VUT v Praze Fakulta stavebn Katedra technickch zazen

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov ČSN EN 12831 Tepelné soustavy v budovách – výpočet tepelného výkonu

Obsah Směrnice 2002/91 n Evropské technické normy n ČSN EN 12831 Výpočet tepelného výkonu n Příklad – porovnání s ČSN 060210 n Software n Závěr n

Tvorba norem Směrnice Evropského parlamentu a rady 2002/91/EC o energetické náročnosti budov n Cílem směrnice je snižování energetické náročnosti budov s ohledem na klimatické podmínky a efektivnost nákladů n

Tvorba norem n Řídící výbor CENu reagoval na směrnici 2002/91/EC „Energetická náročnost budov“ a rozhodnutí Evropské komise podpořit tuto směrnici normami. n n n CEN/TC 89 Tepelná náročnost budov a stavebních prvků, CEN/TC 156 Větrání budov, CEN/TC 169 Světlo a osvětlení, CEN/TC 228 Tepelné soustavy v budovách, CEN/TC 247 Regulace pro soustavy TZB.

Tvorba norem Tepelné soustavy v budovách

Tvorba norem Při zpracování návrhu EN se obvykle jedná o prosazení zájmů nejsilnějších zemí. n ČSN EN 12831 prosadily se prvky užité v německé, francouzské a severské legislativě. n Podnikatel se může podílet na zpracování/ovlivňování budoucí EN. n

Podrobnější informace: Časopis Topenářství instalace 8/2004.

Výpočet tepelných ztrát ČSN EN 12831 Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu n n vydána 1. 7. 2003 v anglickém jazyce, v českém jazyce vydána 1. 3. 2005, změna 1. 8. 2005 (tisková oprava) ČSN 060210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění n Vydána 1. 5. 1994, 1. 2. 1999 změna.

ČSN EN 12831 n Norma popisuje výpočet návrhového tepelného výkonu pro: vytápěný prostor pro dimenzování otopných ploch n budovu nebo část budovy pro dimenzování tepelného výkonu Výpočet pro standardní případy -výška místností do 5 m, vytápění do ustáleného stavu. + zvláštní případy: budovy s vysokou výškou stropu nebo rozdílnou teplotou n

ČSN EN 12831 – Postup výpočtu a) Stanovení základních údajů: – výpočtové venkovní teploty – průměrné roční venkovní teploty b) Určení každého prostoru budovy: vytápěný ( teplota), nevytápěný c) Stanovení: rozměrových vlastností a tepelných vlastností • všech stavebních částí pro každý vytápěný a nevytápěný prostor. d) Výpočet návrhových tepelných ztrát prostupem: • (návrhový součinitel tepelné ztráty prostupem x návrhový rozdíl teplot) e) Výpočet návrhových tepelných ztrát větráním: • (návrhový součinitel tepelné ztráty větráním x návrhový rozdíl teplot) f) Výpočet celkové tepelné ztráty: (návrhová tepelná ztráta prostupem + návrhová tepelná ztráta větráním) g) Výpočet zátopového výkonu: (dodatečný výkon potřebný pro vyrovnání účinků přerušovaného vytápění) h) Výpočet návrhového celkového tepelného výkonu: (celkové návrhové tepelné ztráty + zátopový výkon)

ČSN EN 12831 Nové značky veličin: θ. …teplota (°C) [théta] Φ…tepelná ztráta, výkon (W) [velké fí] n Nové veličiny: H…součinitel tepelné ztráty (W/K) ψ…lineární součinitel prostupu tepla (W/m. K) Q…množství tepla (J) n

Klimatické údaje – příloha Začátek a konec topné sezóny

ČSN EN 12831 θo…Výsledná teplota = aritmetický průměr teploty vnitřního vzduchu a průměrné teploty sálání. θint…Výpočtová vnitřní teplota = výsledná teplota ve středu vytápěného prostoru Předpokládá se za běžných podmínek rovnost teplot.

