รštlm vykurovania v energetickom manaลพmente budov

Partneri sekcie:

Energetickรฝ manaลพment budov rozhoduje okrem inรฉho aj o spรดsobe regulรกcie vykurovania budov, teda o tom, na akรบ teplotu sa bude poฤas dลˆa vykurovaลฅ a ฤi sa zavedรบ รบtlmy vykurovania. ฤŒlรกnok sa zaoberรก porovnanรญm rรดznych รบtlmov vykurovania bytovรฉho domu metรณdami poฤรญtaฤovej simulรกcie a ich vplyvom na tepelnรฝ komfort a spotrebu tepla budovy na vykurovanie, a sรบฤasne poukazuje na vplyv prijatรฝch zjednoduลกenรญ spoฤรญvajรบci v zanedbanรญ vplyvu dynamiky vykurovacรญch telies a termostatickรฉho ventilu.

รštlm vykurovania mรก ekonomickรฝ, energetickรฝ, ale aj zdravotnรฝ vรฝznam. Jeho pouลพitie je motivovanรฉ minimalizรกciou spotreby tepla miestnosลฅami v ฤase mimo ich hlavnรฉho vyuลพitia. V bytovรฝch domoch ide o ฤas odchodu uลพรญvateฤพov do zamestnania, prรญpadne vรญkendovรฝ รบtlm vykurovania pri odchode uลพรญvateฤพov na vรญkend. Na pracoviskรกch sa realizuje v ฤase mimo pracovnej doby (noc, dni pracovnรฉho voฤพna a pod.).

V prรญpade, ลพe je objekt vykurovanรฝ elektrinou, mรดลพe byลฅ รบtlm vykurovania determinovanรฝ ฤasom, poฤas ktorรฉho sa รบฤtuje znรญลพenรก sadzba elektrickej energie a pod. Zdravotnรฝ prรญnos รบtlmu vykurovania v bytovรฝch domoch spoฤรญva predovลกetkรฝm v zdravลกom a kvalitnejลกom spรกnku, ktorรฝ bรฝva pri niลพลกรญch teplotรกch vzduchu v miestnosti.

Bytovรฝ dom typu T1251
Obr. 1 Bytovรฝ dom typu T1251
Obr. 2 Priebeh teplรดt a tepelnรฝch tokov v bytoch v dลˆoch 8. a 9. 1. 6 T
Obr. 3 Porovnanie priebehov teplรดt ti pri rรดznych ฤasoch รบtlmu a teplotรกch poฤas typickรฉho zimnรฉho dลˆa
Obr. 4 a 5 Percentuรกlna รบspora energie
Obr. 7 Porovnanie priebehov kvantitatรญvnej regulรกcie s pouลพitรญm TRV
Obr. 6 Princรญp ฤasovรฉho oneskorenia a ฤasu otvรกrania a zatvรกrania termostatickej hlavice 11
Tab. 1 Uvaลพovanรฉ nรกvrhovรฉ teploty

Nevรฝhodou รบtlmu vykurovania mรดลพu byลฅ hlukovรฉ prejavy pri nabiehanรญ vykurovacej sรบstavy a nevyhnutnosลฅ navรฝลกiลฅ vรฝkon zdroja tepla vplyvom tepelnรฉho vรฝkonu na zakรบrenie, v sรบvislosti s ktorรฝm sa podฤพa normy ฤŒSN EN 12831 [3] zavรกdza korekฤnรฝ sรบฤiniteฤพ fRH (W/m2), zvyลกujรบci potrebnรฝ nรกvrhovรฝ tepelnรฝ vรฝkon na vykurovanie danรฉho priestoru.

Prvรฝm cieฤพom tohto ฤlรกnku je poukรกzaลฅ na vplyv รบtlmu vykurovania na znรญลพenie spotreby tepla na vykurovanie v konkrรฉtnom bytovom dome, ฤalej na jeho vplyv na znรญลพenie teploty v miestnostiach v ฤase รบtlmu a tieลพ posรบdiลฅ vplyv na potrebu vรฝkonu na zakรบrenie a na dฤบลพku vykurovacieho obdobia, a to pri budove v jestvujรบcom stave a pri budove zateplenej pribliลพne na รบroveลˆ nรญzkoenergetickรฉho ลกtandardu.

