Panelové domy 2 – nízkoenergetický standard
Mohou zateplené panelové domy splňovat nízkoenergetický standard, nebo jej dokonce překonat? Článek obsahuje podrobnou analýzu parametrů konkrétního stavebního objektu a otopné soustavy před zateplením i po zateplení stavebních konstrukcí, doplněnou o výsledky měření skutečné spotřeby tepla v období 2010–2011, s výstupními daty převedenými na příslušný teplotně normálový rok.
| Parametr | Před zateplením | Po zateplení |
|---|---|---|
| Tepelná ztráta (W) při te = −12 °C | 117877,05 100 % | 60730,49 51,52 % |
| Tepelná ztráta (W) při te = +12 °C | 32527,98 27,59 % | 19631,67 16,65 % |
| Měrná tep. ztráta (W.m−2) při i = 0,6.h−1 a te = −12 °C | 65,33 | 33,66 |
| Měrná tep. ztráta (W.m−3) při i = 0,6.h−1 a te = −12 °C | 23,33 | 12,12 |
| Podlahová plocha (m2) | 1804,30 | 1804,30 |
| Vnější a vnitřní tepelné zisky v Normál. roce 2011 (GJ/N.rok) | 318,49 30,00 % při tisN = 19 °C tesN = 4,57 °C | 304,52 55,68 % při tisN = 19 °C tesN = 4,57 °C |
| Vnější a vnitřní tepelné zisky v měř. roce 2011 (GJ/rok) | 293,06 | 280,21 |
| Správná spotřeba tepla v Norm. roce 2011 bez tep.zisků (GJ/N.rok) | 1061,64 při tisN = 19 °C tesN = 4,57 °C | 546,96 při tisN = 19 °C tesN = 4,57 °C |
| Správná měrná spotřeba tepla v Normál. roce 2011 bez tep.zisků (GJ/m2/N.rok) (kWh/m2/N.rok) | 0,588394 163,4428 | 0,303142 84,2062 |
| Správná spotřeba tepla v Normál. roce 2011 s tep. zisky (GJ/N.rok) | 743,15 při tisN = 19 °C tesN = 4,57 °C | 242,44 při tisN = 19 °C tesN = 4,57 °C |
| Správná měrná spotřeba tepla Qr v Normál. roce 2011 s tep.zisky (GJ/m2/N.rok) (kWh/m2/N.rok) Nízkoenergetický standard: Qr ≤ 50 kWh/m2/N.rok | 0,411877 114,4103 | 0,134368 37,3244 při tisN = 19 °C |
| Správná spotřeba tepla v měř. roce 2011 bez tep.zisků (GJ/rok) | 976,87 při tis = 19 °C tes = 4,97 °C | 503,28 při tis = 19 °C tes = 4,97 °C |
| Naměřená spotřeba tepla s tepelnými zisky v období (GJ/rok) | 683,81 při tis = 19 °C tes = 4,97 °C | 295,90 při tis = 21,03 °C (223,08) (při tis = 19 °C) |
| Teploty topné vody při te = −12 °C | 92,50 / 67,50 | 60,09 / 47,17 |
| Teploty topné vody při te = +12 °C | 42,97 / 36,04 | 34,65 / 30,47 |
| Úspory tepla zateplením objektu v Normál. roce při i = 0,6.h−1 (%) | 0 | 48,48 |
| Úspory tepla klasicky seřízenou reg. technikou v roce 2011 (%) | 11,25 | 20,88 |
| Úspory tepla zateplením a seřízením TH v N. roce celkem (%) proti nezateplenému stavu objektu při tism = 21,09 °C 1061,64 − 546,96 = 514,68 + 304,52 = 819,20 / 1061,64 ‧ 100 = 77,16 % proti nezateplenému stavu objektu při tism = 19 °C 1061,64 − 546,96 = 514,68 + 304,52 + (295,9 − 223,08) = = 892,02 / 1061,64 ‧ 100 = 84,02 % | – | 77,16 při tis = 21,09 °C 84,02 při tis = 19 °C |
| Úroveň vytápění nejvyšších podlaží při min teplotách vody (%) | 65 | 100 |
| Úspory zateplením objektu při větrání (%) | – | 63,39 okna zavřená 56,38 i = 0,3.h−1 48,48 i = 0,6.h−1 37,95 i = 1,0.h−1 |
| Závěr: Panelové domy s termohydraulicky seřízenými a termicky vyváženými otopnými soustavami pracují v nízkoenergetickém standardu vytápění a uspoří cca 80 % tepla proti nezateplenému stavu. | ||
Popis stavebního objektu
Osmipodlažní panelový dům konstrukční soustavy VVÚ-ETA bodový, tepelná ztráta při te = −12 °C, včetně větrání s intenzitou i = 0,6.h−1, Qc = 117,877 kW před zateplením a 60,730 kW po kompletním zateplení. Průměrná vnitřní teplota objektu tis = 19 °C, průměrná vnější teplota v Normálovém roce tesN = 4,57396 °C. Celkové tepelné zisky v měřeném období 2010–2011 QZ = 280,2068 GJ/rok a v příslušném Normálovém roce QZN = 304,5227 GJ/N.rok.
