Reklama

Hodnocení otopných soustav vytápění velkoprostorových objektů podle ČSN EN 15316-2

Ing. Ondřej Hojer, Ph.D., KOTRBATÝ V.M.Z. spol. s r.o.

Recenzovaný

V článku je ukázána část hodnocení energetické náročnosti velkoprostorového objektu podle ČSN EN 15316-2:2018 a zejména, jak se výhodnost různých způsobů vytápění mění s výškou objektu. Součástí je i detailnější specifikace některých z popisu v normě nejednoznačných vstupů.

Reklama

Téma

V článku je rozebíráno použití normy ČSN EN 15316-2:2018 pro stanovení dodatečných tepelných ztrát při sdílení tepla v režimu vytápění u prostorů s vysokým stropem (h ≥ 4 m). Byly definovány typické provozní profily jednotlivých způsobů vytápění zmíněných v normě. Pro tyto profily byly odečteny vstupní parametry a byla vypočtena dodatečná tepelná ztráta sdílení tepla pro sedm různých výšek prostoru 4, 6, 8, 10, 12, 16 a 20 m. Výsledky jednotlivých způsobů vytápění byly mezi sebou odečteny a byly vytvořeny srovnávací tabulky, které jsou dále prezentovány. Hlavní motivací nebylo ukázat výsledné rozdíly, nicméně spíše zahájit diskusi nad použitím této normy zadávanými údaji i výsledky.

1. Úvod

Oblast hodnocení energetické náročnosti budov prošla v poslední době velmi hektickým obdobím. Dá se říci, že byly změněny téměř všechny normy, které se energetické náročnosti týkají. A protože platí, že každá norma je jenom tak dobrá, jak moc se využívá, stojíme nyní všichni před velkým úkolem naučit se tento soubor norem prakticky používat. Příspěvek se zabývá konkrétně normou ČSN EN 15316-2 z roku 2018 [1], která hodnotí sdílení tepla do vytápěného prostoru a poskytuje nástroj k hodnocení energetické náročnosti různých soustav sdílení tepla. Rekodifikací původní normy ČSN EN 15316-2-1:2010 [2] byly sjednoceny původní dvě výpočetní metody a byla poskytnuta celá řada jmenovitých hodnot, které je možné v univerzálních případech použít. Zůstává i možnost v případě jejich znalosti použít místo standardizovaných vstupů tyto hodnoty přímo od výrobce zařízení. Detaily původní normy a její praktickou aplikaci v oblasti vytápění velkoprostorových objektů najdete v [3]. Předmětem tohoto článku není hodnocení pomocné energie soustav sdílení tepla, které je v normě [1] popsané také, ani hodnocení režimu chlazení.

2. Hlavní specifika metodiky výpočtu

Výpočet je založen na stanovení dodatečné ztráty tepla/chladu soustav pro sdílení. Spočívá v přepočítávání tzv. ekvivalentní vnitřní teploty a jednotlivých ztrát definovaných rozdíly teplot. Mezi důvody ztrát jsou jak faktory fyzikální (vliv integrace prvků do obálky budovy ΔƟ_emb, vliv sálání ΔƟ_rad, teplotní stratifikace vzduchu s výškou ΔƟ_str, přerušovaný provoz ΔƟ_im), tak faktory závisející na chování osob ve vztahu ke kvalitě těchto prvků (automatizace budovy a regulace ΔƟ_ctr, hydraulické vyvážení ΔƟ_hydr, správa budov ΔƟ_roomaut). V následujícím textu jsou prezentovány základní vztahy normy [1], které byly následně použity pro porovnání jednotlivých způsobů vytápění.

Dodatečné ztráty tepla/chladu částí soustav pro sdílení se vypočítají podle vztahu:

[kWh] ,

kde je

Q_em,Is: ztráta části soustavy pro sdílení tepla/chladu na vytápění/chlazení (v příslušném časovém úseku) [kWh];
Q_em,out: výstup tepla z části soustavy pro sdílení tepla/chladu na vytápění/chlazení [kWh];
ΔƟ_int,inc: změna teploty způsobená všemi ztrátami [K];
Ɵ_int,inc: počáteční vnitřní teplota; pro režim vytápění Ɵ_H,int,inc [°C] a pro režim chlazení Ɵ_C,int,inc [°C] (operativní teplota);
Ɵ_e,comb: kombinovaná venkovní teplota se pro režim vytápění rovná Ɵ_e,avg (venkovní teplotě ve výpočtovém intervalu [°C]).