Na dosiahnutie tรฝchto cieฤพov sme pouลพili teoretickรบ metรณdu ฤasovo neustรกlenej poฤรญtaฤovej simulรกcie v softvรฉri BSim 2000 โ€“ podrobne uvedenรฉ v [1] a [2]. รštlm vykurovania je spojenรฝ s nรกbehom a รบtlmom โ€“ teda typicky veฤพmi dynamickรฝmi javmi, ktorรฝmi prechรกdza vykurovacia sรบstava.

Druhรฝm cieฤพom je poukรกzaลฅ vo vลกeobecnosti na dynamickรฉ javy pri regulรกcii vykurovacรญch plรดch vykurovacรญch systรฉmov s kvantitatรญvnou regulรกciou [4] ich tepelnรฉho vรฝkonu a na ich vplyv na poฤรญtaฤovรฉ modelovanie a spotrebu tepla na vykurovanie.

Posudzovanรฝ bytovรฝ dom

Teoretickรฉ รบspory tepla sa simulovali na vybranom objekte v Brne [1]. Ide o ลกtvorpodlaลพnรฝ murovanรฝ bytovรฝ dom s typovรฝm oznaฤenรญm T12/51 z prvej polovice 50. rokov 20. storoฤia s tromi sekciami (obr. 1). Hlavnรฉ vstupy do objektu sรบ na รบrovni medzipodlaลพia domovรฉho schodiska medzi podzemnรฝm a nadzemnรฝm podlaลพรญm. Pri vลกetkรฝch nadzemnรฝch podlaลพiach sรบ vลพdy dva byty na jednom poschodรญ.

Spolu je tu 24 rovnakรฝch bytov. V kaลพdom z nich je kuchyลˆa, spรกlลˆa, jedna izba a kรบpeฤพลˆa s WC. รšลพitkovรก plocha jednรฉho bytu je pribliลพne 50 m2. Celkovรก รบลพitkovรก plocha domu je pribliลพne 1 200 m2. Na รบrovni podzemnรฉho podlaลพia je priechodnรก chodba, v ktorej sa nachรกdzajรบ pivniฤnรฉ boxy jednotlivรฝch bytov spoloฤne s priestormi na domovรฉ vybavenie.

Na obr. 1 sรบ vรฝkresy jednej sekcie bytovรฉho domu s rovnakรฝm konลกtrukฤnรฝm variantom, ako mรก rieลกenรฝ dom, len menลกieho o jedno nadzemnรฉ podlaลพie s bytmi. Na simulรกciu sa pouลพili reรกlne hodinovรฉ klimatickรฉ dรกta z meteorologickej stanice Brno Tuล™any za rok 2005. ฤŽalej sa pouลพili modely podrobnรฉho uลพรญvania s vnรบtornรฝmi ziskami podฤพa [5].

Obr. 1 Bytovรฝ dom typu T1251
Obr. 1 Bytovรฝ dom typu T12/51 |

ล pecifikรกcia simulovanรฝch variantov รบtlmu

Poฤรญtalo sa s dvomi druhmi รบtlmu vykurovania. Najskรดr s โ€žtotรกlnymโ€œ (s oznaฤenรญm โ€žTโ€œ), spoฤรญvajรบcim v รบplnom vypnutรญ zdroja tepla po celรฝ nastavenรฝ ฤas. Tento typ รบtlmu mรดลพe nastaลฅ v prรญpade, ลพe je objekt napojenรฝ naprรญklad na systรฉm centralizovanรฉho zรกsobovania teplom s preruลกovanou dodรกvkou tepla alebo mรก elektrickรฉ vykurovanie vyuลพรญvajรบce vรฝluฤne tarifu s nรญzkou sadzbou elektrickej energie bez jej riadenej akumulรกcie.

Druhรฝ typ รบtlmu, takzvanรฝ โ€žregulovanรฝโ€œ (s oznaฤenรญm โ€žRโ€œ), je takรฝ, pri ktorom zdroj tepla udrลพiava poฤas รบtlmu minimรกlnu poลพadovanรบ teplotu v bytoch โ€“ v danom prรญpade 18 ยฐC. V rรกmci oboch variantov tepelnotechnickรฉho stavu budovy sa vykonalo jedenรกsลฅ simulรกciรญ pri zhodnรฝch klimatickรฝch dรกtach a โ€žprofiloch uลพรญvaniaโ€œ. รštlm vykurovania sa posudzoval vo variantoch podฤพa tab. 3.