Výpočtová vnitřní teplota (NA) θint, i. . . výpočtová vnitřní teplota tzn. výsledná teplota ve středu prostoru ve výšce 0, 6 -1, 6 m NA – národní příloha

Tepelná pohoda n Faktory prostředí: teplota, vlhkost, rychlost n Osobní faktory: proudění vzduchu, sálání M…hodnota metabolismu (W/m 2) - Aktivita 1 met = 60 W/m 2 I…. . izolace oblečení (m 2. K/W) - Oděv 1 clo=0, 155 m 2. K/W clo <0, 5 0, 6 -1, 2 >3, 5

Tepelná pohoda Hodnocení kvality prostředí-indexy: n PMV (Predicted Mean Vote)…předpokládaná průměrná volba=průměrný tepelný pocit člověka n PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied)…předpokládané procento nespokojených PMV - 7 stupňů 3, 2, 1, 0 , -1, -2, -3 horko, teplo, mírně teplo PPD neutrálně mírně chladno, zima PMV

Tepelná pohoda n Kategorie prostředí Kategorie vnitřního tepelného prostředí Celkový tepelný stav těla Předpokládané procento nespokojených PPD Předpokládané průměrné hodnocení PMV A 6% 0, 2 < PMV < + 0, 2 B 10% 0, 5 < PMV < + 0, 5 C 15% 0, 7 < PMV < + 0, 7 PMV…predicted mean vote, PPD…predicted percentage of dissatisfied

Optimální výsledná teplota Budova clo met Kancelář 1, 0 1, 2 Bydlení 1, 0 1, 2 Kat. A B C Výsledná teplota 21 – 23 20 – 24 19 – 25

Optimální výsledná teplota

Optimální výsledná teplota

Výpočtová vnitřní teplota n pro většinu známých případů – tab. A. 2 přílohy A n rovnocenně lze použít grafy pro kategorie vnitřního prostředí A, B, C n lze vycházet z ČSN EN ISO 7730, ve které kvalita tepelné pohody je vyjádřena hodnotami PMV nebo PPD

Výpočet tepelných ztrát n Celková návrhová tepelná ztráta (W) i = T, i + V, i T, i …. . návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V, i …. . návrhová tepelná ztráta větráním

Prostup tepla - vytápěný prostor H…součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int…. . vnitřní prostor i……. . vytápěný prostor e……. vnější, venkovní u……. nevytápěný prostor g……. zemina, půda j……. . . vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu)

Ztráty do exteriéru stavební část lineární tepelný most A…(m 2) U…(W/m 2. K) e…korekční činitel vystavení povětrnosti pokud vlivy nebyly uvažovány při výpočtu U(W/m 2. K) EN ISO 6946 Rozměry pro výpočet plochy: vnitřní, celkové vnitřní, vnější, - stejné pro celý výpočet

Ztráty do exteriéru stavební část lineární tepelný most ψ…součinitel lineárního tepelného mostu (W/m. K) →ČSN EN ISO 14683 zjednodušeně →ČSN EN ISO 10211 -2 podrobný výpočet I…délka lineárního mostu (m)

Tepelné mosty-lineární činitele ČSN EN ISO 14683

Příklad tepelného mostu n Nároží C 1 n Nároží C 2 i. . . interní, oi…celkové vnitřní, e…externí ČSN EN ISO 14683

Ztráty nevytápěným prostorem bu…redukční činitel (-) při známé θ : jinak:

Ztráty do zeminy Korekční činitelé: fg 1…vliv ročních změn teploty fg 2…vliv průměrné a venkovní výpočtové teploty Gw…vliv spodní vody (při vzdálenosti < 1 m) Uequiv, k…ekvivalentní součinitel prostupu tepla – stanovený dle typu podlahy.

Ztráty do zeminy n Uequiv, k-určí se v závislosti na U stavební části a charakteristickém parametru B´. (ČSN EN ISO 13370) Ag…plocha podlahové konstrukce (m 2) P… obvod podlahové konstrukce (m)

Ztráty do zeminy Uequiv, bf B´

Ztráty do zeminy Uequiv, bf B´

Ztráty do zeminy Uequiv, bw U (W/m 2. K)

Ztráta do/z vytápěného prostoru A…(m 2) U…(W/m 2. K) fij…redukční teplotní činitel

Návrhová tepelná ztráta prostupem H…součinitel tepelné ztráty prostupem (W/K) Indexy: int…. . vnitřní prostor i……. . vytápěný prostor e……. vnější, venkovní u……. nevytápěný prostor g……. zemina, půda j……. . . vytápěný prostor (na výrazně jinou teplotu)

