Nejnavštěvovanější odborný web
pro stavebnictví a technická zařízení budov

Integrovaný návrh vytápění NZEB s podporou BIM

Ing. Kateřina Kubrichtová, prof. Ing. Karel Kabele, CSc.

Recenzovaný

Článek se zabývá technologií BIM v součinnosti s projektováním TZB. Téma je rozděleno do dvou částí. V první části je popsána komplexní problematika týkající se technologie BIM a její zavedení v TZB praxi. V druhé části je znázorněno porovnání výpočtu tepelných ztrát dle ČSN EN a pomocí BIM nástroje.

Úvod

V současné době je velkým trendem zavádění BIM technologie. V projekční činnosti v oblasti technických zařízení budov není tento způsob natolik daleko, přesto je však dobré některé kroky v BIM technologii provádět z důvodu zefektivnění práce.

Dotazníkový průzkum v oblasti TZB

S podporou ČKAIT byl proveden dotazníkový průzkum mezi autorizovanými inženýry a techniky v oblasti techniky prostředí. Dotazník obsahoval 30 otázek zabývající se zavedením BIM technologie v oboru TZB. Soubor otázek úspěšně vyplnilo 309 respondentů a jejich odpovědi byly použity k analyzování stavu BIM technologie v ČR v projekční činnosti v oblasti techniky prostředí.

Nejprve bylo položeno v dotazníku několik obecných otázek – např. v jaké pozici daný respondent pracuje, jakou profesí se zabývá, zda využívá technologii BIM apod. Další otázky byly konkrétnější pro jednotlivé profese. Největší procento dotazovaných tvořili projektanti, a poté vedoucí projektu. Mezi dotazovanými se vyskytli také technici, techničtí dozorci, rozpočtáři, přípraváři i stavbyvedoucí. O profesním obsazení lze říci, že bylo téměř rovnoměrné. Z celkového počtu dotazovaných však pouze 22 % odpovědělo, že využívají pokročilé technologie BIM.

Obr. 1 Graf: Jakou funkci ve Vaší společnosti zastáváte?

Obr. 2 Graf: Jakou profesi projektujete?

Obr. 3 Graf: Jaký software (nejen BIM) používáte pro projektování? (možnost více odpovědí)

Mezi TZB projektanty je nejvíce používaný program AutoCAD od Autodesku, poté Revit, CadCON, ArchiCad a další. Spousta z nich využívá profesně specializovanější softwary – Techcon, Protech apod. Jako BIM software je nejpoužívanější program Revit od Autodesku, pak ArchiCad a také si někteří oblíbili program DDS-CAD.

BIM model v oblasti vytápění

Na základě provedeného dotazníku jsou získány informace týkající se využití výpočtů pomocí BIM technologií v současné praxi.

Bylo zjištěno, že více než 90 % dotázaných nevyužívá v žádném případě BIM hned z několika důvodů. Nejčastějším důvodem, proč projektanti nepoužívají BIM technologie je ten, že již pracují v jiných výpočetních programech, které neumožňují BIM technologii. Další častou odpovědí bylo, že výpočtům a hodnotám exportovaných z jednotlivých programů projektanti nevěří a raději si provedou výpočty vlastnoručně. Několik dotázaných autorizovaných projektantů odpovědělo, že BIM technologie je pro ně jak časově, tak finančně náročná.

Deset procent tázaných, kteří BIM technologii naopak používají, odpovědělo, že BIM jim hlavně usnadňuje jejich práci jak z hlediska časového, tudíž i finančního, tak i z hlediska kvality výstupů.

BIM na základě dotazníku nejvíce používají projektanti s cílem získání informací týkajících se výkazu výměr daného objektu.

Dalším nejčastějším důvodem, proč projektanti používají BIM technologie je koordinace s jednotlivými profesemi a nalezení kolizí ještě před zahájením realizace. Tuto funkci využívají nejvíce hlavní inženýři projektu.

Pouze malé procento autorizovaných projektantů využívá BIM technologie s plnou důvěrou např. pro zjištění tlakových ztrát v potrubí, výkazu výměr a jednotlivých částí, dimenzování potrubí, výpočtu tepelných ztrát apod. Pokud projekční kanceláře využívají BIM technologie v plné míře, je nutné si neustále uvědomovat skutečnost, že výsledné hodnoty sice závisí na softwaru, ale ten pracuje pouze na základě správně přednastavených procesů. Chyba může být tedy pouze na straně uživatele kvůli nejrůznějším faktorům, např. nepochopení nastavení výpočtu v programu či chybně zadané hodnoty.

