Dům služeb a školicí středisko energetických úspor Otazník

Pro činnost společnosti Intoza, s. r. o., se vedení firmy rozhodlo postavit administrativní budovu, která má sloužit nejen jako firemní sídlo, ale také k pořádání seminářů, školení a propagaci stávajících a nových technologií v oblasti energetických úspor. Dům Otazník je koncipován v duchu filosofie firmy, zabývající se energetickými úsporami, jako vzorová stavba s pasivním energetickým standardem. Jednoduché a funkční dispoziční řešení lokalizuje vertikální komunikace a místnosti sociálního a technologického zázemí podél odvrácené severní strany budovy; zbývající prostor severní fronty v přízemí při vstupu je využit recepcí a v dalších podlažích rohovými kancelářemi. Ostatní partie zabírají podél všech fasád libovolně dělitelné kancelářské prostory, propojené navzájem a se zázemím střední komunikační halou.

Koncepce vytápění a větrání
Návrh koncepce vytápění a větrání (včetně chlazení) domu služeb a školicího střediska energetických úspor Otazník, Intoza, s. r. o., vycházel z jasných požadavků investora. Při projektování uvedených zařízení se kladl důraz zejména na zajištění plné funkčnosti všech místností převážně kancelářské budovy podle jejich individuálních požadavků, dosažení parametrů pasivního standardu při provozu a možnost obchodně prezentovat nové technologie pro dosažení nízké spotřeby energie při vysoké úrovni komfortu.

Celková koncepce navrhovaného řešení vytápěcího a větracího systému byla přizpůsobena specifikům administrativní budovy, která se ve svých požadavcích liší například od rodinných domů. Hlavními odlišnostmi jsou rozdílný režim využívání budovy jako celku i jednotlivých částí, vyšší a proměnlivý počet osob (ve vztahu k prostoru) a vyšší podíl vnitřních zisků tepla (v souvislosti s masivním používáním kancelářské techniky). Proto bylo jako řešení navrženo decentralizované větrání, použití pouze čerstvého vzduchu (bez recirkulace) a oddělení větracího a otopného systému.

Použití pouze čerstvého vzduchu
Z hygienických důvodů bylo třeba brát do úvahy větrání pouze s čerstvým vzduchem – nebyla možnost vzduch recirkulovat. Právě v tomto spočívá hlavní rozdíl ve srovnání s rodinnými domy, kde je koncepce teplovzdušného vytápění v drtivé většině případů postavena právě na recirkulaci vzduchu a kde tento přebytek vzduchu umožňuje zajistit vyhovující regulaci dodávky tepla do jednotlivých místností. Množství větracího vzduchu bylo určeno následovně:

• zimní provoz: násobnost výměny vzduchu 0,5/h, minimální množství vzduchu na osobu 30 m³/h,
• letní provoz: násobnost výměny vzduchu 1/h, vzduch bude chlazen.

Ve shromažďovací místnosti (sál v 1. NP) bylo větrací zařízení nadimenzováno podle počtu přítomných osob, ovšem v době nepřítomnosti osob se množství větracího vzduchu pomocí instalovaného regulačního zařízení razantně sníží.

Návrh decentralizovaného větrání
Větrací systém v řešené administrativní budově byl navržen jako decentralizovaný – vybavený jednotkovým větracím zařízením pro jednotlivé zóny. Zónami se rozumí jednotlivá podlaží a také exponované místnosti z hledis­ka pobytu osob (shromažďovací sál v 1. NP). Hlavními důvody pro toto řešení jsou:

• možnost samostatného ovládání, a tím lepší regulovatelnost množství vzduchu a lepší možnost přizpůsobit se momentálnímu režimu užívání ve větraném prostoru než u systému centrálního (zejména ve vztahu k počtu přítomných osob a vnitřních tepelných zisků);
• možnost řešení zcela bez strojoven (příp. pouze s malými technickými místnostmi);
• nižší nároky na prostor pro vzduchotechnická potrubí (menší rozměry, řešení bez nutnosti prostupů vodorovnými konstrukcemi);
• lepší možnost obchodní prezentace celého systému (přehlednost zařízení).