Obr. 2 Priebeh teplรดt a tepelnรฝch tokov v bytoch v dลˆoch 8. a 9. 1. 6 T
Obr. 2 Priebeh teplรดt a tepelnรฝch tokov v bytoch v dลˆoch 8. a 9. 1. 6 T |

Vรฝsledky รบtlmu

Energetickรฝ vรฝznam รบtlmu vykurovania

Na obr. 4 a 5 sรบ uvedenรฉ podrobnรฉ priebehy spotrieb tepelnej energie v jednotlivรฝch mesiacoch posudzovanรฉho roka 2005. Tรกto รบspora tepelnej energie pri รบtlme vykurovania sa dosiahla primรกrne znรญลพenรญm tepelnej straty prestupom a sekundรกrne znรญลพenรญm tepelnej straty vetranรญm.

Obr. 4 a 5 Percentuรกlna รบspora energie
Obr. 4 a 5 Percentuรกlna รบspora energie |

Vplyv na dฤบลพku vykurovacieho obdobia

Zateplenie objektu mรก vplyv na skrรกtenie vykurovacieho obdobia, a tรฝm pรกdom aj na teplotu vonkajลกieho vzduchu, pri ktorej sa s vykurovanรญm zaฤne, resp. skonฤรญ. V prรญpade pรดvodnรฉho stavu a akรฉhokoฤพvek ฤasu regulovanรฉho รบtlmu vykurovania trvalo vykurovacie obdobie od 16. 9. do 27. 5., teda spolu 253 dnรญ. V prรญpade zateplenรฉho stavu budovy trvalo vykurovacie obdobie od 7. 11. do 24. 3., teda spolu 137 dnรญ, ฤo znamenรก skrรกtenie vykurovacieho obdobia o 116 dnรญ.

Vplyv na vรฝkon na zakรบrenie

Z dosiahnutรฝch vรฝsledkov vyplรฝva, ลพe nastavenรฝ vรฝkon zdroja tepla 150,1 kW, ktorรฝ sa vypoฤรญtal, plne postaฤuje na pokrytie tepelnรฝch strรกt objektu aj potrebnรฉho vรฝkonu na zakรบrenie (ลกpecifikovanรฉho vyลกลกie), a to pri vลกetkรฝch typoch a ฤasoch รบtlmu. O maximรกlnom aktuรกlne potrebnom vรฝkone zdroja tepla rozhoduje totiลพ jednak typ a kvalita regulรกcie, a to na vลกetkรฝch stupลˆoch systรฉmu, a potom aj istรก nรกhodnosลฅ v sรบbehu tepelnรฝch ziskov a strรกt.

Obr. 3 Porovnanie priebehov teplรดt ti pri rรดznych ฤasoch รบtlmu a teplotรกch poฤas typickรฉho zimnรฉho dลˆa
Obr. 3 Porovnanie priebehov teplรดt ti pri rรดznych ฤasoch รบtlmu a teplotรกch poฤas typickรฉho zimnรฉho dลˆa |

รšspory tepla a tepelnรฝ komfort โ€“ pรดvodnรฝ verzus zateplenรฝ stav

Porovnanรญm รบtlmu vykurovania v objekte v pรดvodnom a zateplenom stave zisลฅujeme, ลพe samotnรฝm zateplenรญm objektu doลกlo โ€“ bez zapoฤรญtania vplyvu รบtlmu vykurovania โ€“ k znรญลพeniu spotreby tepelnej energie aลพ na max. 14,6 % pรดvodnej hodnoty. Z vรฝsledkov vyplรฝva, ลพe regulovanรฝ รบtlm vykurovania je v zateplenom stave s narastajรบcim ฤasom รบtlmu relatรญvne stรกle menej vรฝhodnรฝ (aj keฤ len nepatrne), zatiaฤพ ฤo totรกlny รบtlm je v tomto zmysle stรกle vรฝhodnejลกรญ.

 

Dynamickรฉ javy pri regulรกcii vykurovacรญch plรดch

Z vรฝsledkov predchรกdzajรบcich simulรกciรญ je zrejmรฉ (konkrรฉtne z obr. 2), ลพe nรกbeh ฤi odstรกvka zdroja tepla na zaฤiatku ฤi konci รบtlmu vykurovania sรบ takmer okamลพitรฉ. Vรฝpoฤtovรฝ model pouลพitรฝ v tomto prรญpade vลกak berie do รบvahy len dynamiku vonkajลกieho prostredia, vnรบtornรฝch tepelnรฝch ziskov a dynamickรฉ chovanie stavebnรฝch konลกtrukciรญ, no zanedbรกva dynamiku vykurovacej sรบstavy vrรกtane jej regulรกcie.

