LŠ TZB: Návrh systémů TZB je základ, na který musí navázat provozní analýza a optimalizace

Obr. Účastníci 15. LŠ TZB před tradiční siluetou hradu Český Šternberk

Studenty posledních ročníků studia oboru TZB na stavebních fakultách ČVUT v Praze, na VUT v Brně a na slovenských TU v Bratislavě a Košicích oblíbená akce Letní škola TZB (LŠ TZB) měla letos již 15. výročí. V tradičním termínu během září a rovněž i v tradičním prostředí s výhledem na hrad Český Šternberk se letos účastníci zaměřili na problematiku vyhodnocení provozních parametrů systémů TZB stávající administrativní budovy a odvození návrhů, jak je zlepšit. Toto téma tak trochu vybočilo z tradičního pojetí, kdy studentské týmy navrhovaly buď řešení nově projektované budovy nebo budovy, ve které se systémy TZB měly nově instalovat. Třídenní akce, pořádaná ve spolupráci Katedry technických zařízení budov Fakulty stavební ČVUT v Praze a odborné sekce OS 04 Obytné prostředí Společnosti pro techniku prostředí, zahrnuje řadu přednášek odborníků působících na katedrách TZB vysokých škol doplněných těmi, kteří působí ve firemním prostředí. Tyto přednášky jsou vždy orientovány podle zadaného téma. Na tento vzdělávací blok navazuje krátká část, během níž vzniknou pracovní týmy studentů a pak již dostávají prostor znalosti studentů, jejich kreativita, a v nikoliv poslední řadě i osobní píle a ochota, jak hluboce se s problematikou vypořádají. Většina přednášejících zůstává k dispozici studentským týmům jako konzultanti a podílí se na hodnocení prací, které následuje po prezentacích jednotlivých týmů na závěr.

Pracovní studentské týmy vznikají na základě zjednodušeného procesu psychologické analýzy osobnosti a odhadu vlastních schopností. Vzniklé návrhy řešené problematiky jsou vždy rozprostřeny od maximálního uvolnění kreativity bez ohledu na úzce svazující ekonomiku až po ty, pro které je výsledná ekonomika primární podmínkou, a proto zpravidla postrádají použití technologií, jejichž hromadné používaní je otázkou budoucího vývoje.

Letošní téma se týkalo existující a provozované administrativní budovy ve standardu NZEB, respektive z ní vybraných tří místností s odlišnou činností, která je svým způsobem i experimentálním řešením pro ověření efektu propojení vlastní fotovoltaické výroby elektřiny (FVE) s bateriovým úložištěm a plně elektrifikovaných způsobů přímotopného vytápění, větrání a klimatizace a pro ověřování vlastností přímotopných prvků, tedy sálavých stropů, podlah i samostatných panelů. Budova má obestavěný prostor 1750 m³ ve třech podlažích. Studentské týmy měly k dispozici základní stavební výkresy budovy, bilance spotřeb energií a rovněž výstupy z monitoringu vnitřních a vnějších teplot, koncentrací CO₂ v místnostech, relativní vlhkosti během vybraného období v létě a zimě, případně i další.

Obr. Prof. Karel Kabele stál na úplném začátku tradice LŠ TZB, vlastně ještě několik let před jejím vznikem. Tehdy v roce 1996 jako odborný asistent na katedře TZB založil studentskou soutěž Zlatá tabulka, ve které se utkávali studenti se svými programy na výpočty v oboru TZB zpracovanými především v tabulkovém programu Excel. V té době si projektanti o současné nabídce výpočetního software mohli nechat jen zdát. Úspěch LŠ TZB však není založen jen na jedné osobě, ale na kolektivu s aktivní účastí zástupců zmíněných, i slovenských kateder TZB.

Pokud by měly být práce týmů hodnoceny jen podle kreativity a snahy maximalizovat využití OZE, tak by letos byl na prvním místě zřejmě návrh na doplnění systémů TZB o tepelné vakuové trubicové solární kolektory umístěné na zastřešení vchodu do budovy a dvě větrné elektrárny se svislým rotorem doplněné na střechu budovy. Již instalovaná FVE sice pokrývá značnou část spotřeby elektřiny, ale stále je prostor na to, aby mohl být podíl nakupované elektřiny snížen o přípravu teplé vody termosolární soustavou. Použití větrných elektráren se opírá o umístění budovy v oblasti, kde pro to celoroční výskyt větru vytváří základní předpoklad. Otázka souhlasu majitelů okolních objektů nebyla prioritní. Nikdo si to nepřeje, ale může vzniknout situace, kdy jedině nezávislost na vzdálených zdrojích energie umožní funkci budovy a pak i dnes ekonomicky méně výhodné systémy mohou mít význam.