Oddělení větracího a otopného systému
Hlavní důvody tohoto řešení jsou rozdílné požadavky na množství dodané energie v jednotlivých místnostech, lepší regulovatelnost dodávky tepla, potřeba nižšího množství větracího vzduchu (s tím související nižší potřeba elektřiny na pohony a lepší mikroklimatické podmínky – relativní vlhkost vnitřních prostor) a jednodušší a levnější způsob distribuce tepla i vzduchu do jednotlivých místností.

Jednoduše lze říci, že bez možnosti recirkulace vzduchu, zejména z hygienických důvodů, jak už bylo zmíněno, bylo výhradně teplovzdušné vytápění (tedy vytápění bez jiného otopného systému) vyhodnoceno jako vysoce riskantní – s reálným rizikem nezajištění odpovídajícího a požadovaného mikroklimatu v jednotlivých místnostech. Tato skutečnost byla potvrzena i velmi podobnými aplikacemi ve Středisku ekologické výchovy Sluňákov blízko Olomouce a v centru Veronica Hostětín u Uherského Brodu, které byly rovněž již v minulosti realizovány na základě našich projektů a kterým předcházelo naše podrobné studium uvedené problematiky (i včetně konzultace na univerzitě v Grazu v Rakousku).

Vytápění, ohřev TV, chlazení
Zdroj tepla a chladu, strojovna ÚT
Zdrojem tepla pro vytápění a ohřev vody a zároveň zdrojem chladu bylo zvoleno tepelné čerpadlo vzduch/voda s možností reverzního chodu pro volbu režimu vytápění nebo chlazení. Důležitou součástí řešení jsou akumulační nádoby jak otopné, tak chladicí vody, které jsou umístěny ve strojovně. Tepelné čerpadlo je na 100 procent zálohováno elektroohřevem (bivalentní zdroj tepla). Ve strojovně jsou dále umístěny rozdělovač a sběrač otopného systému, oběhová čerpadla a malý zásobníkový ohřívač teplé vody. Z rozdělovače ÚT jsou vyvedeny následující otopné větve:

• otopná tělesa sever (se směšováním);
• otopná tělesa jih (se směšováním);
• ohřívače vzduchotechnických jednotek (bez směšování – směšovací uzly jsou umístěny před jednotlivými vzduchotechnickými jednotkami);
• ohřev TV (pouze oběhové čerpadlo, bez směšování).

Otopná soustava
V objektu byla instalována klasická otopná soustava – ovšem otopná tělesa byla navržena pouze pro krytí tepelných ztrát prostupem obvodovým pláštěm, jsou tedy relativně malá, přestože otopná soustava je s ohledem na topný faktor tepelného čerpadla nízkoteplotní. Tělesa jsou opatřena ventily s termostatickými hlavicemi. Instalovaný topný výkon otopných těles je cca 7,7 kW (pro otopnou vodu 50/40 °C). Orientační rozložení topného výkonu v jednotlivých patrech je vypsáno v tab. 1.

Příprava teplé vody
Příprava teplé vody (TV) v objektu je zajištěna rovněž pomocí již zmíněného vzduchového tepelného čerpadla. Potřeba TV je relativně malá. Pro přípravu TV pomocí otopné vody je ve strojovně instalován malý zásobníkový ohřívač. Rozvod TV je s cirkulací. Cirkulační čerpadlo je opatřeno časovým programátorem.

Chlazení
Navržené tepelné čerpadlo slouží také jako zdroj chladicí vody, instalován je rovněž akumulátor chladicí vody. Chladicí voda je samostatným rozvodem přivedena ke chladičům všech vzduchotechnických jednotek a fan-coilům ve vybraných prostorách s vyšší tepelnou zátěží (zejména v přednáškovém sálu).
Mimo aktivního chlazení pomocí vzduchového tepelného čerpadla jsou navrženy rovněž prvky pasivního chlazení, zejména důsledné venkovní zastínění proti sluneční zátěži.

Větrací systém
Základní zásady návrhu
Základní koncepce vychází z následujících hodnot (tab. 3):
Je zajištěna základní hygienická výměna vzduchu (násobnost výměny vzduchu 0,5/h v zimním období, v letním období je intenzita výměny vzduchu vyšší – 1krát za hodinu), byly instalovány větrací jednotky s vysokou účinností rekuperace tepla i chladu.

Technické řešení
V budově je instalováno pět větracích jednotek (zařízení) podle tab. 4.

