Potřeba vody a tepla pro přípravu teplé vody
Pro stanovení energetické náročnosti budov je nutná potřeba teplé vody a teplo pro její přípravu. Hodnoty denní potřeby uvedené v TNI 73 0302 slouží pro hodnocení solárních tepelných soustav a údaje z ČSN 06 0320 nelze pro ENB použít. Článek popisuje správnou metodu výpočtu.
1. ÚVOD
V souvislosti s energetickým hodnocením budovy bývá nutné stanovit potřebu teplé vody a tepla pro její přípravu. Protože v České republice chybí národní předpis, ve kterém by byly uvedeny specifické potřeby teplé vody a evropské normy týkající se metod výpočtu energetických požadavků na přípravu a rozvod teplé vody nebyly přeloženy, je vhodné o této problematice alespoň stručně informovat. Hodnoty denní potřeby uvedené v TNI 73 0302 slouží pro hodnocení solárních tepelných soustav a údaje z ČSN 06 0320 nelze pro energetické hodnocení použít, protože hodnoty potřeby teplé vody jsou v této normě vysoké a slouží pro návrh ohřívače vody. Při výpočtech potřeby teplé vody a tepla pro její přípravu se má postupovat podle ČSN EN 15316-3-1, 2, 3. Metoda výpočtu podle této evropské normy je stručně popsána v tomto příspěvku.
2. POTŘEBA TEPLÉ VODY
Pokud nejsou známy údaje o skutečné spotřebě teplé vody, je možné potřebu teplé vody stanovit podle ČSN EN 15316-3-1. Denní potřeba (objem) teplé vody VW,day [m3/den] se stanoví podle vztahu:
VW,f,day je specifická potřeba teplé vody na měrnou jednotku a den
f - počet měrných jednotek
Orientační hodnoty specifické potřeby teplé vody jsou uvedeny v tab. 1. Podobná tabulka je uvedena také v TNI 73 0302.
V rodinných domech se specifická potřeba teplé vody VW,f,day [l/(m2.den)] může stanovit také v závislosti na podlahové ploše f [m2] podle vztahu:
který platí pokud f > 27 m2
nebo VW,f,day = 1,49 l/m2.den, pokud 14 m2 ≤ f ≤ 27 m2.
| Druh budovy | Specifická potřeba teplé vody VW,f,day [l/(měrná jednotka . den)] |
Měrná jednotka |
|---|---|---|
| Rodinný dům | 40 až 50 | obyvatel |
| Bytový dům | 40 | obyvatel |
| Ubytovací zařízení | 28 | lůžko |
| Jednohvězdičkový hotel bez prádelny | 56 | lůžko |
| Jednohvězdičkový hotel s prádelnou | 70 | lůžko |
| Dvouhvězdičkový hotel bez prádelny | 76 | lůžko |
| Dvouhvězdičkový hotel s prádelnou | 90 | lůžko |
| Tříhvězdičkový hotel bez prádelny | 97 | lůžko |
| Tříhvězdičkový hotel s prádelnou | 111 | lůžko |
| Čtyřhvězdičkový hotel bez prádelny | 118 | lůžko |
| Čtyřhvězdičkový hotel s prádelnou | 132 | lůžko |
| Restaurace | 10 až 20 | jídlo |
| Kavárna | 20 až 30 | místo k sezení |
| Domov mládeže | 50 | lůžko |
| Domov pro seniory | 40 | lůžko |
| Nemocnice bez prádelny | 56 | lůžko |
| Nemocnice s prádelnou | 88 | lůžko |
| Administrativní budova | 10 až 15 | osoba |
| Škola | 5 až 10 | osoba |
| Školní tělocvična | 20 | sprchová koupel |
| Sportovní zařízení | 101 | instalovaná sprcha |
| Průmyslový závod | 30 | sprchová koupel |
Tab. 1) Specifické potřeby teplé vody o teplotě 60 °C v různých budovách podle ČSN EN 15316-3-1 a [l]
3. ENERGETICKÝ POŽADAVEK NA ZDROJ TEPLA
Energetický požadavek na zdroj tepla pro přípravu teplé vody QW,gen,out [MJ/den] se stanoví podle vztahu:
QW - potřeba tepla pro přípravu teplé vody (ČSN EN 15316-3-1)
