Energetická certifikácia budov - vplyv veľkosti podlahovej plochy rodinného domu na zatriedenie do energetickej triedy
V príspevku sa zaoberám vplyvom podlahovej plochy rodinného domu na energiu dodanej teplej vode. Vzájomne porovnávam tri metódy výpočtu a zároveň jednu z nich použijem pri výpočte dodanej energie pre systém prípravy teplej vody, pomocou ktorej je určená energetická trieda pre miesto spotreby - teplá voda.
Úvod
Energiu dodanú teplej vode je možné počítať viacerými metódami. Európska norma "STN EN 15 316-3-1 - Vykurovacie systémy v budovách. Metóda výpočtu energetických požiadaviek systému a účinností systému. Časť 3-1: Systémy prípravy teplej vody, charakteristika požiadaviek na vodu vo výtokoch" je jednou z noriem, ktoré popisujú metódy na výpočet energetických požiadaviek systému a účinnosti systému súvisiacich so systémami prípravy teplej vody. Táto európska norma stanovuje najmä metódy výpočtu energetických požiadaviek na prípravu teplej vody.
Popísané sú štyri metódy na výpočet potreby energie dodanej objemu teplej vody. Metódy sa líšia úrovňou podrobností o predpokladaných požiadavkách na teplú vodu, napríklad či sú vo výpočte zohľadnené podmienky súvisiace s rôznou spotrebou teplej vody.
Vo svojom príspevku sa zaoberám vplyvom podlahovej plochy rodinného domu na energiu dodanej teplej vode. Vzájomne porovnávam tri metódy výpočtu a zároveň použijem jednu z nich pri výpočte dodanej energie pre systém prípravy teplej vody, pomocou ktorej je určená energetická trieda pre miesto spotreby - teplá voda podľa vyhlášky Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky 625/2006 z 22. novembra 2006, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
Vo výpočtoch uvažujem s rodinným domom, ktorého plocha sa bude meniť od 20 m2 do 400 m2. Pre zjednodušenie uvažujem v každom rodinnom dome s tým istým systémom prípravy a distribúcie teplej vody aj keď to je v praxi nereálne. Teplá voda je pripravovaná v 120 litrovom zásobníkovom ohrievači vody, ktorý je ohrievaný plynovým kotlom ústredného vykurovania. Teplota studenej vody vstupujúcej do ohrievača vody je 10 °C. Teplota teplej vody vystupujúcej z ohrievača vody je 55°C. Teplota okolia distribučného rozvodu teplej vody je 20 °C. Distribučný rozvod teplej vody je prevedený z rúr z nerezovej ocele Geberit opatrených PE tepelnou izoláciou hrúbky 10 a 20 mm. Súčiniteľ tepelnej vodivosti izolácie λ = 0,04 W/(m.K). Špecifická hmotnosť vody je ρtv = 1000 kg/m3. Špecifická tepelná kapacita vody je ctv = 4,186 kJ/(kg.K). Predpokladaný počet odberov TV v priebehu dňa je ntv = 8 odberov/deň. Priemerná teplota vykurovacej vody je uvažovaná Θuk,dis = 65 °C.
V budúcnosti, chcem v ďalšom príspevku zohľadniť aj rozsiahlosť distribučného systému.
Potreba energie na ohrev teplej vody stanovená na základe programov odberu teplej vody
Metóda je založená na využití 24-hodinových cyklov, ktoré definujú požiadavky na odber teplej vody. Ako príklad pre jednoduchý rodinný dom je program odberu teplej vody uvedený v tabuľke č.1. Program odberu teplej vody zahŕňa energetický obsah každého odberu so zohľadnením dodanej teploty a vhodnej rýchlosti toku a je spracovaný pre priemerné denné odbery pre jednu rodinu, sprchovanie - 100 litrov. Ročná potreba energie na teplú vodu je získaná násobením dennej potreby energie zodpovedajúcim počtom dní.
