Projektová dokumentace VZT - požadavky na energie, jejich spotřeba a úspora

1. ÚVOD

    V současné době již nejsou při volbě koncepce vzduchotechnického zařízení rozhodující pouze investiční náklady, ale stále více investorů zajímá rovněž ekonomika provozu instalovaného zařízení. Z tohoto důvodu by měl být součástí projetu výpočet spotřeby jednotlivých energií potřebných pro provoz vzduchotechnického zařízení, tj. elektrické energie, tepla, chladu, vody či páry pro vlhčení. V současné době s využitím výpočetní techniky je možné velmi přesné přiblížení ke skutečnému provozu. V nabídce programového vybavení pro projektanty od společnosti Klima Praha s.r.o. byl pro tyto účely vyvinut program kWh – spotřeba energie a provozní náklady VTZ.

    Po spuštění programu se objeví formulář „Stažení souboru“ a zde postačí zatrhnout položku „Spustit tento program z aktuálního nastavení“ (není potřeba jej stahovat) a potvrdit tlačítkem „OK“. Následně se objeví formulář „Upozornění zabezpečení“, ale nemusíte se ničeho obávat a dotaz „Chcete nainstalovat a spustit …“ potvrďte klávesou „Ano“. Poté se již objeví hlavní formulář programu kWh. Z důvodu možnosti ukládání zadání je programem vytvořen na Vašem pevném disku označeném písmenem C: adresář \WINKKMP a zde se vytvoří veškerá pomocná data. Aby bylo možno se navrátit k jednotlivým zadáním, program po sobě tento adresář nevymaže. Rozhodnete-li se, že již nebudete vytvořená zadání používat, přesuňte obsah celého adresáře C:\WINKKMP do koše.

    Stanovení spotřeby energií a ekonomické vyhodnocení provozu je závislé na klimatických podmínkách a na určení cen jednotlivých medií. Vzhledem k tomu, že počasí v jednotlivých letech bývá velmi rozdílné, je obtížné vypočítat přesnou spotřebu energií. Přesto existují dlouhodobé statistické údaje o průměrných denních teplotách v různých klimatických územích a na základě těchto údajů je možno vypočítat energetické nároky zařízení, které již pro delší časový úsek jsou velmi přesné. Pro časový úsek odpovídající životnosti vzduchotechnického zařízení, který činí 10 až 15 let, jsou tyto výsledky plně vyhovující.

    Další neznámou je vývoj cen energií a vzájemná relace cen jednotlivých energií. Jedná se o cenu elektrické energie, tepla, chladu a vody případně páry při klimatizaci. Tyto ceny se neustále mění a není snadné odhadnout ceny medií, které budou aktuální za 15 let. Zásadní jsou tyto ceny pro počáteční rozhodnutí zda pro vytápění využít elektrickou energii, teplou vodu nebo plynový ohřívač přímo v komoře jednotky.

    Máme-li k dispozici počáteční údaje, je možno přistoupit k výpočtu spotřeby energií. Pro informativní výpočty je možno použít metodu denostupňů pro vytápění a větrání a hodinostupňů pro chlazení, ale v dnešní době je možno s využitím výpočetní techniky získat přesnější údaje. 

    Pro výpočet spotřeby energie používáme již delší dobu vlastní program, jehož podstatou je určení úpravy vzduchu z venkovního stavu na stav přiváděný do místnosti tak, aby byly zajištěny požadované parametry v místnosti. Jedná se o úpravu vzduchu dle h-x diagramu v hodinových intervalech postupně v průběhu celého ročního období a sčítání jednotlivých energetických nároků nutných pro tuto úpravu. 