Na obr. 6 vidieลฅ proces regulรกcie vykurovacรญch plรดch termostatickรฝm ventilom (TRV) vrรกtane oneskorenia a ฤasu otvรกrania ฤi zatvรกrania ventilu. Vplyv TRV na spotrebu tepla sa skรบmal pomocou poฤรญtaฤovej simulรกcie dynamickรฉho vykurovacieho telesa Tomton R1 [12] metรณdou CFD, ktorej vรฝsledky sa ฤalej prevzali do simulรกciรญ spracovanรฝch v softvรฉri TRNSYS, viac v [4].

Obr. 6 Princรญp ฤasovรฉho oneskorenia a ฤasu otvรกrania a zatvรกrania termostatickej hlavice 11
Obr. 6 Princรญp ฤasovรฉho oneskorenia a ฤasu otvรกrania a zatvรกrania termostatickej hlavice 11 |

Vรฝsledky dvoch krajnรฝch spรดsobov regulรกcie sรบ ukรกzanรฉ v rรกmci modelovรฉho prรญpadu a veฤพmi krรกtkeho ฤasovรฉho รบseku na obr. 7. Z vรฝsledkov vyplรฝva, ลพe ak pouลพijeme na regulรกciu vykurovacieho telesa regulaฤnรฝ prvok s okamลพitou reakciou (teda prvok nevykazujรบci ฤasovรฉ oneskorenie a umoลพลˆujรบci skokovรบ zmenu z maximรกlneho prietoku na nulovรฝ), usporรญme โ€“ v danom konkrรฉtnom prรญpade โ€“ pribliลพne 30 %.

Tรกto hodnota vลกak nie je absolรบtna, je vypoฤรญtanรก z modelovรฉho prรญpadu (vzhฤพadom na dฤบลพku vykurovacieho obdobia) v extrรฉmne krรกtkom ฤasovom รบseku, priฤom sa tu prejavujรบ aj ฤalลกie vplyvy, preto ju nemoลพno chรกpaลฅ ako reรกlne dosiahnuteฤพnรบ roฤnรบ รบsporu tepla โ€“ tรก bude oproti tejto hodnote vลพdy menลกia. Tento prezentovanรฝ vplyv prรญtomnosti TRV vo vykurovacej sรบstave vลกak bude vลพdy negatรญvne ovplyvลˆovaลฅ teoretickรบ, vyลกลกie vypoฤรญtanรบ รบsporu tepla pri zavedenรญ รบtlmu vykurovania.

Obr. 7 Porovnanie priebehov kvantitatรญvnej regulรกcie s pouลพitรญm TRV
Obr. 7 Porovnanie priebehov kvantitatรญvnej regulรกcie s pouลพitรญm TRV |

Zรกver

ฤŒlรกnok ukรกzal vplyv รบtlmu vykurovania v konkrรฉtnom bytovom dome na znรญลพenie spotreby tepla na vykurovanie, ฤalej vplyv รบtlmu na znรญลพenie teploty v miestnostiach v danom ฤase a zรกroveลˆ posรบdil vplyv na potrebu vรฝkonu na zakรบrenie a na dฤบลพku vykurovacieho obdobia, a to pri budove v jestvujรบcom stave a pri budove zateplenej pribliลพne na รบroveลˆ nรญzkoenergetickรฉho ลกtandardu.

Z hฤพadiska energetickรฉho manaลพmentu budovy moลพno na aplikรกciu odporuฤiลฅ vลพdy regulovanรฝ รบtlm. Ak vynechรกme extrรฉmne dlhรฉ ฤasy รบtlmu, moลพno tรฝmto opatrenรญm realizovaลฅ รบsporu tepla na vykurovanie do 10 %. Na dosiahnutie tรฝchto vรฝsledkov sa vลกak pouลพila zjednoduลกenรก metรณda ฤasovo neustรกlenej poฤรญtaฤovej simulรกcie v softvรฉri BSim 2000, ktorรก nereลกpektuje dynamiku vykurovacรญch plรดch a kvantitatรญvnej regulรกcie ich vรฝkonu.

V nadvรคznosti na to ฤlรกnok ฤalej vo vลกeobecnosti poukรกzal na dynamickรฉ javy, ktorรฉ sa vyskytujรบ pri regulรกcii vykurovacรญch plรดch vykurovacรญch systรฉmov s kvantitatรญvnou regulรกciou tepelnรฉho vรฝkonu, a ich principiรกlny vplyv na spotrebu tepla na vykurovanie.