| č. odb. | Začiatok, čas (hh/mm) | Energia (kWh) | Typ odberu |
|---|---|---|---|
| 1 | 07.00 | 0,094 | malý |
| 2 | 07.15 | 1,253 | sprchovanie |
| 3 | 07.30 | 0,094 | malý |
| 4 | 08.01 | 0,094 | malý |
| 5 | 08.15 | 0,094 | malý |
| 6 | 08.30 | 0,094 | malý |
| 7 | 08.45 | 0,094 | malý |
| 8 | 09.00 | 0,094 | malý |
| 9 | 09.30 | 0,094 | malý |
| 10 | 10.30 | 0,094 | umývanie podlahy |
| 11 | 11.30 | 0,094 | malý |
| 12 | 11.45 | 0,094 | malý |
| 13 | 12.45 | 0,282 | umývanie riadu |
| 14 | 14.30 | 0,094 | malý |
| 15 | 15.30 | 0,094 | malý |
| 16 | 16.30 | 0,094 | malý |
| 17 | 18.00 | 0,094 | malý |
| 18 | 18.15 | 0,094 | upratovanie |
| 19 | 18.30 | 0,094 | upratovanie |
| 20 | 19.00 | 0,094 | malý |
| 21 | 20.30 | 0,658 | umývanie riadu |
| 22 | 21.15 | 0,094 | malý |
| 23 | 21.30 | 1,190 | sprchovanie |
| Celková | 5,169 | ||
| Ekvivalentný objem teplej vody | 100 litrov | ||
Tabuľka č.1: Program odberu teplej vody pre rodinný dom
Vzhľadom na skutočnosť, že potreba energie na ohrev teplej vody podľa tejto metodiky nezávisí od plochy rodinného domu, je vypočítaná potreba pre všetky uvažované plochy rodinného domu rovnaká a činí 1 887 kWh/rok.
Potreba energie na ohrev teplej vody stanovená na základe podlahovej plochy
Metóda je založená na predpoklade, že existuje lineárna závislosť medzi potrebou energie na ohrev teplej vody a podlahovou plochou budovy.
V tomto prípade môže byť potreba energie na ohrev teplej vody Qw vypočítaná podľa vzťahu:
Qw, A, day = 10 kWh/(m2.rok) - špecifická potreba energie na ohrev teplej vody založená na definovanej teplote dodanej vody 60 °C a teplote prívodnej studenej vody 10 °C,
A = 20 m2 až 400 m2 - špecifická podlahová plocha v m2 určená z vonkajších rozmerov budovy.
Hodnota špecifickej potreby energie na ohrev teplej vody je definovaná ako teplo na prípravu teplej vody na podlahovú plochu a je uvedená vo vyhláške 625/2006 v prílohe č. 1 - pozri tabuľku 2.
Tabuľka č. 2: Vstupné údaje súvisiace so spôsobom využívania budov [2]
Výsledky výpočtov sú zdokumentované na obrázku 1 - čiara červenej farby.
Potreba energie na ohrev teplej vody stanovená na základe požadovaného objemu
Metóda je založená na výpočte požadovaného objemu teplej vody za deň. Potreba energie na ohrev teplej vody označená ako Qw závisí od dodaného objemu vody a teploty teplej vody. Potreba energie sa vypočíta na základe nasledujúceho vzťahu:
VW,day - objem dodanej teplej vody za deň o požadovanej teplote (m3/deň),
θW,del - teplota dodanej teplej vody (°C)
θW,0 - teplota prívodnej studenej vody (°C)
Požadovaná teplota v tomto prípade je 55 °C. Teplota prívodnej studenej vody je 10°C.
Objem teplej vody VW,day sa vypočíta na základe nasledujúceho vzťahu:
VW,f,day - objem teplej vody v litroch na fuknčnú jednotku na deň o teplote θW,del ,
f - počet fuknčných jednotiek, ktoré sa uvažujú vo výpočte. Príslušná hodnota funkčnej jednotky f je podlahová plocha rodinného domu.
Hodnota VW,f,day je vypočítaná na základe nasledujúceho vzťahu:
Hodnoty x, y a z sú konštanty. Tieto hodnoty sú založené na potrebnom objeme teplej vody v litroch na m2 za deň pri θW,del.
Implicitné hodnoty pre x, y, z minimálna a hraničná hodnota f sú:
x = 39,5 litrov/deň
y = 90,2 litrov/deň
z = 1,49 litrov/m2 za deň
- minimálna hodnota = 14 m2
- hraničná hodnota = 27 m2
Ročné hodnoty potreby energie na ohrev teplej vody sú získané vynásobením potreby energie za deň príslušným počtom dní.
Výsledné hodnoty potreby energie na ohrev teplej vody stanovená na základe požadovaného objemu sú zdokumentované na obrázku 1 - krivka zelenej farby.
Celková energia dodaná teplej vode
Celková energia dodaná teplej vode je súčtom všetkých potrieb energie, ktoré boli vypočítané.