    Vstupní parametry venkovního ovzduší vycházejí z padesátiletých měření venkovních teplot. Z toto je vytvořen model venkovního počasí, ve kterém jsou určeny maximální a minimální teploty během dne pro jednotlivé měsíce a různá klimatická pásma. Minimální teplota je uvažována ve 3 hodiny ráno a maximální v  15 hodin odpoledne. Mezi těmito mezními hodnotami je předpokládán harmonický průběh teplot po sinusovce. Takto je možno určit průměrnou teplotu po jednotlivých hodinách od 1 hodiny ranní do 24 hodin od ledna do prosince. Průběh teplot je vyjádřen rovnicí:

t_e = t_emax – A ( 1 – sin ( 15 t – 135 ) ),              kde A je amplituda kolísání teplot
                                                                                 t je sluneční čas

Vlhkost je pak možné vypočítat podle rovnice:

x_e = 5,1 ( 1,08 + tgh ( 0,06 ( t_e – 13 ) ) ) 

    Toto jsou vstupní parametry venkovního vzduchu a úpravou pomocí ohřívače, chladiče, zvlhčovače, rekuperátoru, směšováním je nutno dosáhnout požadovaných parametrů přiváděného vzduchu, tak aby vzduch v místnosti byl v tolerančním poli. 

    Výpočet začíná v 1 hodinu v lednu, podle sestavy zařízení se vypočítá spotřeba tepla pro ohřev, spotřeba páry pro navlhčení, pokračuje se výpočtem ve 2 hodiny a sčítají se jednotlivé spotřeby až do 24 hodin v prosinci. Takto je možno vypočítat týdenní, měsíční a roční spotřebu pro jednotlivá media. Programově je tedy sčítána okamžitá potřeba energie pro dosažení požadovaného stavu vzduchu.

    Součástí programu je zadání provozní doby zařízení s možností zadávat počet dní v týdnu, rozsah provozu během dne a v jakých měsících je zařízení provozováno. Například je možno vyloučit prázdninový provoz a podobně. Program obsahuje výběr různých oblastí podle nadmořské výšky a tomu odpovídajících výpočtových teplot. 

    Je možno počítat energetické nároky nejjednodušších odsávacích zařízení, větracích zařízení, teplovzdušných, chladicích až po klimatizaci s dodržením vlhkosti. Ve výpočtu jsou zohledněny tepelné zisky od elektromotoru, ohřev vzduchu ve ventilátoru a ve vzduchovodu. 

    Další výhodou využití programu pro výpočet provozních nákladů je možnost využití výpočtu z jiných programů. Konkrétně se jedná o využití výsledků výpočtu tepelných zisků od oslunění, kdy tento program počítá zisky po hodinách v jednotlivých měsících. Použijeme-li jako vstup pro zadávání venkovních tepelných zisků výstup z tohoto programu, dostaneme opět přesnější výpočty spotřeby energie. Dále tento program spolupracuje s programem pro výpočet úprav vzduchu dle h-x diagramu a opět je možno přímo využívat zadání vytvořená tímto programem.

    Programem je tedy možno počítat průměrnou spotřebu pro jakékoli vzduchotechnické zařízení, ale mnohem větší význam má pro porovnání více zařízení, která je možné použít pro stejné účely. Jedná se například o výpočet doby návratnosti rekuperátoru, porovnání provozních nákladů na zařízení s chlazením a bez chlazení, použití plynové komory přímo v jednotce s vybudováním plynové kotelny pro ohřev teplé vody či ohřev přímo elektrickou energií.

    V následující tabulce je porovnání shodného zařízení bez rekuperace tepla a s rekuperací.

ENERGETICKÉ NÁROKY JEDNOTLIVÝCH ZAŘÍZENÍ A REKAPITULACE PROVOZNÍCH NÁKLADŮ

    U zařízení s rekuperací se zvýší náklady na elektrickou energii, neboť je nutno použít výkonnější elektromotory vzhledem k tlakové ztrátě rekuperátoru, ale podstatně se sníží náklady na tepelnou energii. Ve výpočtu není uvažováno s rekuperací chladu. Celkové provozní náklady při cenách uvedených v záhlaví výpisu jsou uvedeny ve sloupci NÁKLADY – celkem. Úspora při použití rekuperátoru činí v tomto případě 171 076,- Kč ročně při provozování jednotky s množstvím vzduchu 10 800 m3/hod.