je tlakovým zabezpečovacím zařízením přepad vody (neuzavíratelný výtok teplé vody).

V přednášce jsou rozebrány podmínky jednotlivých typů ohřívačů vody a požadavky na jejich vybavení. Pomůckou pro praxi jsou v přednášce uvedené příklady zabezpečení, například tlakových zásobníkových ohřívačů vody o objemu do 200 litrů a nad 200 litrů.

Typickým příkladem nedodržení zásad instalace pojistných zařízení je podcenění minimálního průřezu odtokového potrubí pojistného ventilu a nedodržení definice volného výtoku. Po instalaci a uvedení do provozu systému vytápění a přípravy teplé vody bylo majiteli rodinného domu předloženo vyúčtování vodného a stočného ve výši cca 250 000 Kč za období pouhých 182 dní. Při šetření na místě bylo zjištěno, že napojení odtokového potrubí na pojistný ventil bylo zhotoveno z hadice o vnitřním průměru 9,5 mm zaústěné do kanalizace, takže případný průtok vody nebyl viditelný. V místě připojení rodinného domu byl dispoziční přetlak na vodovodní přípojce ve večerních a zejména v nočních hodinách v rozsahu od 0,52 do 0,6 MPa. Horní indikovaný přetlak už je nad hranicí otevíracího přetlaku instalovaného pojistného ventilu. K úplnému uzavření ventilu docházelo až při poklesu přetlaku v soustavě pod hranici 0,48 MPa. Společně s kombinací dohřevu zásobníku teplé vody po večerní odběrové špičce teplé vody (tj. krátkodobé navýšení tlaku v systému vlivem ohřevu vody) tak prokazatelně došlo k průtoku velkého množství vody skrze sedlo pojistného ventilu. Na místě byl tento jev pozorován soustavně tři dny po sobě v časovém rozmezí od 22:00 do 5:00 h, v intervalech trvajících od 10 do 30 minut.

Pojistný ventil je velice důležitou součástí jakéhokoli zdroje tepla. Bohužel zejména ze strany montážních firem je problematika instalace pojistného ventilu velmi často hrubě zanedbávána. V případě projektanta vytápění je příprava teplé vody většinou podceňována a situaci na přívodu studené vody do ohřívače neřeší. V případě projektanta vodovodu není návrh pojistného ventilu většinou proveden a navrhuje se podle doporučení výrobce, např. zásobník teplé vody by měl být osazen pojistným ventilem s otevíracím přetlakem 0,6 MPa = 6 bar (obvyklá hodnota).

NEJČASTĚJŠÍ CHYBY PŘI NÁVRHU ZÁSOBNÍKU TV

Ing. Roman Vavřička, Ph.D.1,2
1ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí,
2ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB)

Návrh zásobníku teplé vody by měl v prvé řadě odpovídat použitému zdroji tepla a předpokládanému profilu odběru. V případě využití metody křivek odběru a dodávky tepla klade projektant největší význam na minimální velikost zásobníku TV (tj. tvar křivky dodávky) bez ohledu na potenciální změny v uvažovaném profilu odběru TV (tj. křivce odběru). Při použití tzv. přednostní přípravy TV je zase v poslední době opomíjený základní předpoklad, že požadovaný tepelný výkon společného zdroje tepla musí vyhovovat nejen systému přípravy TV, ale i ostatním profesím, pro které je používán.

Křivka odběru teplé vody Q2 je závislost odběru objemu teplé vody VTV na čase τ. Křivka dodávky Q1 je závislost dodávky tepla ze zdroje tepla v časovém intervalu. Nejčastější chyby při návrhu velikosti zásobníku TV metodou křivek odběru a dodávky tepla vyplývají v možnostech sestavení křivky dodávky Q1. První je, že pokud se projektant snaží být hodně na straně bezpečnosti, výsledek vede k výraznému nárůstu velikosti zásobníku TV. Druhá nastává v případě, kdy není zohledněna možnost změny křivky odběru tepla při nestandardním chování uživatele, což vede k nedostatečnému množství připravované TV.

Zásadou správného návrhu není snaha o vytvoření nejmenšího zásobníku TV (tj. minimálního rozdílu mezi křivkou dodávky a odběru tepla), ale vytvoření dostatečného akumulačního prostoru pro případný nestandardní odběr TV. Z měření na bytových domech vyplývá, že je pro křivku dodávky tepla dodržovat alespoň 15 % zvýšení potřeby tepla nad křivkou odběru. V případě, že je očekávána výrazná ranní špička a pokud je zdroj tepla současně využíván i pro jiné technologie (VYT, KLIMA atd.), je možné navýšení v ranních hodinách zvětšit úměrně natolik, aby bylo možné delší časový úsek nevyžadovat od zdroje tepla dodávku tepla do systému TV.

