Príklad výpočtu potreby energie na prípravu teplej vody v bytovom dome - certifikácia budov
Tento príspevok slúži pre širšiu odbornú verejnosť ako predbežná informácia na možné stanovenie tried energetickej hospodárnosti budov v oblasti prípravy teplej vody v bytových domoch, ktoré sú zásobované teplou vodou z výmenníkovej stanice, alebo z kotolne.
ÚVOD
Zákon č. 555/2005 z 8. novembra 2005 o energetickej hospodárnosti budov ustanovuje postupy a opatrenia na zlepšenie energetickej hospodárnosti budov s cieľom optimalizovať vnútorné prostredie v budovách a znížiť emisie oxidu uhličitého z prevádzky budov a pôsobnosť orgánov verejnej správy. Podľa zákona musí nová budova spĺňať minimálne požiadavky na energetickú hospodárnosť nových budov určené technickými normami. Ak je to technicky, funkčne a ekonomicky uskutočniteľné, minimálne požiadavky na energetickú hospodárnosť nových budov musí spĺňať aj existujúca budova po uskutočnení jej významnej obnovy.
Projektant je povinný minimálne požiadavky na energetickú hospodárnosť nových budov zahrnúť do projektovej dokumentácie na stavebné povolenie, alebo na povolenie zmeny stavby a výsledok energetického posudku uviesť v technickej správe projektovej dokumentácie.
Pri energetickej certifikácii sa budova zatrieďuje do energetickej triedy. Základom energetickej certifikácie je výpočet a kategorizácia budov.
Vyhláškou 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.
Celková potreba energie na prípravu TV vyjadruje potrebu energie na prípravu TV a vlastnú spotrebu energie podľa technickej normy prEN 15316-3-2 - Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Systémy prípravy teplej vody a distribúcia.
Potreba energie na prípravu TV je súčtom potreby základnej energie na ohrev normalizovaného objemu pitnej vody vrátane stratovej energie v zdroji tepla potrebnej na ohrev vody, v zásobníkoch TV, v distribučnej sústave TV a potreby energie, ktorú treba dodať v čase medzi otvorením výtoku vody a dosiahnutím jej výpočtovej teploty.
Vlastná spotreba energie je elektrická energia, ktorú spotrebúvajú zabudované elektrické zariadenia, napríklad hydromasážne systémy vaní, cirkulačné čerpadlá, zariadenia na úpravu vody pred jej ohrevom, meracie a regulačné prístroje a elektrická energia spotrebovaná na prípravu TV.
Distribučnú sústavu novej budovy alebo významne obnovenej budovy pri výmene systému prípravy teplej vody treba navrhnúť tak, aby:
- výpočtová teplota TV s možnosťou termickej dezinfekcie bola 60 °C,
- výpočtová teplota TV bez možnosti termickej dezinfekcie bola 70 °C,
- maximálny rozdiel teploty TV medzi výstupným a vratným otvorom zásobníka bol najviac 5 K,
- z výtoku TV vytekala do 30 sekúnd voda s výpočtovou teplotou od otvorenia,
- tepelná strata - lineárna hustota tepelného toku potrubia neprekročila hodnotu
- 8 W/m.
- tepelná strata zásobníkov a zásobných nádrží nepresiahla hodnoty podľa technickej normy STN EN ISO 12241 - Tepelná izolácia technických zariadení budov a priemyselných prevádzok. Výpočtové pravidlá.
PRÍKLAD: VÝPOČET POTREBY ENERGIE NA PRÍPRAVU TEPLEJ VODY
V príklade je uvažované s bytovým domom typu T 06 B, ktorého vek je 30 rokov. Je predpoklad, že v blízkej budúcnosti bude prevedená aj rekonštrukcia rozvodov teplej vody.
Bytový dom pozostáva z deviatich podlaží. Prízemie slúži ako technické podlažie. Horných osem nadzemných podlaží je obytných. V dome je spolu 16 bytov 3-izbových a 16 bytov 4-izbových. Celková podlahová plocha bytov je 2 370,24 m2. Celková úžitková plocha je 2 987 m2. V súčasnosti sú stúpacie rúry obalené plstenými pásmi. Po rekonštrukcii rozvodov budú samozrejme opatrené tepelnou izoláciou.
Energia dodaná teplej vode
Energia dodaná teplej vode sa vypočíta podľa prEN 15316-3-1 - Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému.