Z prezentovanรฝch vรฝsledkov moลพno oฤakรกvaลฅ, ลพe aplikรกcia reรกlnych termostatickรฝch ventilov povedie k znรญลพeniu vyลกลกie prezentovanej รบspory tepla dosiahnutej รบtlmom vykurovania a sรบฤasne k horลกiemu tepelnรฉmu komfortu vo vykurovanรฝch priestoroch. Podrobnejลกie zhodnotenie ich vplyvu na รบtlm vykurovania na pokroฤilejลกรญch modeloch zohฤพadลˆujรบcich funkciu TRV bude nรกplลˆou ฤalลกieho vรฝskumu.

doc. Ing. Ondล™ej ล ikula, PhD., prof. Lahouari Adjlout, Dr. Omar Ladjedel, Dr. Sid Ahmed Reffas, Dr. Tayeb Yahiaoui
Ondล™ej ล ikula pรดsobรญ v รšstave technickรฝch zariadenรญ budov Vysokรฉho uฤenรญ technickรฉho v Brne. Lahouari Adjlout, Omar Ladjedel, Sid Ahmed Reffas a Tayeb Yahiaoui pรดsobia na Mechanical engineering faculty Universite des Sciences et de la Technologie dโ€˜Oran Mohamed Boudiaf v Alลพรญrsku.
Foto a obrรกzky: autori

Prรญspevok bol podporenรฝ projektom ฤ. LO1408 AdMaS UP โ€“ Advanced Materials, Structures and Technologies prostrednรญctvom Mล MT ฤŒeskej republiky v rรกmci programu National Sustainability Programme I. a projektom Podunajskรก spoluprรกca DS-2016-0030 Energy efficiency and indoor environment of nearly zero energy building.

Prรญspevok zรกroveลˆ odznel na konferencii Vykurovanie 2018.

Literatรบra

  1. 1. ล IKULA, O. โ€“ PLรล EK, J.: Vliv noฤnรญho รบtlumu vytรกpฤ›nรญ na roฤnรญ potล™ebu tepla. Vytรกpฤ›nรญ, vฤ›trรกnรญ, instalace, 2010, roฤ. 2010, ฤ. 3, s. 124 โ€“ 130.
  2. ล IKULA, O. โ€“ PLรล EK, J.: Simulation of energy demands for the internal microclimate formation in BSimsoftware and its verification. In: Simulace budov a techniky prostล™edรญ, Sbornรญk 5. konference IBPSA-CZ. Brno, IBPSA-CZ. 2008. p. 85 โ€“ 90.
  3. ฤŒSN EN 12831: Tepelnรฉ soustavy v budovรกch โ€“ vรฝpoฤet tepelnรฉho vรฝkonu.
  4. ล IKULA, O. โ€“ CHARVรT, P. โ€“ ADJLOUT, L. โ€“ LADJEDEL, O.: Modeling of radiators with mass flow control. In: Buildings and Environment: From Research to Application. Applied Mechanics and Materials. Switzerland: Trans Tech Publications, 2017. s. 1 โ€“ 8.
  5. Zweifel G.: Case study building โ€œElfenauโ€, Lucerne โ€“ Specification, IEA ECBCS Annex 50.
  6. Wittchen, K. B. โ€“ Johnsen, K. โ€“ Grau, K.: BSim 2000 โ€“ User`s Guide, November 2000.
  7. Bohรกฤ, J. โ€“ Baลกta, J.: Temperature fields dynamic of panel radiators. Vytapeni, Vetrani, Instalace 25.1 (2016): 2 โ€“ 5.
  8. Janฤรญk, L. โ€“ Baลกta, J.: Setrvaฤnost nรกbฤ›hu a chladnutรญ otopnรฝch tฤ›les. TZB-info 2008.1 (2008): 1 โ€“ 3. 18 Jan. 2017.
  9. Petrรกลก, D.: Nรญzkoteplotnรฉ vykurovanie a obnovitelโ€˜nรฉ zdroje energie. Bratislava: JAGA Group, 2001. Print.
  10. Danfoss Ltd, RA2000 Commercial TRVs, Part No: 410v06 05/16.
  11. Danfoss HS, Data sheet, Radiator thermostats type RA2000, valve bodies type RA-FN (series D) and RA-G. 12/2010 | VDSXG202.
  12. Radiator TOMTON R1. Technickรก specifikace. Dosaลพitelnรฉ z: http://www.tomton-radiators.com/.

ฤŒlรกnokย  bol uverejnenรฝ v ฤasopise ASB 8-9/2018.