Autor v přednášce uvádí řadu konkrétních příkladů reagujících na různé preference. Z nich vyplývá, že ačkoli můžou metody návrhu zásobníku teplé vody vypadat principiálně jednoduše, je důležité znát vazbu i na další profese. Rozhodující je vazba zejména na profesi vytápění a zdravotně technické instalace v části vodovodu. Okrajové podmínky návrhu systému přípravy teplé vody lze shrnout do těchto oblastí:

  • celková potřeba TV – vztaženo na měrnou jednotku (osoba, lůžko, sprcha apod.),
  • znalost průběhu odběru tepla – časová distribuce TV v řešeném objektu,
  • teplotní úroveň zdroje tepla pro přípravu TV,
  • požadavky na provoz zdroje tepla – časové intervaly provozu jiných technologií,
  • přenosová schopnost teplosměnné plochy zásobníku TV.

NÁVRHOVÉ A PROVOZNÍ PARAMETRY ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ BUDOV

doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.
ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra technických zařízení budov

Návrhové parametry slouží především pro návrh systémů nebo soustav. Jde o hodnoty, které jsou bezpečně v běžném provozu nedosažitelné, a tak nehrozí chybná funkce zařízení nebo o parametry, které mají zajistit požadovaný komfort. Do této druhé kategorie patří většina návrhových parametrů v oblasti energetických systémů budov.

Pokud hovoříme o teplotě interiéru z pohledu vytápění, myslíme tím většinou výpočtovou vnitřní teplotu θ int, což je výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru ve výšce 0,6 až 1,6 m. Převládající výpočtová teplota pro většinu místností je 20 °C. Vnitřní teplota vzduchu v době otopného období je zpravidla vyšší, v běžných domácnostech zpravidla v oblasti 21 až 24 °C. Nejblíže výpočtové teplotě bývají obytné místnosti se severní orientací.

Vyhláška 194/2007 Sb. [3] hovoří při popisu parametrů interiéru o výpočtové teplotě vnitřního vzduchu, čímž je myšlena výsledná teplota, která zohledňuje vedle teploty vnitřního vzduchu i vliv sálání okolních stěn s tím, že kontrola dodržení výpočtové teploty vnitřního vzduchu se ověřuje kulovým teploměrem. Tato hodnota přibližně odpovídá při malých rychlostech proudění vzduchu operativní teplotě vzduchu.

V průběhu vytápění je v obytných místnostech a v ostatních prostorách s obdobným využíváním, vybavených otopným tělesem, odpovídající průměrná teplota vnitřního vzduchu naměřená teploměrem odstíněným vůči sálání okolních ploch a vlivu oslunění oproti číselné hodnotě výpočtové teploty vnitřního vzduchu stanovené projektem vyšší o 1 až 3 °C v závislosti na počtu venkovních stěn a ploše průsvitných výplní vnějších otvorů.

V oblasti stavební fyziky je pro posuzování stavebních detailů používána návrhová teplota vnitřního vzduchu θ ai,u. Tato hodnota představuje teplotu vzduchu bez vlivu sálání okolních ploch.

Teplota venkovního vzduchu závisí především na slunečním záření. Průběh teploty venkovního vzduchu odpovídá průběhu intenzity slunečního záření s časovým posunem, který je způsoben zejména vlivem tepelné setrvačnosti povrchových vrstev země. Interval mezi minimální a maximální teplotou je kratší v zimním období (přibližně 6 h) a v letním období se prodlužuje.

Akumulační schopnost budovy způsobuje snížení citlivosti vnitřní teploty na výkyvy venkovní teploty a umožňuje pracovat s průměrnými denními teplotami. Pro návrh je tak možné využít teploty, které odpovídaly průměrné teplotě několika (3 až 5) nejchladnějších dnů v roce.

V přednášce je dále porovnáno, jak tato situace odpovídá skutečným teplotám na konkrétním příkladu průměrných teplot naměřených na meteorologické stanici v Praze Klementinu za období 2005 až 2015. Nejnižší průměrná teplota byla dosažena v otopném období 2011 až 2012 a naopak nejvyšší v otopném období 2006 až 2007. Teplotní rozdíl mezi těmito obdobími je 8,3 °C.