Energia dodaná teplej vode pre bytový dom podľa podlahovej plochy:
| A | - podlahová plocha (m2) |
| Ctap | - špecifická potreba tepla v kWh/m2 za rok (definovaná pre teplotu vody na výstupe 60 °C a teplotu studenej vody 10 °C). Hodnota v kWh/m2 je stanovená pre jednotlivé kategórie budov na národnej úrovni (podľa vyhlášky č. 625/2006 Z.z. je pre náš prípad Ctap = 20 kWh/m2 - tabuľka 1). |
| Typ budovy | a | b | c | d | e | f | g | h | i - iné typy budov | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kategória budovy | Rodinné domy | Bytové domy | Administratívne budovy | Budovy škôl a školských zariadení | Budovy nemocníc | Budovy hotelov a reštaurácií | Športové haly a iné budovy určené na šport | Budovy pre veľkoobchodné a maloobchodné služby | Zhromažďovanie haly | sklady | plavárne | jednotka |
| Teplo na prípravu teplej vody na podlahovú plochu | 10 | 20 | 10 | 10 | 30 | 60 | 80 | 10 | 10 | 1,4 | 80 | kWh/m2 |
Tabuľka 1: Teplo na prípravu teplej vody na podlahovú plochu (Vyhláška 625/2006, príloha)
Poznámka: Hodnoty sa vzťahujú na celkovú podlahovú plochu vypočítanú z vonkajších rozmerov budovy
Spotreba energie na prevádzku distribučného systému
Spotreba energie na prevádzku distribučného systému sa vypočíta podľa technickej normy prEN 15316-3-2 - Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Systémy prípravy teplej vody, distribúcia.
| QW,d,i | - strata tepla z úseku rúry (kWh/deň) |
| Ui | - lineárny súčiniteľ prechodu tepla (W/m.K) |
| Li | - dĺžka úseku rúry (m) |
| ΘW,d,i | - priemerná teplota v úseku rúry (°C) |
| Θamb | - priemerná teplota okolia úseku rúry (°C) |
| tW | - doba prevádzkovania za deň (hod/deň) |
| QW,d | - strata tepla distribučného systému (kWh/deň) |
Stúpacie rozvody v bytovom dome pred rekonštrukciou sú opatrené plstenými pásmi hrúbky cca 3 mm (λ = 0,07 W/(m.K)). Lineárna hustota tepelného toku (tepelná strata) stúpacieho rozvodu je 26 - 39 W/m v závislosti od svetlosti rúry. Teplota teplej vody v stúpacích rozvodoch je uvažovaná 52 - 55°C.
Po dosadení jednotlivých vstupných údajov do vzorcov 2 a 3 je strata tepla zo stúpacích rozvodov v bytovom dome pred rekonštrukciou 47 830 kWh/rok.
Po rekonštrukcii stúpacích rozvodov je nutné uvažovať s takou hrúbkou tepelnej izolácie, aby tepelná strata - lineárna hustota tepelného toku potrubia neprekročila hodnotu 8 W/m.K. Výsledné hodnoty pre stúpacie rozvody teplej vody po rekonštrukcii sú uvedené v tabuľke 2.
Tabuľka 2: Lineárna hustota tepelného toku pre jednotlivé svetlosti rúr a hrúbky tepelnej izolácie. Súčiniteľ tepelnej vodivosti izolácie λ = 0,038 W/m.K. Teplota okolia rúr Θamb = 25°C a teplota vody ΘW,d,i = 55°C.
| Svetlosť potrubia teplej vody DN (mm) | Hrúbka tepelnej izolácie (mm) | Lineárna hustota tepelného toku (W/m) |
|---|---|---|
| 15 | 13 | 7,6 |
| 20 | 20 | 7,2 |
| 25 | 20 | 7,8 |
| 32 | 25 | 7,7 |
Po dosadení jednotlivých vstupných údajov do vzorcov 2 a 3 je strata tepla zo stúpacích rozvodov v bytovom dome po rekonštrukcii 10 841 kWh/rok.
Ležaté rozvody sú v súčasnosti opatrené tepelnou izoláciou hrúbky 20 - 50 mm. Pre uvedený bytový dom pred rekonštrukciou uvažujem s lineárnou hustotou tepelného toku 20 - 25 W/m. Po dosadení jednotlivých vstupných údajov do vzorcov 2 a 3 je strata tepla z ležatých rozvodov v bytovom dome pred rekonštrukciou 14 980 kWh/rok.
Po rekonštrukcii ležatých rozvodov je nutné uvažovať s takou hrúbkou tepelnej izolácie, aby tepelná strata - lineárna hustota tepelného toku potrubia neprekročila hodnotu 8 W/m.K. Výsledné hodnoty pre ležaté rozvody teplej vody po rekonštrukcii sú uvedené v tabuľke 3.
Po dosadení jednotlivých vstupných údajov do vzorcov 2 a 3 je strata tepla z ležatých rozvodov v bytovom dome po rekonštrukcii 4 927 kWh/rok.