Výpočet tepelných ztrát

Pro ukázku, zda se vyplatí použít pro výpočet tepelných ztrát vytvořený stavební model s informacemi o konstrukcích, je níže proveden výpočet tepelných ztrát prostupem dle ČSN EN a výpočet tepelných ztrát prostupem v programu BIM a jejich porovnání. Tepelné ztráty větráním jsou počítány v obou případech stejně, proto jsou porovnávány pouze tepelné ztráty prostupem.

Charakteristika objektu

Obr. 4 Vizualizace řešeného objektu

Jedná se o třípodlažní bytový dům s plochou střechou. Konstrukční systém je stěnový částečně monolitický v nižších patrech a ve vyšších patrech převazující zděný systém. Obálku objektu tvoří zděný systém se zateplením. Stropní konstrukce je železobetonová. Plochá střecha se extenzivní střechou.

Vytápění pomocí plynového kondenzačního kotle. Stoupací potrubí vytápění vedeno v jedné instalační šachtě. Z instalační šachty vede přívodní potrubí do patrového R/S. Z patrového R/S vede podlahové potrubí do jednotlivých bytových jednotek k jednotlivým otopným tělesům.

Výpočtová venkovní teplota je uvažována −13 °C.

Objekt je navržen na hodnoty prostupu tepla splňující doporučené požadavky pro pasivní domy. Hodnoty součinitelů prostupu tepla jsou uvedeny v následující tabulce.

Tab. 1 Součinitele prostupu tepla konstrukcemi
Konstrukce	`U` [W/m².K]
Vnější stěna	0,15
Podlaha na terénu	0,20
Střecha	0,13
Okna/dveře	0,70

Výpočet tepelné ztráty prostupem dle ČSN EN 12831-1

Výpočet je proveden podle vzorců uvedených v normě. Hodnoty venkovní a vnitřní teploty jsou stanoveny dle základních tabulek. V každé místnosti byl stanoven její stav – vnitřní výpočtové teploty, zda je vytápěná nebo ne apod.

Výpočet v BIM programu

BIM programy umožňují výpočet tepelných ztrát konstrukcemi, tedy výpočet tepelného odporu konstrukce při prostupu tepla, výpočet součinitele prostupu tepla a výpočet tepelných ztrát větráním. V BIM programech se tepelné ztráty počítají na základě vytvoření energetického modelu, na základě jeho podrobnosti a kvality jsou výpočty správné.

Konstrukcím je nutno přiřadit tepelně technické vlastnosti, pokud je nastavené nemají. Místnostem popř. zónám se přiřadí vlastnosti stejně jako v ručním výpočtu – výpočtové teploty apod.

Porovnání výsledků tepelných ztrát prostupem dle ČSN EN a BIM

V níže uvedené tabulce jsou uvedeny tepelné ztráty vypočteny ručním výpočtem dle ČSN EN a v BIM programu Revit.