QW,dis,ls - tepelná ztráta rozvodu teplé vody (ČSN EN 15316-3-2)
QW,st,ls - tepelná ztráta zásobníku teplé vody (ČSN EN 15316-3-3)
QW,p,ls - tepelná ztráta přívodního a zpětného potrubí topné vody k ohřívači vody (ČSN EN 15316-3-3)
3.1. Potřeba tepla pro přípravu teplé vody
Potřeba tepla pro přípravu teplé vody QW [MJ/den] se stanoví ze vztahu:
VW,day je denní potřeba (objem) teplé vody [m3/den]
θW,del - teplota teplé vody (60°C) [°C]
θW,0 - teplota studené vody přiváděné do ohřívače (13,5°C) [°C]
3.2. Tepelné ztráty rozvodu teplé vody
Celkové tepelné ztráty rozvodu teplé vody QW,dis,ls [MJ/den] se stanoví ze vztahu:
ΣQW,dis,ls,ind Je součet tepelných ztrát jednotlivých přívodních potrubí, která nejsou opatřena cirkulačním potrubím [MJ/den]
QW,dis,ls,col - tepelná ztráta přívodního potrubí s cirkulačním potrubím [MJ/den]
Tepelná ztráta přívodního potrubí, které není opatřeno cirkulačním potrubím QW,dis,ls,ind [MJ/den] se vypočítá podle vztahu:
ρW je hustota vody [kg/m3]
cW - měrná tepelná kapacita vody [kJ/(kg.K)]
VW,dis - je objem vody v potrubí [m3]
θamb - průměrná okolní teplota potrubí [°C]
θW,dis,nom - teplota teplé vody přiváděné do potrubí [°C]
ntap - počet odběrů teplé vody v průběhu dne
Tepelné ztráty přívodního potrubí s cirkulačním potrubím QW,dis,ls,col [MJ/den] se stanoví ze vztahu:
QW,dis,ls,col,on je tepelná ztráta potrubí při cirkulaci teplé vody [MJ/den]
QW,dis,ls,col,off - tepelná ztráta potrubí po dobu bez cirkulace [MJ/den]
Tepelná ztráta potrubí při cirkulaci teplé vody QW,dis,ls,col,on [MJ/den] se stanoví ze vztahu:
UW,i je součinitel prostupu tepla úseku potrubí (viz požadavky v tab. 2) [W/(m.K)]
LW,i - délka úseku potrubí včetně délkových přirážek (tab. 3) [m]
θW,dis,avg,i - průměrná teplota teplé vody v úseku potrubí [°C]
θamb,i - průměrná teplota v okolí úseku potrubí [°C]
tW - doba provozu cirkulačního čerpadla [h/den]
| DN potrubí | 10 až 15 | 20 až 32 | 40 až 65 | 80 až 125 | 150 až 200 |
|---|---|---|---|---|---|
| U [W/(m.K)] | 0,15 | 0,18 | 0,27 | 0,34 | 0,40 |
Tab. 2) Maximální hodnoty součinitelů prostupu tepla U vztažených na jeden metr délky u vnitřních rozvodů
podle vyhlášky č. 193/2007 Sb. (platí pro nové nebo rekonstruované rozvody teplé vody)
| Prvek | Délková přirážka | |
|---|---|---|
| Přírubový spoj | neizolovaný | 1,0 m tepelně izolovaného potrubí |
| izolovaný | 0,5 m tepelně izolovaného potrubí | |
| Armatura | neizolovaná | 1,6 m tepelně izolovaného potrubí |
| izolovaná | 0,8 m tepelně izolovaného potrubí | |
| Uložení potrubí | 10 až 20 % délky tepelně izolovaného potrubí (podle kvality provedení) | |
Tab. 3) Délkové přirážky na armatury, spoje a uložení potrubí podle ČSN 75 5455
Tepelná ztráta potrubí po dobu bez cirkulace QW,dis,ls,col,off [MJ/den] se stanoví podle vztahu:
ρW je hustota vody [kg/m3]
cW - měrná tepelná kapacita vody [kJ/(kg.K)]
VW,dis,i - je objem vody v úseku potrubí [m3]
θamb,i - průměrná okolní teplota úseku potrubí [°C]
θW,dis,avg,i - teplota teplé vody přiváděné do úseku potrubí [°C]
nnorm - počet provozních cyklů cirkulačního čerpadla v průběhu dne
3.3. Tepelná ztráta zásobníkového ohřívače teplé vody
Tepelná ztráta nepřímo ohřívaného zásobníkového ohřívače teplé vody QW,st,ls [MJ/den] se stanoví podle tepelné ztráty QW,st,sby zjištěné z dokumentace výrobce podle vztahu:
θW,st,avg je střední teplota vody v zásobníku teplé vody [°C]
θamb,avg - střední teplota v okolí zásobníku teplé vody [°C]
ΔθW,st,sby - střední rozdíl mezi teplotou vody v zásobníku a jeho okolí při měření tepelné ztráty (podle ČSN EN 12897 ΔθW,st,sby = 45 °C) [°C]
QW,st,sby - tepelná ztráta změřená např. podle ČSN EN 12897 [MJ/den]
3.4. Tepelná ztráta přívodního a zpětného potrubí topné vody k ohřívači vody
Výpočet tepelné ztráty přívodního a zpětného potrubí topné vody k ohřívači vody je stejný jako výpočet tepelné ztráty potrubí při cirkulaci teplé vody. Tepelná ztráta přívodního a zpětného potrubí topné vody k ohřívači vody QW,p,ls [MJ/den] se stanoví podle vztahu (8).
4. ZÁVĚR
V příspěvku byly uvedeny postupy stanovení potřeby tepla pro přípravu teplé vody související s vnitřním vodovodem a okruhem topné vody mezi zdrojem tepla a ohřívačem. Kromě těchto nároků na energii se při přípravě a rozvodu teplé vody vyskytují ještě další nároky, kterými jsou:
- potřeba energie na přihřívání rozvodného potrubí elektrickým topným kabelem, pokud je instalován;
- potřeba energie pro provoz cirkulačního čerpadla;
- tepelné ztráty výtokových armatur;
- tepelné ztráty zdroje tepla.
Účelem příspěvku bylo zejména seznámit s ČSN EN 15316-3, která je v České republice zatím málo známa.
Literatura
[1] FEURICH, H. a kol. Sanitärtechnik. Düsseldorf: Krammer Verlag, 1999. ISBN 3-88382-072-5.
[2] KAPALO, P. Energetická hospodárnost budov - energia dodaná teplej vode. Zborník prednášok 14. medzinárodnej konferencie SANHYGA 2009. Piešťany: SSTP 2009. ISBN 978-80-89216-29-1.
[3] KOŠIČANOVÁ, D. Komentár k normám STN EN 15316-3 - Systémy prípravy teplej vody. Zborník prednášok 13. medzinárodnej konferencie SANHYGA 2008. Piešťany: SSTP 2008. ISBN 978-80-89216-24-6.
[4] KOŠIČANOVÁ, D.-VRANAYOVÁ, Z. Príprava a distribúcia teplej vody. Košice: TU v Košiciach, Stavebná fakulta, 2009. ISBN 978-80-553-0209-6.
Vyhláška č. 193/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu.
ČSN 06 0320: 2006 Tepelné soustavy v budovách - Příprava teplé vody - Navrhování a projektování.
ČSN EN 15316-3-1 (06 0401): 2008 Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy - Část 3-1: Soustavy teplé vody, charakteristiky potřeb (požadavky na odběr vody).
ČSN EN 15316-3-2 (06 0401): 2008 Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy - Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody.
ČSN EN 15316-3-3 (06 0401): 2008 Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení energetických potřeb a účinností soustavy - Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava.
TNI 73 0302 Energetické hodnocení solárních tepelných soustav - Zjednodušený výpočtový postup.
ČSN EN 12897 (75 5360): 2007 Zásobování vodou - Nepřímo ohřívané uzavřené zásobníkové ohřívače vody.
ČSN 75 5455: 2007 Výpočet vnitřních vodovodů.
To determine the energy performance of buildings is an urgent need hot water and heat for its preparation. The values of the daily needs of the TNI in 1973 0302 is for evaluation of solar thermal systems and data from the CSN 06 0320 can not be used for the ENB. The article describes the correct method of calculation.