Podrobnější hodnocení bylo proto provedeno pro nejchladnější období v hodnocených letech, tedy pro rok 2011 (otopné období 2011 až 2012). Nejnižší hodinová teplota v tomto období byla -17,1 °C. Celkově se vyskytlo 9 dnů, kdy nejnižší teplota byla nižší než -12 °C.

Z porovnání ročního diagramu teoretické potřeby návrhového tepelného výkonu pro vybranou otopnou sezónu a pro lokalitu na okraji města (Praha Suchdol) a stejné období, kde byla zpracována data měřená s intervalem 15 minut vyplývá zohlednění extrémních teplot, které v budově díky jejím izolačním schopnostem a tepelné setrvačnosti nejsou zaznamenatelné.

Návrhové hodnoty používané pro dimenzování velikosti prvků soustavy vytápění vycházejí z komfortních požadavků na vnitřní prostředí. S trendem snižování spotřeby energie jde i trend snížení předimenzování zdroje a soustavy. Z dat v nejchladnějším otopném období ve vybrané lokalitě je vidět, že pro většinu otopného období je dostatečný tepelný výkon na úrovni 50 % teoretické potřeby. Je však třeba zohlednit i požadavek na urychlení zátopu, setrvačnost budovy, typ zdroje a otopné soustavy a nejistoty spojené s výpočtem.

HODNOCENÍ PROVOZU A VNITŘNÍHO PROSTŘEDÍ ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY

Ing. Miroslav Urban, PhD.1, prof. Ing. Karel Kabele, CSc.1,2, Ing. Zuzana Veverková, PhD.2
1ČVUT v Praze, Univerzitní centrum energeticky efektivních budov,
2ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra technických zařízení budov

V současné době probíhá revize směrnice 2010/31/ES o energetické náročnosti budov. Jedním z doporučení, vyplývající z revize, je skutečnost, že nové a renovované budovy často plánované energetické náročnosti nedosahují. Je proto nutné zavést mechanismy pro porovnání výpočtu energetické náročnosti se skutečnou spotřebou energie. Dalším z doporučení zmíněné revize je zavedení opatření, které zajistí kvalitní vnitřní prostředí v budovách. Příspěvek se snaží reagovat na tyto dva body a předmětem příspěvku je:

  • hodnocení provozní energetické náročnosti objektu ve vztahu k předpokládaným spotřebám budovy,
  • hodnocení vnitřního prostředí budovy ve vztahu ke spotřebě objektu.

Rozbor je proveden na příkladu konkrétní třípodlažní budovy k administrativnímu účelu (technická podpora, obchodní zázemí, řízení výroby).

Vytápění budovy je zajištěno kombinací elektrických přímotopných sálavých panelů zavěšených pod stropem. Systém vytápění je ovládán a řízen decentrálně po jednotlivých místnostech, každá místnost má vlastní regulátor a nezávislé řízení na ostatních místnostech. Chlazení vnitřních prostor zajišťují vnitřní jednotky multisplit systému ve vybraných prostorách - kanceláře, zasedací místnost. Zvlášť je zajištěno chlazení přiváděného čerstvého vzduchu do budovy přímo ve vzduchotechnické jednotce přímým výparníkem. Jednotlivé místnosti jsou větrány centrální vzduchotechnickou jednotkou umožňující zónovou regulaci po jednotlivých patrech ve vazbě na koncentraci CO2, případně relativní vlhkost vzduchu. Příprava teplé vody je zajištěna lokálně elektrickými zásobníkovými ohřívači teplé vody. Střecha budovy je osazena panely hybridního FV systému obsahujícího i akumulátory, které jsou nabíjeny v době, kdy je výkon FV systému vyšší nežli spotřeba v objektu. Řešení umožňuje režim řízení podle aktuálního ¼ hodinového maxima.

V přednášce jsou uvedeny bilanční výpočty předpokládané spotřeby, skutečné celkové měsíční spotřeby a ukazuje se, že v letních měsících vč. září lze v budově zajistit více než 50 % solární pokrytí z hybridního FV systému, naopak v zimních měsících je solární pokrytí prakticky nulové, resp. v řádu procent.

V budově jsou monitorovány parametry vnitřního prostředí v rozsahu měření teploty vzduchu, relativní vlhkosti vzduchu, těkavých organických látek (VOC) a koncentrace CO2. Vyhodnocení parametrů je prováděno pro každou místnost / kancelář po jednotlivých měsících. Teplota vzduchu v průběhu všech hodin v měsíci dosahuje (ČSN EN 15251) kategorie I, pouze mezi 3. až 7. hodinou ranní dochází ke zvýšení teploty vzduchu, což deklaruje dosažení třídy II+, resp. III+ a ve 4. hodině dokonce IV+.