Počet denostupňů v měřeném roce D°19 = 2973,406 a v Normálovém roce D°19N = 3231,433.
Naměřená spotřeba tepla zatepleného objektu s tepelnými zisky v období Qdm = 295,9 GJ/rok při průměrné vnitřní teplotě objektu tism = 21,03 °C a v Normál.roce QdmN = 321,58 GJ/N.rok při tismN = 21,09 °C.
Při vytápění objektu na správnou tism = 19 °C činí správná spotřeba tepla v měřeném období 223,08 GJ/rok.
Při naměřené spotřebě tepla 295,9 GJ/rok v období 2010–2011, byl objekt vlastní otopnou soustavou vytápěn na průměrnou vnitřní teplotu tism = 13,22 °C a teploty tism = 21,03 °C bylo dosaženo působením vnějších a vnitřních tepelných zisků. V Normálovém roce byl objekt otopnou soustavou vytápěn na průměrnou vnitřní teplotu tismN = 13,06 °C a působením tepelných zisků bylo dosaženo průměrné vnitřní teploty objektu tisN = 21,09 °C.
Úspory tepla
Úspory tepla kompletním zateplením objektu v Normálovém roce 2010–2011
Jsou dány rozdílem správných spotřeb tepla (tj. při tis = 19 °C) v nezatepleném a zatepleném stavu objektu, tj. 1061,64 − 546,96 = 514,68 GJ/N.rok. Pozn.: Těchto úspor lze dosáhnout pouze při průměrné vnitřní teplotě objektu tis = 19 °C, ke které se vztahuje výpočet tepelných ztrát v nezatepleném a zatepleném stavu. Přetápěním objektu se úspory tepla zateplením degradují a při přetápění o cca 7 °C jsou náklady na zateplení objektu promarněny nulovými úsporami.
Úspory tepla provozem otopné soustavy v Normálovém roce 2010–2011
Termohydraulicky seřízená a termicky vyvážená soustava automaticky snížila odběr tepla ze zdroje o úroveň tepelných zisků a byla schopna plně zabránit přetápění objektu.
Při průměrné vnitřní teplotě objektu 21,09 °C, tj. při ponechaném přetápění o 2,09 °C, uspořila 304,52 GJ/N.rok.
Při správné průměrné vnitřní teplotě 19 °C, tj. bez přetápění, uspořila 304,52+295,9−223,08 = 377,34 GJ/N.rok.
Celkové úspory tepla zateplením a provozem soustavy TH v GJ/N.rok
Při průměrné vnitřní teplotě objektu tisN = 21,09 °C činí úspory 514,68 + 304,52 = 819,20 GJ/N.rok.
Při průměrné vnitřní teplotě objektu tisN = 19 °C činí úspory 514,68 + 377,34 = 892,02 GJ/N.rok.
Celkové úspory tepla zateplením a provozem soustavy TH v % proti nezateplenému stavu objektu
Při tisN objektu = 21,09 °C: 819,20 / 1061,64 * 100 = 77,16 % bez vypínání těles
Při tisN objektu = 19 °C: 892,02 / 1061,64 * 100 = 84,02 % bez vypínání těles
Proč klasicky seřízené soustavy těchto úspor nedosahují?
Klasicky seřízené soustavy dosahují průměrných úspor tepla cca 12,5 %, což je přibližně třetina působících tepelných zisků v nezatepleném objektu a známý „vídeňský experiment“ prokázal dokonce záporné „úspory“ −2 %. Ostatní občas vykazované „úspory“ jsou pouze domnělé, protože jich je dosahováno vypínáním těles, tj. snižováním teplot v místnostech a tedy snižováním tepelné pohody bytů.
Pro plné úspory tepla z tepelných zisků je nutné, aby otopná soustava pracovala bez zkratových průtoků, automaticky zabránila nechtěnému přetápění a plně využila veškerých tepelných zisků k úsporám tepla. Takto ale klasické soustavy projektovány ani seřizovány nejsou.