Ztráta větráním H…součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi…výměna vzduchu (m 3/s)

Větrací vzduch Přirozené větrání Nucené větrání inf…infiltrace su…přiváděný vzduch mech, inf…rozdíl mezi nuceně odváděným a přiváděným vzduchem fvi…teplotní redukční součinitel

Vmech, inf Vmin Vinf Vex Vsu Vinf Vmin

Větrací vzduch Infiltrace obvodovým pláštěm n 50…intenzita výměny vzduchu za hodinu při rozdílu tlaků 50 Pa 2…n 50 je pro celou budovu tzn. nejhorší případ je vstup vzduchu pouze z jedné strany ei…stínící činitel (stínění prostoru zástavbou) εi…výškový korekční činitel (vliv výškového umístění středu prostoru)

Infiltrace obvodovým pláštěm n 50 Stavba Stupeň těsnosti obvodového pláště budovy (kvalita těsnění oken) vysoká střední nízká Rodinný dům s jedním bytem < 4 4 až 10 > 10 Jiné bytové domy nebo budovy < 2 2 až 5 > 5 Výška vytápěného prostoru nad úrovní země 0 – 10 m 1, 0 > 10 – 30 m 1, 2 > 30 m 1, 5

Větrací vzduch Hygienické množství Druh místnosti nmin (h-1) Obytná místnost (základní) 0, 5 Kuchyně nebo koupelna s oknem 1, 5 Kancelář 1, 0 Zasedací místnost, školní třída 2, 0

Větrací vzduch Vsui…množství přiváděného vzduchu (m 3/h) (stanoví projektant VZD) fvi…teplotní redukční činitel θsu, i…teplota přiváděného vzduchu (např. předehřátého, nebo ze ZZT) Nejsou-li známé údaje o větrací soustavě, tepelná ztráta větráním se vypočte pro řešení s přirozeným větráním.

Větrací vzduch Vmech, inf…bilance množství vzduchu pro celou budovu (odváděný – přiváděný vzduch) - rozdíl (podtlak) vyrovnán venkovním vzduchem přiváděným přes obálku budovy Výpočet pro celou budovu – rozdělení na místnosti dle průvzdušnosti nebo dle objemů:

Návrhová tepelná ztráta větráním Nucené větrání Přirozené větrání Návrhová tepelná ztráta větráním H…součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi…výměna vzduchu (m 3/s)

Přerušované vytápění Zátopový tepelný výkon n Prostory s přerušovaným vytápěním po útlumu v určeném čase vyžadují zátopový tepelný výkon k dosažení požadované výpočtové vnitřní teploty. n Zátopový tepelný výkon závisí na: n n akumulačních vlastnostech stavebních částí době zátopu teplotním poklesu po dobu útlumu vlastnostech regulačního a řídícího systému

Přerušované vytápění Zátopový tepelný výkon není vždy nutný, např. : n n n regulační a řídící systém vypojí útlum vytápění v průběhu nejchladnějších dnů, tepelné ztráty (ztráty větráním) mohou být omezeny během útlumu vytápění Zátopový tepelný výkon musí být odsouhlasen zákazníkem.

Přerušované vytápění n Zátopový tepelný výkon Podrobný výpočet n n výpočtem dynamických stavů Zjednodušený výpočet ΦRH…zátopový tepelný výkon (W) A…podlahová plocha (m 2) f. RH…zátopový korekční činitel (W/m 2) NE pro: - akumulační vytápění, - lehké stavební konstrukce,

Přerušované vytápění f. RH Zátopový čas (h) 1 2 3 1 K Hm. vysoká 11 6 4 4 2 W/m 2 Pokles teploty (K) 2 K Hm. vysoká 22 11 9 3 K Hm. vysoká 45 22 16 7 13 Příklad tabulky pro obytné budovy - útlum < 8 h

Přerušované vytápění Zátopový tepelný výkon Zjednodušený výpočet lze použít: n pro obytné budovy n n n pro dobu omezení (nočního útlumu) 8 h, pro stavební konstrukci, která není lehká (např. dřevěná trámová konstrukce). pro nebytové budovy n n n pro dobu omezení (víkendový útlum) 48 h, pro dobu užití v pracovních dnech nižší než 8 h za den, pro výpočtovou vnitřní teplotu 20°C až 22°C.