Qcelk - celková energia dodaná teplej vode (kWh/rok)
Qw - energia dodaná teplej vode [3] (kWh/rok)
Qdis - tepelné straty distribučného systému TV [4] (kWh/rok)
Qcirk - doplnková elektrická energia od cirkulačného čerpadla (kWh/rok)
Qzas - tepelné straty zásobníka TV [5] (kWh/rok)
Quk - tepelné straty z rúr od zdroja ku zásobníku TV (kWh/rok)
Po dosadení do vzorca (6) je celková energia dodaná teplej vode od 14 do 174 kWh/(rok.m2). Výsledné hodnoty celkovej energie na ohrev teplej vody sú stanovené na základe požadovaného objemu a sú zdokumentované na obrázku 1 - krivka modrej farby.
Obrázok 1: Priebeh dodanej energie pre systém teplej vody v závislosti na veľkosti plochy rodinného domu.
Záver
Porovnaním uvedených troch metodík výpočtu potreby energie na ohrev teplej vody je možné konštatovať, že do plochy rodinného domu 240 m2 sú vypočítané hodnoty podľa metodiky na základe podlahovej plochy nižšie ako podľa metodiky na základe požadovaného objemu.
Pre rodinný dom s plochou 240 m2 je vypočítaná potreba energie na ohrev teplej vody 2 400 kWh/rok rovnaká ako podľa metodiky na základe podlahovej plochy, tak aj podľa metodiky na základe požadovaného objemu.
Pri ploche rodinného domu väčšej ako 240 m2 sú vypočítané hodnoty podľa metodiky na základe podlahovej plochy vyššie ako podľa metodiky na základe požadovaného objemu.
Pri kategorizovaní rodinného domu pre miesto spotreby teplá voda do energetickej triedy podľa tabuľky č. 3 [2] je možné konštatovať, že budova do 50 m2 bude mať miesto spotreby teplá voda v energetickej triede G.
Rodinný dom s plochou do 220 m2 do 400 m2 bude mať miesto spotreby teplá voda v energetickej triede B. Ako už bolo uvedené je predpoklad, že pri väčšej ploche domu budú aj rozsiahlejšie distribučné systémy teplej vody a tým môžu byť budovy prekategorizované budovy triedy B do triedy C. Kategórie ostatných rodinných domov sú spracované v tabuľke č. 4. Do kategórie A sa môžu kategorizovať budovy len s obnoviteľnými zdrojmi energie.
| Škála energetických tried na prípravu teplej vody | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kategória budovy | A | B | C | D | E | F | G |
| Dodaná energia pre systém prípravy teplej vody (kWh/m2.rok) |
< 12 | 12 - 24 | 25 - 36 | 37 - 48 | 49 - 60 | 61 - 72 | 72 > |
Tabuľka č. 3: Škála energetických tried na prípravu teplej vody [2]
| Škála energetických tried na prípravu teplej vody | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kategória budovy | A | B | C | D | E | F | G |
| Plocha rodinného domu (m2) | - | 220-400 | 140-210 | 100-130 | 80-90 | 60-70 | 20-50 |
Tabuľka č. 4: Škála energetických tried na prípravu teplej vody v závislosti na ploche
Príspevok slúži pre širšiu odbornú verejnosť aj ako predbežná informácia. Uvedené technické údaje a postup výpočtu sú informatívne a nemôžu byť priamo aplikované pri konkrétnych výpočtoch v praxi.
Príspevok je súčasťou riešenia projektu: Podpora Centra excelentného integrovaného výskumu progresívnych stavebných konštrukcií, materiálov a technológií. Kód ITMS projektu: 26220120018.
Literatúra
[1] Zákon 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov
[2] Vyhláška č. 625/2006 Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky z 22. novembra 2006 sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
[3] STN EN 15316-3-1 Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému.
[4] STN EN 15316-3-2 Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Systémy prípravy teplej vody, distribúcia.
[5] STN EN 15316-3-3 - Vykurovacie systémy v budovách. Systémy teplej vody. Výroba.
[6] Peráčková J., Kuniková Z.: Analýza návrhu hrúbky tepelnej izolácie podľa európskych noriem a predpisov 1.časť, TZB Haustechnik 4/2008, s. 44 - 46.
[7] Košičanová D.: Komentár k normám STN EN 15316-3 - Systémy prípravy teplej vody, zborník prednášok Sanhyga 2008, Piešťany, SSTP Bratislava, s. 17 - 22.
The article deals with the influence of the floor area of house energy supplied to the hot water. Mutually compare three methods of calculation and one of them use in the calculation of delivered energy for hot water system, through which energy class is designed for local consumption - the warm water.