Dále platí:

[°C]

[°C] ,

kde je

Ɵ_H,int,inc: ekvivalentní vnitřní teplota pro režim vytápění [°C];
Ɵ_C,int,inc: ekvivalentní vnitřní teplota pro režim chlazení [°C];
Ɵ_H,int,ini: počáteční vnitřní teplota pro vytápění [°C];
Ɵ_C,int,ini: počáteční vnitřní teplota pro vytápění [°C];

3. Porovnání způsobů vytápění místností s vysokými stropy

Aby bylo možné se s normou naučit pracovat, je třeba nejprve pochopit její možnosti, omezení a vzájemné souvislosti. Současně je třeba projít všechny požadované vstupy a prověřit, zda jsou k dispozici všechny potřebné údaje. Níže v textu jsou prezentovány výsledky, kdy byl pro každý způsob vytápění zvolen typický provozní profil a na základě něj z přílohy B normy [1] vybrány základní hodnoty vstupů. S těmito vstupy byl pak proveden výpočet dodatečných ztrát Q_em,Is pro 7 různých výšek prostoru 4, 6, 8, 10, 12, 16 a 20 m. Výsledky získané u každého způsobu vytápění byly mezi sebou odečteny, a tak vznikly hodnoty v obr. 1 až 7.

Cílem nebylo prezentovat všechny kombinace vstupních parametrů, ani vyčerpávající citlivostní analýzu, ale spíše nastínit možnosti a ukázat určité typické hodnoty u dnes běžně používaných systémů a způsobů vytápění. Primárně bylo cílem iniciovat diskusi nad použitím této normy, protože řada faktorů umožňuje definování parametrů na volnějším principu a u některých vstupních údajů není zcela jasné, jaké konkrétní hodnoty by se měly vkládat. Tyto vstupy je třeba sjednotit a publikovat.

Obr. 1 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 4 m vysoký prostor

Obr. 2 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 6 m vysoký prostor

Obr. 3 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 8 m vysoký prostor

Obr. 4 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 10 m vysoký prostor

Obr. 5 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 12 m vysoký prostor

Obr. 6 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 16 m vysoký prostor

Obr. 7 Porovnání ztrát tepla sdílením v režimu vytápění dle ČSN EN 15316-2 pro 20 m vysoký prostor

SP – sálavé panely vodní, TIZ – tmavé plynové infrazářiče, SIZ – světlé plynové infrazářiče, PV – podlahové vytápění, TJ – teplovzdušná jednotka, higheff+ – vysoká sálavá účinnost, optimální rozmístění, higheff – vysoká sálavá účinnost, loweff – nízká sálavá účinnost, strop, zeď – umístění teplovzdušné jednotky

4. Diskuse získaných výsledků

Na normě je zajímavé, že poprvé bere v úvahu různou účinnost v rámci jednoho výrobku, takže je možné najít typické vstupní hodnoty jak pro způsob vytápění s výrobky vysoké účinnosti (v obr. 1 až 7 označené higheff), tak výrobky s nízkou účinnosti (označené loweff). Proto bylo i porovnání provedeno pro obě tyto varianty. U vodních sálavých panelů je při rozhodování možné vycházet z hodnot sálavé účinnosti η_s, které výrobcům předává příslušná laboratoř při každém měření výkonu (obr. 8), u plynových infrazářičů z hodnot sálavého faktoru (činitele sálání RF), pro který se příslušné měření nyní reviduje. Přesto je však možné tuto hodnotu od výrobců požadovat, protože od 1.1.2018 platí, že všichni výrobci v rámci požadavků na ECODESIGN musí tuto hodnotu deklarovat. Dále se ukazuje, že už neplatí (jako v případě původní normy), že když vám při určité výšce objektu vyšlo pořadí jednotlivých způsobů vytápění, tak že s narůstající výškou zůstane stejné. Jak je vidět z obr. 1 až 7, i pořadí se může změnit.

Obr. 8 Typický průběh závislosti sálavé účinnosti na šířce panelu a na teplotách vody t_w1,2 a vnitřní návrhové teplotě t_i [5]

Norma ČSN EN 15316-2 říká jednoznačně, že hodnoty sálavé účinnosti mají být pro sálavé panely stanoveny na základě výrobkové normy ČSN EN 14037-3. Protože postup v normě předpokládá měření, je třeba si konkrétní hodnotu vyžádat od konkrétního výrobce. Indikativní hodnoty je možné nalézt v obr. 8. Jak je patrné, průměrné hodnoty se pohybují kolem 70 %. Tuto hodnotu je možné brát za mezní a určovat podle ní výrobek s nízkou účinností (loweff) a vysokou účinností (higheff). Obecně platí, že čím vyšší šířka panelu a čím vyšší teplota, tím vyšší sálavá účinnost.

