ČSN EN 12831 Tepelné soustavy v budovách – výpočet tepelného výkonu

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

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

Tvorba norem Řídící výbor CENu reagoval na směrnici 2002/91/EC „Energetická náročnost budov“ a rozhodnutí Evropské komise podpořit tuto směrnici normami. 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.

Tepelné soustavy v budovách Tvorba norem Tepelné soustavy v budovách

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

Podrobnější informace: Časopis Topenářství instalace 8/2004.

Výpočet tepelných ztrát ČSN EN 12831 Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu 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 Vydána 1.5.1994, 1.2.1999 změna.

ČSN EN 12831 Norma popisuje výpočet návrhového tepelného výkonu pro: vytápěný prostor pro dimenzování otopných ploch 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

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] Nové veličiny: H…součinitel tepelné ztráty (W/K) ψ…lineární součinitel prostupu tepla (W/m.K) Q…množství tepla (J)

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 0,6-1,6m NA – národní příloha

Tepelná pohoda Faktory prostředí: teplota, vlhkost, rychlost proudění vzduchu, sálání Osobní faktory: M…hodnota metabolismu (W/m2) - Aktivita 1met = 60 W/m2 I…..izolace oblečení (m2.K/W) - Oděv 1 clo=0,155m2.K/W >3,5 clo <0,5 0,6-1,2

Tepelná pohoda Hodnocení kvality prostředí-indexy: PMV (Predicted Mean Vote)…předpokládaná průměrná volba=průměrný tepelný pocit člověka PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied)…předpokládané procento nespokojených PMV - 7stupňů 3, 2, 1, 0 ,-1,-2,-3 horko, teplo, mírně teplo neutrálně mírně chladno, chladno, zima PMV index vytvořil prof. Fanger z Dánska. použil údaje z experimentů. PMV stupnice odpovídá hodnocení dle ASHRAE a ČSN EN ISO 7730. PMV je možné změřit, pokud se odhadne aktivita a oděv a změří se následující parametry: teplota vzduchu, střední radiační teplota. relativní rychlost proudění vzduchu a parciální tlak vodní páry. PPD PMV

Tepelná pohoda 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 Kat. Výsledná teplota Kancelář 1,0 1,2 A 21 – 23 B 20 – 24 C 19 – 25 Bydlení 1,0 1,2 A 21 – 23 B 20 – 24 C 19 – 25

Optimální výsledná teplota

Optimální výsledná teplota

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

Výpočet tepelných ztrát 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 A…(m2) U…(W/m2.K) stavební část lineární tepelný most A…(m2) U…(W/m2.K) e…korekční činitel vystavení povětrnosti pokud vlivy nebyly uvažovány při výpočtu U(W/m2.K) EN ISO 6946 Rozměry pro výpočet plochy: vnitřní, celkové vnitřní, vnější, - stejné pro celý výpočet

Ztráty do exteriéru ψ…součinitel lineárního tepelného mostu (W/m.K) 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 Nároží C1 Nároží C2 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: fg1…vliv ročních změn teploty fg2…vliv průměrné a venkovní výpočtové teploty Gw…vliv spodní vody (při vzdálenosti < 1m) Uequiv,k…ekvivalentní součinitel prostupu tepla – stanovený dle typu podlahy.

Ztráty do zeminy Uequiv,k-určí se v závislosti na U stavební části a charakteristickém parametru B´. (ČSN EN ISO 13370) Ag…plocha podlahové konstrukce (m2) P… obvod podlahové konstrukce (m)

Ztráty do zeminy Uequiv, bf B´

Ztráty do zeminy Uequiv, bf B´

Ztráty do zeminy Uequiv, bw U (W/m2.K)

Ztráta do/z vytápěného prostoru A…(m2) U…(W/m2.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 (m3/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

Vinf Vmin Vsu Vex Vmech,inf

Infiltrace obvodovým pláštěm Větrací vzduch Infiltrace obvodovým pláštěm n50…intenzita výměny vzduchu za hodinu při rozdílu tlaků 50 Pa 2…n50 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 Stavba n50 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

θsu,i…teplota přiváděného vzduchu Větrací vzduch Vsui…množství přiváděného vzduchu (m3/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: Vmech inf..například u bytových domů obvykle nepřivádíme vzduch.