Průměrné úspory tepla zateplením panelových domů a termohydraulickým seřízením soustavy s termickým vyvážením činí cca 80 % proti nezateplenému stavu objektu, což je u objektu v TAB. 1 potvrzeno fakturací spotřebovaného tepla na vytápění. Údaje jsou vztaženy k teplotně Normálovému roku (30letý průměr klimatických hodnot Praha Karlov), takže nejsou ovlivněny výkyvy vnějších teplot v jednotlivých obdobích a vyhodnocení je plně objektivní.
Nízkoenergetický standard
Za nízkoenergetické se považují objekty s celoroční spotřebou tepla Qr ≤ 50 kWh/m2/N.rok. Správná spotřeba tepla v Normálovém roce při správné vnitřní teplotě objektu tisN = 19 °C a při plném využití tepelných zisků, činí 242,44 GJ/N.rok. Při podlahové ploše objektu 1804,3 m2 činí měrná spotřeba tepla 0,134368 GJ.m−2/N.rok = 37,3244 kWh.m−2/N.rok.
Zateplené panelové domy se správně seřízenou a termicky vyváženou otopnou soustavou tedy bezpečně splňují limit, stanovený pro nízkoenergetické budovy.
Jak dosáhnout splnění nízkoenergetického limitu na vytápění panelového domu
Je-li stávající otopná soustava vybavena správnými armaturami podle zákona č. 406/2000 Sb. a příslušných vyhlášek (tj. stávající armatury umožňují přesné plynulé nastavení projektovaných hodnot bez zkratových průtoků), jde dokonce o nízkonákladové seřízení s dobou návratnosti investice cca 2 měsíce. Novou metodou projektování se zjistí přesné hodnoty nastavení všech prvků, na které se celá soustava seřídí.
Co znamená dosažení nízkoenergetického standardu pro uživatele soustavy
Dosažením NS se celý objekt zhodnotí, náklady na vytápění se proti nezateplenému stavu sníží cca na 20 %, je odstraněna trakční hlučnost, omezena dilatační hlučnost, je vyloučeno riziko vzniku plísní a je zachována projektovaná tepelná pohoda všech místností v bytech.
Uživatel soustavy získává veškeré podklady pro uzavírání smluv s dodavatelem tepla a může provoz soustavy nejen kontrolovat, ale i racionálně korigovat. Úspory tepla jsou přitom zcela automatické, takže při provozu soustavy s projektovanými hodnotami nastavení prvků se o ekonomické vytápění objektu nemusí vůbec starat.
Úsporné využití tepelných zisků složkami celkové kombinované regulace
Kvalitativní (ekvitermní) regulace zajišťuje teplotu vody v závislosti na vnější teplotě. Protože tepelné zisky působící lokálně na prahu otopných těles s vnější teplotou nesouvisejí, nemohou být využity k úsporám tepla žádnou regulací, realizovanou na počátku otopné soustavy, společnou pro všechna otopná tělesa. Například snížení součtového průtoku nebo společné teploty vody, by vedlo ke snížení výkonu i u těles, kde tepelné zisky nepůsobí, atd.
Plné využití tepelných zisků, při současném dodržení tepelné pohody všech bytů, proto vyžaduje regulaci podle dvou řídicích veličin – kvalitativní podle vnější teploty a kvantitativní lokální, podle projektované vnitřní teploty místností.
Kvantitativní lokální regulace udržuje tepelnou pohodu všech místností v závislosti na projektované (nebo správně nastavené) vnitřní teplotě vzduchu tv, do které se lokální tepelné zisky promítají. Pro správnou reakci TRV na zvýšení teploty tv působením tepelných zisků musejí být splněny podmínky, které klasické projektování oboru neřeší. Jde o správnou aktivaci teplotních čidel v termostatických hlavicích tepelným působením vlastní otopné soustavy (v místnostech musí být dosaženo nastavené teploty tv bez působení tepelných zisků), o přiřazení správných průtoků k hodnotám tv jednotlivých místností a o zajištění pracovních zdvihů kuželek TRV, při kterých soustava bez tepelných zisků pracuje ve všech bodech s projektovaným proporcionálním pásmem (např. XP = 2K) a při překročení tv o jeho hodnotu se automaticky odpojí od tepelného zdroje.