Větrací jednotky se nacházejí ve strojovnách v jednotlivých podlažích, vždy ve větraném prostoru. V 1. NP jsou umístěna dvě zařízení (kanceláře + sál) a jsou ve společné strojovně.

Přívod čerstvého vzduchu je zajištěn ze sever­ní fasády. Odvod vzduchu je zajištěn do bezokenní fasády, případně nad střechu objektu.

Veškeré rozvody jsou vedeny pod stropem. Ocelové pozinkované nebo hliníkové potrubí je vedeno nad podhledy, některé části jsou přiznané. Přívod vzduchu je realizován do kanceláří a chodby, odvod je zajištěn ze sociálního zařízení, chodeb i kanceláří (obraz proudění zajišťuje mírný přetlak v kancelářích a podtlak v chodbě a sociálním zařízení). Vlastní distribuce vzduchu probíhá pomocí vyústek, případně vířivých vyústí nebo talířových ventilů.

Veškeré vzduchotechnické jednotky jsou vybaveny ohřívači a chladiči včetně regulačních uzlů pro jemnou doregulaci teploty v létě i v zimě. Otopná a chladicí voda je rozvedena pomocí měděného potrubí. Veškeré části rozvodů včetně zařízení ve strojovně jsou opatřeny parotěsnou tepelnou izolací pro rozvody chladu.

Obr. 1  Ovládání společných prostor (systém Luxmate)

Obr. 2  Ovládání žaluzií (systém Luxmate)

Obr. 3  Ovládání místností (systém Luxmate)

Obr. 4 Noční nasvětlení fasády svítidly Bega

Skutečná spotřeba a plánovaná potřeba energie
Nyní lze již vyhodnotit skutečnou spotřebu energie při provozování a porovnat, jak bylo naplněno cílů projektu, protože objekt je již řadu měsíců provozován. Projekt předpokládal roční potřebu energie uvedenou v tab. 5:
Potvrdila se hypotéza z projektu, že velmi důležitým předpokladem pro dosažení uvedených hodnot je instalace a provozování řádného regulačního systému, který musí trvale zajišťovat:

• základní regulaci tepelného čerpadla (v topném i chladicím režimu);
• samostatnou regulaci teploty v obou otopných větvích (v severní a jižní fasádě) včetně nastavení útlumů vytápění v době nepřítomnosti osob;
• regulaci teploty a množství přiváděného vzduchu v každém z pěti větracích zařízení samostatně – dle režimu užívání; v době nepřítomnosti lze větrání velmi omezit;
• regulaci teploty TV (s konstantní hodnotou) včetně časového ovládání cirkulačního čerpadla TV;
• doregulaci teploty v místnostech, která bude probíhat na instalovaných termostatických ventilech (ovládat ji budou přímo uživatelé kanceláří).

Obr. 5  Učebna se svítidly Eleea

Řídicí systém osvětlení
Systém řízení osvětlení a žaluzií Luxmate na budově Otazník společnosti Intoza má za úkol několik úloh. V první řadě jde o řízení výkonu jednotlivých svítidel v závislosti na denním svět­le, jeho směrovosti a využitelnosti přímé slož­ky denního světla. Měření intenzity a směru oslunění budovy denním světlem zajišťuje cen­trální všesměrové čidlo denního světla umístěné na střeše objektu v necloněné poloze s rozhledem 360°. Údaje z čidla jsou zpracovávány regulačními algoritmy a podle individuálně nastavených charakteristik jsou pro kaž­dé svítidlo zvlášť vypočítávány akční veličiny.

Spolu s regulací svítidel pracuje fasádní regulace vnějších žaluzií (jde o tzv. 3D regulaci), kdy je každá žaluzie individuálně řízena podle oslunění fasády a výšky slunce nad horizontem. Vzhledem k tomu, že jsou žaluzie mechanicky upraveny tak, aby horní čtvrtina lamel umožňovala tzv. harvesting, vracíme se k prvnímu bodu, kde je zmíněno využití přímé složky denního světla při regulaci osvětlení. Mechanické přetočení lamel vpouští do místnosti přímé sluneční světlo i při zavřené žaluzii. Tato složka, která je za normálních okolností nežádoucí (způsobuje oslnění a přehřívání interiéru), je přes povrch stropu transformována na difuzní světlo, které přispívá k přirozenému osvětlení vnitřního prostoru a snižuje potřebný výkon umělého osvětlení. Díky precizní konfiguraci regulačních charakteristik je vazba mezi svítidly, žaluziemi a denním světlem zcela přirozená a zaručuje konstantní hladinu osvětlenosti a maximální zrakový komfort.