Návrhová tepelná ztráta větráním Nucené větrání Přirozené větrání Návrhová tepelná ztráta větráním H…součinitel návrhové tepelné ztráty větráním (W/K) Vi…výměna vzduchu (m3/s)

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

Zátopový tepelný výkon Přerušované vytápění Zátopový tepelný výkon Zátopový tepelný výkon není vždy nutný, např.: 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.

Zátopový tepelný výkon Přerušované vytápění Zátopový tepelný výkon Podrobný výpočet výpočtem dynamických stavů Zjednodušený výpočet ΦRH…zátopový tepelný výkon (W) A…podlahová plocha (m2) fRH…zátopový korekční činitel (W/m2) NE pro: akumulační vytápění, lehké stavební konstrukce,

Přerušované vytápění Zátopový čas (h) fRH W/m2 Pokles teploty (K) 1 K Hm. vysoká 1 11 22 45 2 6 3 4 9 16 7 13 Zátopový činitel fRH pro obytné budovy s nočním teplotním útlumem nejvýše 8 h. Norma obsahuje ještě tabulku pro nebytové domy s útlumem max. 12h. Příklad tabulky pro obytné budovy - útlum < 8h

Zátopový tepelný výkon Přerušované vytápění Zátopový tepelný výkon Zjednodušený výpočet lze použít: pro obytné budovy pro dobu omezení (nočního útlumu) 8 h, pro stavební konstrukci, která není lehká (např. dřevěná trámová konstrukce). pro nebytové budovy 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 pro přirozené větrání: pro nucené větrání s větrací soustavou: ηv …účinnost zařízení ZZT Pro návrh zdroje 24h průměr.

Zjednodušený výpočet Předpoklady: Obytné budovy n50 < 3 h-1 Použití vnějších rozměrů Celková tepelná ztráta: fΔθ …teplotní korekční činitel zohledňující dodatečné vyšší ztráty místností s vyšší teplotou (koupelna - 24°C)

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

Výpočet tepelných ztrát ve zvláštních případech Vysoké a rozlehlé prostory Prostory s výškou >5m…uvažuje se teplotní vertikální gradient → zvýšení tepelných ztrát střechou. platí pro budovy ≤ 60 W/m2 → 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 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: Uw…průměrná hodnota U oken a stěn budovy (W/m2.K) průměrná teplota sálání se vypočte z vnitřních povrchových teplot - vypočítat pro dané U hodnoty, vnitřní a vnější výpočtovou teplotu a teplotu otopných ploch úprava z důvodu rozdílu teploty vzduchu a výsledné teploty.

Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Souhrn vytápěných místností Vzorový dům polovina rodinného dvojdomu, přízemí, podzemní podlaží společná západní stěna 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 Wm2.K výplně otvorů Uk = 2,1 Wm2.K vnitřní příčky Uk = 2,011 Wm2.K vnitřní nosná zeď Uk = 0,742 Wm2.K podlaha Uk = 0,48 Wm2.K strop Uk = 0,469 Wm2.K

přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Porovnání s ČSN 06 0210 přepočet vzorového výpočtu podle ČSN 060210 Schéma řezu Základní konstrukce strop Uk = 0,469 Wm2.K podlaha Uk = 0,48 Wm2.K sklepní stěna do zeminy Uk = 0,606 Wm2.K do vzduchu Uk = 0,725 Wm2.K podlaha suterénu Uk = 0,457 Wm2.K

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

Příklady software 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/ ImiLOSS (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