Podmínka dodržení proporcionálního pásma, k němuž se vztahují hodnoty nastavení hydraulického odporu TRV v závislosti na požadované hodnotě Kv musí být dokonce dodržena obecně, protože jinak neplatí ani klasický projekt vytápění, který tuto podmínku ničím neřeší. Ostatní podmínky plného využití tepelných zisků k úsporám tepla však vyžadují přímé řešení přenosu tepla i kompenzaci úbytku přenášené tepelné energie korigovanými průtoky, a proto otopná soustava nemůže být seřízena na základě pouhých hydraulických výpočtů, z nichž vyplývají průtoky chybné. Na správné průtoky musejí být seřízeny všechny armatury v celé otopné soustavě a proto se plné využití tepelných zisků k dosažení nízkoenergetického standardu budovy řeší novým projektem vytápění.
Celková kombinovaná regulace vytápění
Regulace tepelného výkonu je jediným prostředkem, kterým lze současně zajistit tepelnou pohodu v bytech a jejich ekonomické vytápění. Podmínkou dosažení nízkoenergetického standardu zateplených panelových domů s 20% spotřebou tepla proti nezateplenému stavu, je výše popsané seřízení regulační techniky a všech ostatních armatur v soustavě. Tato regulace je na zateplení objektů nezávislá a přináší odpovídající úspory tepla v zateplených i nezateplených panelových domech. V zateplených domech jsou dosažené úspory rovny zateplení + tepelné zisky + eliminace přetápění a v nezateplených domech jsou dosažené úspory rovny tepelným ziskům + eliminaci přetápění.
Provedené seřízení soustavy v nezateplených objektech se po jejich zateplení již nemusí opakovat, protože řídicí veličina lokální kvantitativní regulace (teplota tv, do které se promítají tepelné zisky) zůstává zachována.
Při správných teplotách topné vody je vytápění bez tepelných zisků plynulé, nepřerušované a s tepelnými zisky omezované až přerušované automaticky, při udržování průměrné projektované vnitřní teploty. Teplota vody zajišťovaná dodavatelem je v současnosti cca o 15 °C vyšší než potřebná, takže lokálně (avšak na úkor dosažených úspor tepla) lze projektovanou vnitřní teplotu místností zvýšit – dokonce více než při klasickém seřízení, protože okruhy těles pracují se zajištěným přenosem tepla, který u klasického řešení zajištěn není.
Pozor na falešnou „termo-hydrauliku“
Termohydraulika neznamená hydraulické seřízení + termické řešení teplot vody ekvitermní regulací, jak se některé firmy snaží v poslední době označovat a svým zákazníkům podsouvat obyčejné klasické řešení.
Skutečné termohydraulické řešení pracuje s individuálním teplotním spádem vody (tp − tz) u každého tělesa, s korigovanými průtoky ve všech úsecích soustavy, se zajištěným přenosem tepla (nikoliv vody) ke každému otopnému tělesu, se zajištěnou aktivací teplotních čidel tepelným působením vlastní otopné soustavy a s TERMICKÝM vyvážením přesným nastavením teplotních čidel, které garantuje, že projektované korigované průtoky nastanou právě při projektovaných teplotách vzduchu vytápěných místností, aby tepelné zisky působily jako poruchová veličina nastavení regulačních prvků a otopná soustava mohla tyto tepelné zisky plně využívat k úsporám tepla.
Tuto nejdůležitější úspornou vlastnost soustavy nelze žádným nastavením otopové křivky, žádnou dodatečnou instalací kvalitativní regulace, ani žádným klasickým seřízením termostatických ventilů zajistit a musíme proto před množícím se zneužíváním slova termohydraulika uživatele otopných soustav varovat.
Závěr
Seřízením TH otopných soustav mohou všechny nezateplené panelové domy až trojnásobně zvýšit úspory tepla regulačními procesy a všechny zateplené panelové objekty mohou být nízkoenergetické, s úsporami kolem 80 % proti nezateplenému stavu. Hodnoty uvedených výstupních dat v tomto článku nejsou teoretické, ale vycházejí z reálně naměřené spotřeby tepla na vytápění objektu s nově seřízenou otopnou soustavou. Energetickou situaci státu lze tedy správným seřízením regulační techniky od základů změnit.
Rozšiřujeme partnerství s dalšími subjekty, které chtějí při vytápěné panelových domů nové poznatky aplikovat.
Can additionally insulated prefab-panel buildings meet the low-energy standard, or even overcome? The article contains a detailed analysis of the specific parameters of the building and heating system before and after additional thermal insulation of building, supplemented by the results of measuring the actual heat consumption in the period 2010-2011, with output data transferred to the appropriate temperature normal year.