Další úlohou systému je podpora automatické ochrany klimatu, resp. eliminace tepelných ztrát v noci a maximalizace tepelných zisků v zimních měsících. Regulace vnějších žaluzií tedy zajišťuje úplné zavření lamel na celém objektu v definovaném časovém okně během noci a o víkendech v letních měsících. V zimních měsících je naopak o víkendech požadováno úplné otevření a vytažení žaluzií ve dne, aby mohla budova akumulovat energii ze slunečního záření. Noční uzavření objektu je stejné jako v letních měsících.
Zmiňujeme-li automatické funkce žaluzií, nelze opomenout meteostanici, z jejíchž senzorů jsou vyvozovány poplachové stavy: překročení maximální dovolené rychlosti větru a námrazový alarm. Z hlediska bezpečnosti provozu vnějších fasádních žaluzií jde o nezbytnou funkci, která je v případě systému Luxmate ještě podpořena provozní autodetekcí senzorických převodníků meteostanice: při poruše senzorů je aktivován poplachový stav. Systém Luxmate rovněž zajišťuje ovládání osvětlení v prostorách chodeb a schodiště na základě detekce pohybu osob, přičemž i v těchto prostorách je aktivní regulace osvětlení v závislosti na denním světle a regulační vazba na žaluzie.

Venkovní osvětlení budovy je spínáno při soumraku a podtrhuje architekturu stavby do nočních hodin, kdy je časovými plány vypnuto a aktivuje se opět následujícího dne při soumraku.

Díky digitálnímu řízení jednotlivých svítidel a žaluzií jsou v systému k dispozici podrobné údaje o stavech zařízení a jejich případných poruchách. Tyto informace jsou přehledně zobrazeny v uživatelské grafické vizualizaci, která kromě diagnostiky osvětlení a žaluzií v celém objektu umožňuje i povelování jednotlivých místností do předdefinovaných režimů (světelných scén) nebo stmívání osvětlení a polohování žaluzií podle aktuální individuální potřeby. Tato funkčnost centrálně zastupuje lokální ovladače umístěné v každé řízené místnosti budovy.

Digitální řízení svítidel ovšem dává provozovateli kromě výše uvede­ných výhod ještě jeden důležitý analytický nástroj, a tím je měření spotřeby jednotlivých svítidel v reálném čase. Systém každou minutu integruje podle aktuálního výkonu jednotlivých svítidel jejich příkon a dílčí data loguje v denních záznamech. Provozovatel má díky tomu možnost zpětně ověřovat efektivitu provozu celé instalace.

Objekt Otazník Intoza je rovněž vybaven nouzovým LED osvětlením Zumtobel, které je automaticky monitorováno a testováno řídicí jednotkou ONLITE local SB128. Tato jednotka slouží kromě oživení a úvodní parametrizace systému nouzového osvětlení k pravidelným testům nouzových svítidel (funkčním i výdržovým), přičemž výsledky testů ukládá v paměti s kapacitou pro denně prováděné testy po dobu tří let. Paměť je nezávislá na napájení, tudíž nemůže dojít ke ztrátě záznamů o dílčích testech. Jednotka je rovněž vybavena komunikačním rozhraním, které je využito pro přenos dat do servisního software řídicího procesoru Luxmate, odkud lze dálkově spravovat instalaci nouzového osvětlení.

Slavnostní otevření budovy Otazník školicího střediska energetických úspor společnosti Intoza v Ostravě zahájilo provoz výjimečné, energeticky pasivní budovy. O objektu, ve kterém jsou kanceláře společnosti a především školicí středisko, můžeme bez obav říci, že sám slouží jako školicí pomůcka.

Klient: INTOZA, s. r. o., Nemocniční 2902/13, Ostrava – Moravská Ostrava
Architekt: ATOS-6, spol. s r. o., – Ing. arch. Radim Václavík

Ing. Pavel Šobra, Ing. Michal Havlíček
Foto a obrázky: Zumtobel Lighting, s. r. o.

Pavel Šobra působí ve společnosti Zumtobel Lighting a Michal Havlíček v Maxxi-Therm.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.