Tabuľka 3: Lineárna hustota tepelného toku pre jednotlivé svetlosti rúr a hrúbky tepelnej izolácie. Súčiniteľ tepelnej vodivosti izolácie λ = 0,04 W/m.K. Teplota okolia rúr Θamb = 15°C a teplota vody ΘW,d,i = 55°C.
| Svetlosť potrubia teplej vody DN (mm) | Hrúbka tepelnej izolácie (mm) | Lineárna hustota tepelného toku (W/m) |
|---|---|---|
| 15 | 25 | 7,8 |
| 20 | 40 | 7,1 |
| 25 | 40 | 7,6 |
| 32 | 50 | 7,5 |
| 40 | 60 | 7,4 |
| 50 | 80 | 7,3 |
| 65 | 100 | 7,6 |
| 80 | 110 | 7,9 |
Celková strata tepla z distribučného rozvodu pred rekonštrukciou je: 47 830 kWh/rok + 14 980 kWh/rok = 62 810 kWh/rok
Celková strata tepla z distribučného rozvodu po rekonštrukcii, bude: 10 841 kWh/rok + 4 927 kWh/rok = 15 768 kWh/rok
S doplnkovou energiou v tomto prípade nie je uvažované, nakoľko dohrev teplej vody je zabezpečovaný mimo budovy vo výmenníkovej stanici (v kotolni) a cirkulačné čerpadlo je taktiež nainštalované vo výmenníkovej stanici (v kotolni).
Potreba energie na systém teplej vody
Potreba energie na systém teplej vody v bytovom dome sa vypočíta podľa vzorca:
| QW | - potreba energie na teplú vodu - viď pr EN 15316-3-1 (kWh/rok) |
| QWd | - tepelná strata distribučného systému - viď pr EN 15316-3-2 (kWh/rok) |
| QWs | - tepelná strata zásobníka teplej vody (kWh/rok) |
| QWpp | - tepelná strata prípojky (kWh/rok) |
| QWhg | - tepelná strata zdroja tepla (kWh/rok) |
V uvedenom prípade je uvažované len s potrebou energie na teplú vodu QW a tepelnou stratou distribučného systému QWd.
Potreba energie na systém teplej vody v bytovom dome pred rekonštrukciou rozvodu:
Potreba energie na systém teplej vody v bytovom dome po rekonštrukcii rozvodu:
Zaradenie podľa energetickej triedy
Pre zaradenie systému teplej vody v bytovom dome do energetickej triedy je potrebné vypočítanú potrebu energie na systém teplej vody (viď vzorce 5 a 6) predeliť celkovou úžitkovou plochou bytového domu, ktorá je v našom prípade 2 987 m2 a podľa rozsahu energetických tried na prípravu teplej vody uvedeného vo vyhláške 625/2006 - príloha (viď tabuľku 4) zatriediť do príslušnej energetickej triedy.
V uvedenom príklade je systém teplej vody v bytovom dome pred rekonštrukciou zatriedený do energetickej triedy C (37 kWh/rok.m2).
Po rekonštrukcii rozvodov ho bude možné systém teplej vody v bytovom dome zatriediť do energetickej triedy B (21 kWh/rok.m2).
Tabuľka 4: Rozsah energetických tried na prípravu teplej vody
ZÁVER
Z príkladu vyplýva, že zaizolovaním distribučného rozvodu teplej vody podľa požiadaviek vyhlášky 625/2006 (tepelná strata - lineárna hustota tepelného toku potrubia nemá prekročiť hodnotu 8 W/m) je možné systém teplej vody v bytovom dome zatriediť do výhodnejšej energetickej triedy o jeden prípadne viac stupňov, čo závisí od spôsobu zásobovania budovy teplou vodou a rozsiahlosti distribučného rozvodu.
Tento príspevok slúži pre širšiu odbornú verejnosť ako predbežná informácia na možné stanovenie tried energetickej hospodárnosti budov v oblasti prípravy teplej vody v bytových domoch, ktoré sú zásobované teplou vodou z výmenníkovej stanice, alebo z kotolne.
Uvedené technické údaje a postup výpočtu sú informatívne a nemôžu byť priamo aplikované pri konkrétnych výpočtoch v praxi. Uvedený spôsob výpočtu môže byť zmenený. Je potrebné počkať na dopracovanie a schválenie metodických pokynov na stanovenie tried energetickej hospodárnosti budov v oblasti prípravy teplej vody.
Príspevok je súčasťou riešenia výskumnej úlohy VEGA 1/3234/06: Výskum a vývoj technológií združeného využívania fosílnych a obnoviteľných zdrojov pre trvale udržateľné energetické zásobovanie.
LITERATÚRA
1. Valášek. J.: Energetická hospodárnosť budov - príspevok k stanoveniu energetických tried na prípravu teplej vody, TZB HAUSTECHNIK 2/2007
2. Zákon 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov
3. 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.
4. prEN 15316-3 -1 Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému).
5. prEN 15316-3-2 Vykurovacie systémy v budovách. Metódy výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Systémy prípravy teplej vody, distribúcia.
6. prEN 15316-3-3 - Vykurovacie systémy v budovách. Systémy teplej vody. Výroba.