Hodinová spotřeba energie po zahájení provozu se v měsíci listopad mezi 3. až 7. hodinou pohybovala mezi 80 až 100 kWh, následně prudce klesla, systém šel do útlumu. Tato skutečnost má za následek náběh otopného systému, který, jak je patrné z průběhu změny kategorie vnitřního prostředí pro teplotu vzduchu, poměrně zbytečně přetápí objekt mezi 3. až 7. hodinou. Pro dosažení požadovaného komfortu na začátku pracovní doby byl následně zvolen jiný provozní režim systému.

Budovy s téměř nulovou spotřebou energie NZEB představují objekty, které mají vyšší nároky na vybavenost technickými systémy. Je nutné věnovat vyšší pozornost optimalizaci návrhu a předpokládanému chování a provozu budovy. Pokud má takováto budova reagovat na požadavky ve vztahu k nízké spotřebě energie a kvalitnímu vnitřnímu prostředí, je vybavení objektu systémem monitoringu, sběru a zejména systémem vyhodnocení dat a provedení optimalizace nezbytné.

KOTLÍKOVÉ DOTACE V PRAXI – KOTLE NA PEVNÁ PALIVA

Ing. Zdeněk Lyčka
Ling Krnov s. r. o.

Díky kotlíkovým dotacím byly v ČR pro dotované kotle na pevná paliva zavedeny extrémně přísné požadavky na emise a účinnosti podle ekodesignu o 4 roky dříve, než budou tyto požadavky platné v celé EU. V letech 2014 až 2020 má být ve třech výzvách na výměnu kotlů vyplaceno 9 miliard Kč s tím, že se předpokládá výměna 80 až 100 tisíc starých kotlů za moderní kotle na pevná paliva, plynové kondenzační kotle a tepelná čerpadla.

V tomto příspěvku se autor podrobně věnuje problémům spojeným s kotli na pevná paliva. Především díky faktu, že podmínky na emisní limity a minimální účinnosti podle Nařízení Komise 2015/1189 (prováděcí předpis k Směrnici platný pro kotle na pevná paliva, dále jen Nařízení)) budou právně závazné až od 1. 1. 2020, se řeší spor mezi MŽP a MPO o to, kdo má kontrolovat plnění oněch podmínek u podporovaných kotlů. Druhým problémem jsou extrémně vysoké požadavky na emise, ale především účinnosti kotlů podle ekodesignu, které ženou výrobce ke konstrukčním řešením, která „selhávají“ v běžném provozu. A dalším problémem je způsob, jakým byla první výzva vyhodnocena z pohledu úspor emisí díky obměně starých kotlů za nové.

Dozorem nad trhem podle této platné legislativy je u nás pověřena ČOI (spadá pod MPO). U kotlů kontroluje, zda plní zákonné podmínky pro uvádění na trh a do provozu podle zák. 22/1997 Sb. Směrnice o ekodesignu zavádí nová speciální pravidla pro dozor nad trhem s výrobky spojenými se spotřebou energie. U nás jsou tato pravidla zavedena zákonem 406/2000 Sb. o hospodaření energií, který určuje jako dozorový orgán Státní energetickou inspekci (SEI).

Problém je ovšem v tom, že právně jsou požadavky na ekodesign pro kotle na pevná paliva závazné až od roku 2020, proto SEI odmítá kontrolovat, zda dotované kotle plní požadavky na ekodesign. Podle platné právní úpravy může kotle nadále kontrolovat pouze ČOI, ovšem jen zda plní minimální požadavky pro uvedení na trh a do provozu, tedy požadavky třídy 3 podle ČSN EN 303-5. Takový byl stav po ukončení první vlny dotací.

„Ekodesignové“ požadavky na emise a účinnosti, které mají podle Nařízení plnit kotle na pevná paliva, jsou velice přísné. Nejjednodušší cestou je snížit na maximum komínovou ztrátu. Existují ovšem jisté hranice, za které by se nemělo jít. Teplota spalin je důležitá pro správné fungování spalinové cesty (dosažení požadovaného komínového tahu) a také by neměla dovolit dehtování a tvorbu kondenzátu v kotli a spalinových cestách. Proto se v před ekodesignových dobách brala jako rozumná hranice pro teplotu spalin 150 až 200 °C při jmenovitém výkonu kotle. V honbě za vysokou účinností některé kotle s teplotu spalin při jmenovitém výkonu podkročují i hranici 100 °C.