Na půl cesty mezi maximální kreativitou a maximální ekonomikou byl návrh budovu zcela opustit, pronajmout a postavit zcela novou na bázi maximálního ekonomického efektu. Ovšem toto by nesplnilo zadání, neboť cílem budovy je i testovat chování elektrických přímotopných prvků. Rovněž tak řešení založené na předělání systému vytápění na teplovodní s použitím tepelného čerpadla je velmi vzdálené zadání budovy. Ostatně jsou k dispozici porovnávací studie, které dokazují, že v dané NZEB budově by přechod na tepelné čerpadlo pro vytápění měl nevyhovující návratnost.

Zajímavým částečným příspěvkem ke snížení nakupovaného množství elektřiny pro provoz budovy by mohla být instalace malého tepelného čerpadla s cca 100litrovým zásobníkem pro přípravu teplé vody. Toto TČ by mělo být provozováno v době, kdy je přebytek výroby elektřiny v FTE a nebo tak, aby se maximalizovalo využití bateriového úložiště.

Týmy, které se zaobíraly především rozborem vnitřního prostředí v budově, docházely k podobným závěrům. A to v zimních měsících nízká relativní vlhkost vzduchu pod 30 %, pouze velmi řídké, špičkové překročení zvoleného limitu koncentrace CO₂ a pak velmi výrazné, ale krátkodobé zvyšování teploty v místnostech v některých dnech, a to i v zimě.

Obr. Studentské týmy na 15. LŠ TZB odvedly dobrou práci

Řešení k nápravě nízké vlhkosti vzduchu uvažovala parní zvlhčovače, jednotlivě v místnostech i vložené do centrální vzduchotechniky, ale také instalaci intenzivně zalévané vegetační stěny v kanceláři.

Řešení krátkodobého překračování limitu koncentrace CO₂ ve vzduchu bylo navrhováno od velmi jednoduchého a operativně rychle proveditelného umístění čidla CO₂ v místnosti a signalizace, která upozorní na nutnost krátce a intenzivně vyvětrat otevřením okna, přes automatické otevírání okna až po řešení na úrovni celého systému větrání. Zvažováno bylo i řešení personalizovaného větrání, které přivádí čerstvý vzduch s možnosti individuálního nastavení ke každému pracovišti pro celkové snížení nároků na úpravu vzduchu. Jednoduché řešení krátkodobého vyvětrání kanceláře oknem nelze zatracovat, neboť nešlo o často se opakující stav se kterým by byla spojena významná ztráta energie a navíc, při sedavé kancelářské práci může být krátkodobé přerušení práce, do deseti minut, osvěžující a zdraví prospěšné.

Zajímavý byl výsledek důkladné analýzy občasných špiček vnitřní teploty vzduchu, které osazenstvo kanceláře vnímá nepříznivě. Propojením záznamu vnitřních teplot, teplot venkovního vzduchu a také intenzity solárního záření byla odhalena jejich nejpravděpodobnější příčina. Ukázalo se, že teplotní špičky v kanceláři vznikají s největší pravděpodobností osluněním senzoru vnitřní teploty vzduchu. Současně studentské týmy identifikovaly problém s řízením venkovních žaluzií a v letním období delší dobu nefunkční VRV systém, jehož funkci nahrazovala zvýšeným povozem vzduchotechnika s přímým výparníkem v jednotce.

Obr. Občasný výhled velkou prosklenou stěnou na hrad Český Šternberk je pro účastníky LŠ TZB osvěžující, ale tato stěna ukazuje i zásadní problém, který je nutné řešit. A to potřebu zastínění nadměrné intenzity slunečního záření. Letošní obloha často potažená mraky byla v tomto směru velmi ohleduplná.

Cílem LŠ TZB není soutěž o nejlepší studentskou práci na dané téma, a proto zde ani není jmenovitě uveden tým, pro jehož práci se přiklonili hodnotitelé. Práce studentů upozornily na to, že i návrh systémů TZB po jejich uvedení do provozu vyžaduje sledování, vyhodnocování provozních parametrů a provedení případných úprav. Někdy může jít o maličkosti, které lze odstranit za cenu velmi nízkých investičních nákladů a kvůli nimž není nutné zasahovat do velkých systémů. V každém případě je nutné systémy řízení všech systémů v budově vzájemně provázat. Dnes již nejde jen o klasickou úlohu zabránit současnému vytápění a chlazení místnosti a jejich cyklování. Zvyšující se důraz na provázanost systémů TZB vyžadující dobrou znalost jejich funkce a ukazuje na potřebu většího zastoupení lidí s odpovídající kvalifikací i v oblasti následné péče o budovy, facility managementu.

Jubilejní 15. LŠ TZB ukázala, že výchovně vzdělávací potenciál této akce se rozhodně nevyčerpal a další ročníky mohou přinést ještě mnoho zajímavého.

Za možností tuto nevýdělečnou akci uspořádat stojí řada sponzorů, které patří velké poděkování (Daikin, aquatherm – potrubí, Atrea, Brilon, Korado, MTECH, Niersberger, Rehau, Schiedel, Veskom, aqua-therm – veletrh, TZB-info a program EFEKT 2 na rok 2017 od MPO ČR).