Další, ne zcela jasná hodnota ve výpočtu, je měrný tepelný výkon p_h, který se zadává u sálavých otopných soustav. Je třeba zde odlišovat celoplošné rovnoměrné vytápění, kde je možné brát instalovaný výkon podělený podlahovou plochou, a vytápění osamělých pracovišť, kde je třeba brát pouze výkon sálavý podělený plochou pracoviště, protože konvektivní výkon je jednoznačně ztrátový.

5. Závěr

Použití nové normy ČSN EN 15316-2 není pro člověka, který se v tomto oboru delší dobu nepohybuje, ani jednoduché, ani snadno a rychle pochopitelné. Některé vstupy odkazují na další normy, informace od výrobců, národní přílohy, a dokonce i vlastní invenci. To bohužel nepřispívá k jednoznačnosti, a tím ani k možnosti vzájemně porovnávat výsledky od jednotlivých zpracovatelů. Bude třeba delší období a důsledná prezentace a vzájemná konzultace výstupů, použitých vstupů i osobních zkušeností proto, aby byly nejasnosti odstraněny a norma se stala široce používaným standardem.

Zde prezentované výsledky sice mohou být použity jako orientační při volbě vhodného způsobu vytápění, je však třeba nezapomenout na fakt, že pro konkrétní objekt a konkrétní okrajové podmínky tyto hodnoty nemusí přesně odpovídat. Vždy je třeba provést výpočet se vstupními parametry odpovídajícími konkrétnímu uvažovanému způsobu vytápění, uvažovanému způsobem regulace, uživatelskému chování i výšce prostoru a provedení posuzované otopné soustavy.

Pro doplnění celkového pohledu, potřeba tepla na vytápění nikdy není jediným kritériem při volbě způsobu vytápění pro konkrétní objekt. Při rozhodování do hry vstupují i další aspekty, a to jak racionální, tak čistě iracionální, závislé na momentální náladě, osobnímu rozpoložení nebo pocitu. Některé z těch hlavních racionálních jsou prezentovány a diskutovány v [4].

Článek je mírně upravenou verzí přednášky, která byla součástí mezinárodní vědecko-technické konference Vykurovanie 2020, Slovensko, Podbánské, 10. až 14. února 2020.

Literatura

ČSN EN 15316-2:2018. Energetická náročnost budov – Metoda výpočtu potřeb energie a účinností soustav – Část 2: Části soustav pro sdílení (vytápění a chlazení), Modul M3-5, M4-5. Originál vydán 2017.
ČSN EN 15316-2-1:2010. Tepelné soustavy v budovách – Výpočtová metoda pro stanovení potřeby energie a účinností soustavy – Část 2-1: Sdílení tepla pro vytápění. Originál vydán 2007.
Hojer, O. Porovnání různých způsobů vytápění z pohledu potřeby energie. Portál TZB-info.cz. Dostupné online: https://vytapeni.tzb-info.cz/vytapeni-prumyslovych-hal-a-velkych-objektu/16154-porovnani-ruznych-zpusobu-vytapeni-z-pohledu-potreby-energie. 21. 8. 2017.
Hojer, O. Volba způsobu vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů. Portál TZB-info.cz. Dostupné online: https://vytapeni.tzb-info.cz/vytapeni-prumyslovych-hal-a-velkych-objektu/20131-volba-zpusobu-vytapeni-prumyslovych-a-velkoprostorovych-objektu. 21. 1. 2020.
HLK Stuttgart. Prüfbericht H.1210.P.965.KOT. Zpráva z měření pro firmu KOTRBATÝ V.M.Z. spol. s r.o. Referenzprüfstelle 0626. 2012 Stuttgart.

English Synopsis

Evaluation of heating systems for heating large spaces according to CSN EN 15316-2

The article shows part of the evaluation of the energy performance of a large building according to CSN EN 15316-2: 2018 and especially how the advantage of different methods of heating changes with the height of the building. It also includes a more detailed specification of some of the descriptions in the standard of ambiguous inputs.