Návrhový tepelný výkon Pro vytápěný prostor: HL, i = T, i + V, i + RH, i (W) Pro budovu nebo část budovy: HL = T, i + V, i + RH, i (W) T, i …návrhová tepelná ztráta prostupem tepla V, i …návrhová tepelná ztráta větráním (* pro budovu redukováno maximum) RH, i …zátopový tepelný výkon při přerušovaném vytápění

Ztráta větráním pro budovu n pro přirozené větrání: n pro nucené větrání s větrací soustavou: ηv …účinnost zařízení ZZT Pro návrh zdroje 24 h průměr.

Zjednodušený výpočet Předpoklady: Obytné budovy n 50 < 3 h-1 Použití vnějších rozměrů Celková tepelná ztráta: fΔθ …teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty místností s vyšší teplotou (koupelna - 24°C)

Zjednodušený výpočet n Ztráta prostupem tepla fk. . . korekční činitel pro zjednodušenou metodu n Ztráta větráním Hygienické nejmenší množství vzduchu Celkový tepelný výkon HL = T, i + V, i + RH, i (W)

Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech n Vysoké a rozlehlé prostory Prostory s výškou >5 m…uvažuje se teplotní vertikální gradient → zvýšení tepelných ztrát střechou. platí pro budovy ≤ 60 W/m 2 → Celková tepelná ztráta upravena výškovým korekčním činitelem fh, i závisí na způsobu vytápění (sálavé, konvekční) a výšce vytápěných prostor.

Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech fh, i …výškový korekční činitel

Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech n Budovy s výrazně odlišnou teplotou vzduchu a střední teplotou sálání Pokud chyba tep. ztráty větráním > 5% →ztráta prostupem z výsledné teploty θo →ztráta větráním z teploty vnitřního vzduchu θint Jinak výpočet tepelných ztrát větráním (infiltrací) vede k příliš vysokým hodnotám pro sálavé otopné soustavy a příliš nízkým hodnotám pro konvekční otopné soustavy.

Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Pokud: úprava z důvodu rozdílu teploty vzduchu a výsledné teploty. Uw…průměrná hodnota U oken a stěn budovy (W/m 2. K) průměrná teplota sálání se vypočte z vnitřních povrchových teplot - vypočítat pro dané U hodnoty, vnitřní a vnější výpočtovou teplotu a teplotu otopných ploch

Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Souhrn vytápěných místností Vzorový dům n polovina rodinného dvojdomu, n přízemí, podzemní podlaží n společná západní stěna n přízemí 0, 5 m nad terénem Klimatická data

Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Schéma půdorysu přízemí Základní konstrukce obvodová zeď Uk = 0, 433 Wm 2. K výplně otvorů Uk = 2, 1 Wm 2. K vnitřní příčky Uk = 2, 011 Wm 2. K vnitřní nosná zeď Uk = 0, 742 Wm 2. K podlaha Uk = 0, 48 Wm 2. K strop Uk = 0, 469 Wm 2. K

Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Schéma řezu Základní konstrukce strop Uk = 0, 469 Wm 2. K podlaha Uk = 0, 48 Wm 2. K sklepní stěna do zeminy Uk = 0, 606 Wm 2. K do vzduchu Uk = 0, 725 Wm 2. K podlaha suterénu Uk = 0, 457 Wm 2. K

Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Porovnání tepelných ztrát podle ČSN 12831 a ČSN 060210

Příklady software n n n modul TV tepelný výkon (Protech) –– připravuje se –– http: //www. protech. cz/ Ztráty 2004 (Svoboda software) –– plně funkční –– http: // www. kcad. cz Integracad 2005 (Lipovica) –– česká verze bude představena na Aquatherm 2005 –– http: //www. lipovica. cz/ Imi. LOSS (IMI International) –– připravuje se – snad na Aquathermu 2005 –– http: //www. imitop. net/ , http: //www. imi-international. net/cs/ + mnoho dalších

. . . děkuji za pozornost! daniel. adamovsky@fsv. cvut. cz