Hranici kondenzace spalin určuje tzv. rosný bod. Kotle spalující hnědé uhlí, které mají teplotu spalin při jmenovitém výkonu nižší jak 150 °C, pracují prakticky v celém provozním rozsahu v minimálně částečném kondenzačním režimu.

Přestože mají moderní kotle na pevná paliva ventilátory, kterými je přiváděn a regulován spalovací vzduch do ohniště, požadují i tyto kotle pro optimální a „nízkoemisní“ průběh spalovacího procesu jistý komínový tah. Výrobci bývá zpravidla při jmenovitém výkonu požadován tah 12 až 20 Pa, a to i při teplotách spalin 90 až 110 °C. Používané ventilátory mají minimální elektrické příkony v řádech desítek wattů a jsou tedy schopny, řečeno kominickou terminologií, eliminovat tlakovou ztrátu přívodu spalovacího vzduchu, ale v žádném případě nemají výkon na to, aby protlačily spaliny nefunkčním komínem.

Zásadní vliv má i kvalita paliva, což si mnozí provozovatelé neuvědomují a používají i takové palivo, které v podstatě nepatřilo ani do kotlů předchozích konstrukčních generací.

Popsané problémy se promítají i do problematiky vyhodnocení přínosů výměny kotlů na snížení emisí.

EKOLOGICKÝ EFEKT INSTALACE KONDENZAČNÍCH PLYNOVÝCH KOTLŮ

Ing. Pavel Kvasnička, doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D
ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra technických zařízení budov

Vývoj koncentrací NOx není v řadě míst ČR nikterak povzbudivý [5]. Nejde však pouze o koncentrace NOx, ale i o další znečišťující látky v ovzduší. Zvlášť neuspokojivá situace je ve velkých městech, jako jsou Praha, Brno, Ostrava. Zavedením evropských předpisů Ekodesign a ErP by mělo zajistit snížení spotřeby energie a produkce škodlivých emisí. V oblasti plynových kotlů podmínky těchto předpisů splňují plynové kondenzační kotle.

Základem jsou historické trendy a studie odhadu vývoje trhu. V ČR je potenciál především ve výměnách plynových kotlů instalovaných v dobách plynofikace, tzn. hlavně ke konci 90. let, kdy bylo postupně nainstalováno cca 450 tisíc plynových kotlů do bytových domů, rodinných domů ale i do komerční oblasti. Ze statistických dat lze konstatovat, že se v ČR v posledních letech s mírnými výkyvy ročně prodá 55 až 60 tisíc plynových kotlů. Lze odhadovat, že cca 70 % kotlů jde v poslední době především do rekonstrukcí a nebo i do záměn za kotle na tuhá paliva.

Pokud nenastanou žádné významné změny, tak během 4 až 5 let poklesne podíl nekondenzačních kotlů na cca 11 %. Klasické plynové kotle s výkonem nad 30 kW se zastaví a budou nahrazeny kotli kondenzačními. Vzhledem k vyšší úrovni zateplování všech budov, lze předpokládat rostoucí podíl kondenzačních kotlů s menším výkonem, který se s výhledem k roku 2020, například v rozsahu do 15 kW, bude pohybovat okolo 20 % trhu.

Pro posouzení emisí byl vždy zvolen jeden kotel klasický a druhý kondenzační pro rozsahy výkonů do 15 kW, 15 až 30 kW, 30 až 50 kW, 50 až 120 kW a nad 120 kW s jejich předpokládaným zastoupením na prodejích a s předpokládaným vývojem technických vlastností kondenzačních kotlů dle legislativy.

Procentuální snížení ve tvorbě emisí NOx novými plynovými kotli bude v roce 2018 oproti roku 2015 téměř 50 %. V roce 2020 se pak můžeme dostat až na 45 % vyprodukovaných emisí NOx proti roku 2015.

Dokončení stručných anotací přednášek bude následovat.

 

Hodnotit:  

Datum: 12.6.2017
Autor: Ing. Josef Hodboď, redakce   všechny články autora



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


Projekty 2017

Partneři - Vytápění

logo THERMONA
logo FV PLAST
logo ENBRA
logo DANFOSS
logo GEMINOX
logo FENIX

Spolupracujeme

logo Asociace odborných velkoobchodů

 
 

Aktuální články na ESTAV.czZačíná For Arch 2017 společně s ESTAV.cz a TZB-info! Co jsme pro vás nachystali?Požáry komínů loni napáchaly škody za 47 milionů korunSoutěžte o stavební materiál Weber v hodnotě 100 000 KčVyměňte staré plynové topidlo GAMAT za nové