Tab. 2 Tepelné ztráty prostupem v místnostech
č.m.	účel	`t_i` [°C]	`A_i` [m²]	`Q_Tm` ČSN EN [W]	`Q_Tm` BIM [W]
10000	zádveří	15	6,6	25	77
10001	chodba	15	21	−484	−432
10002	úklid	15	3,4	−36	−53
10101	chodba	19	6,6	5	28
10102	ob+kk	20	22,5	279	308
10103	ložnice	20	11	240	273
10104	koupelna	24	4,2	163	201
10105	šatna	20	2	−10	−9
10201	chodba	19	7,1	−144	−140
10202	ob+kk	20	30,8	575	562
10203	ložnice	20	14,4	232	280
10204	koupelna	24	4,2	163	201
10205	šatna	20	2	−10	−9
10301	chodba	19	4,4	−14	−11
10302	ob+kk	20	26,1	309	365
10303	koupelna	24	4,2	343	303
10304	šatna	20	3,4	42	46
10401	chodba	19	9,9	−101	−54
10402	ob+kk	20	34,2	482	316
10403	ložnice	20	11,4	303	302
10404	ložnice	20	13,9	302	497
10405	koupelna	24	4,2	180	213
10406	wc	20	1,1	−36	−23
10407	šatna	20	3,4	96	98
10501	chodba	19	9,9	−31	−18
10502	ob+kk	20	34,2	473	494
10503	ložnice	20	11,4	303	303
10504	ložnice	20	13,9	192	193
10505	ložnice	20	17,6	543	582
10506	koupelna	24	4,2	185	214
10507	wc	20	1,1	−36	−23
10508	šatna	20	3,4	96	99
20000	chodba	15	20,6	−759	−772
20002	chodba	19	6,4	−95	−45
20103	ob+kk	20	30,8	454	491
20104	ložnice	20	14,7	290	226
20104	koupelna	24	4,2	144	177
20105	šatna	20	2	−48	−19
20201	chodba	19	7,1	−190	−165
20202	ob+kk	20	29	453	446
20203	ložnice	20	11	189	226
20204	koupelna	24	4,3	153	177
20205	šatna	20	2	−48	−19
20301	chodba	19	4,4	−63	−26
20302	ob+kk	20	34	251	265
20303	koupelna	24	4,2	266	279
20304	šatna	20	3,4	31	32
20401	chodba	19	9,9	−165	−89
20402	ob+kk	20	34,2	372	370
20403	ložnice	20	11,4	244	260
20404	ložnice	20	13,9	272	263
20405	koupelna	24	4,2	198	190
20406	wc	20	1,1	−40	−28
20407	šatna	20	3,4	10	84
20501	chodba	19	11,6	−155	−58
20502	ob+kk	20	34,2	366	366
20503	ložnice	20	11,4	251	260
20504	ložnice	20	12	143	147
20505	ložnice	20	19,9	276	515
20506	koupelna	24	4,2	222	191
20507	wc	20	1,1	−40	−28
20508	šatna	20	3,2	10	85
30000	chodba	15	20,2	−183	−227
30102	ob+kk	20	30,3	582	436
30101	chodba	19	6,4	−35	−52
30103	ložnice	20	14,2	310	298
30104	koupelna	24	4,2	144	138
30105	šatna	20	2	21	13
30201	chodba	19	7	−98	−114
30202	ob+kk	20	30,3	583	436
30203	ložnice	20	13,6	310	254
30204	koupelna	24	4,2	144	138
30205	šatna	20	2	21	13
30301	chodba	19	4,3	−28	−47
30302	ob+kk	20	26,1	357	262
30303	koupelna	24	4,2	223	172
30304	šatna	20	3,2	33	19
30401	chodba	19	10	−57	−61
30402	ob+kk	20	33,1	524	385
30403	ložnice	20	10,7	305	256
30404	ložnice	20	13,2	275	258
30405	koupelna	24	4,2	131	151
30406	wc	20	1,1	−10	−26
30407	šatna	20	3,3	57	43
30501	chodba	19	11,6	−45	−90
30502	ob+kk	20	33,1	520	385
30503	ložnice	20	10,7	302	256
30504	ložnice	20	11,5	192	144
30505	ložnice	20	17,1	399	391
30506	koupelna	24	4,2	131	151
30507	wc	20	1,1	−10	−26
30508	šatna	20	3,2	57	43
CELKEM [W]				12 776	12 983
ROZDÍL [W]				207	2 %

Z tabulky je patrné, že tepelné ztráty z obou výpočetních variant nejsou stejné. V některých místnostech je tepelná ztráta prostupem vypočtená v BIM vyšší a jinde naopak. Výsledný rozdíl tepelných ztrát prostupem je ale přibližně 2 %. Proto stojí za zvážení, zda v případě, kdy projektant vytápění dostane vytvořený stavební BIM model s informacemi o konstrukcích, nechá si programem ručně vypočítat tepelné ztráty, nebo si tepelné ztráty vypočítá v jiném výpočetním nástroji. Nevýhodou integrovaných výpočetních nástrojů v BIM softwarech je, že projektant neví, jak se program chová, a výsledky mohou být nepravdivé.

Závěr

Na základě porovnání výpočtu tepelných ztrát provedených ručním výpočtem a v BIM nástroji lze říci, že rozdíl není tak velký, aby výsledky nemohly být použity pro návrh vytápění v objektu, nebo alespoň pro zjištění tepelné ztráty již v počátcích projektu. Závěrem lze tedy říci, že technologie BIM je přínosná především při koordinací všech profesí, ale pro samotné počítání a dimenzování je prozatím ještě lepší využívat jiné nástroje.

Poděkování

Tento příspěvek vzniknul za podpory grantu SGS19/098/OHK1/2T/11 Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Seznam značení

`t_i`	návrhová teplota v místnosti	[°C]
`A_i`	plocha místnosti	[m²]
`Q_Tm`	tepelná ztráta místnosti prostupem tepla	[W]
`U`	součinitel prostupu tepla konstrukcí	[W/m².K]

Literatura

Kubrichtová, K., Kabele, K.: ČKAIT – Dotazníkový průzkum: Zavedení BIM v TZB. 2018. Nepublikováno.
ČSN EN 12831-1 Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3-3. 2018.

English Synopsis

Integrated NZEB heating design with BIM support

The article deals with BIM technology in co-operation with design of HVAC. The theme is divided into two related parts. The first part describes the complex issues related to BIM technology and its implementation in TZB practice. In the second part there is a practical way of comparing the calculation of heat losses according to CSN EN and using the BIM tool.