Energetická certifikace systémů větrání a klimatizace v budovách

Energetická certifikace klimatizačních a větracích systémů v budovách je v naší republice na svém začátku. V předcházejících letech byla pozornost zaměřena více na problematiku energetické náročnosti obálky budovy. Situace se nyní mění a do popředí zájmu se dostávají energetické úspory na systémech vytápění, ohřevu teplé vody, větrání a chlazení. S tím je také spojena potřeba tyto systémy vyhodnotit a navzájem je mezi sebou porovnávat.

Energetická certifikace neboli certifikace energetické náročnosti je metoda umožňující vystavit Průkaz energetické náročnosti, jehož součástí je i posouzení systémů klimatizace a větrání. K vyhodnocení využívá tzv. energetického ukazatele celkového nebo specifického s jeho požadovanou referenční hodnotou. Tato může být stanovená přímo vyhláškou nebo jiným legislativním předpisem, případně nepřímo na základě hygienických, provozních nebo jiných požadavků dle typu a účelu instalovaného systému.

Požadavky na energetickou náročnost systémů větrání jsou specifikovány v normě ČSN EN 15 217 Energetická náročnost budov – Metody pro vyjádření energetické náročnosti a pro energetickou certifikaci budov; Příloha D. 7. Jsou uvedeny tři požadavky na technické prvky, kterými lze systémy větrání vyhodnotit. Požadavky jsou rovnocenné.

Prvním z nich je účinnost jednotek zpětného získávání tepla (ZZT) podle EN 308: Výměníky tepla – Metody zkoušek pro ověření výkonnosti zařízení pro regeneraci tepla. Energetický efekt ZZT se stanovuje podle EN 15 241 s využitím údajů z EN 308 (Tab. 1).

Dalším požadavkem je měrný výkon větrací soustavy SFP. Lze jej definovat jako sdružený příkon všech ventilátorů v distribuční síti větracího systému dělený celkovým průtokem vzduchu budovou, za návrhové zátěže.

kde    SFP    je    měrný příkon ventilátorů ve
W/(m³ / s);
    P_pv    –    celkový příkon přiváděných ventilátorů pro návrhový průtok vzduchu ve W;
    P_cv    –    celkový příkon odváděných ventilátorů pro návrhový průtok vzduch ve W;
    q_max    –    návrhový průtok vzduchu budovou, což představuje průtok odváděného vzduchu v m³. s-1.

Klasifikace měrného příkonu ventilátoru (pro každý ventilátor) je uvedena v Tab. 2. a je určena pro standardní aplikace.

Podrobnější metoda hodnocení spotřeby elektrické energie ventilátorů a VZT jednotek větracích systémů budov je uvedena v příloze D této normy a dále také v EUROVENT (doporučení pro výpočty spotřeby energie VZT jednotek).

Posledním požadavkem je dodaná energie pro potřeby větrání, zahrnující šíření tepla výměnou vzduchu a spotřebu ventilátorů (je-li nějaká) užitím příslušných váhových faktorů pro různé energonositele. Toto zahrnuje výpočty a postupy zahrnuté ve více normách např. ČSN EN ISO 13 790, ČSN EN 12 831, EN ISO 13 370 (Tab. 3).

Výměna vzduchu ve výpočtovém prostoru závisí na uvažovaném řešení, např. s větrací soustavou nebo bez ní.

Případová studie

Na vybraném typu budovy a provozu je uvedeno využití požadavku na dodanou energii na potřeby větrání k posouzení. V objektu je využito systémů větrání a klimatizace.

Jedná se o objekt vysokoškolské menzy v areálu Mendelovy university v Brně (Obr.1). Pavilon slouží pro zabezpečení denního stravování zaměstnanců a studentů s denní kapacitou výdeje 500 hlavních jídel.

Obr. 1: Fotografie Pavilon O – menza

Budova je členěna do několika samostatných klimatizovaných částí, centrálně je prováděno měření teplot na přívodním a odvodním klimatizačním potrubí.

Zónování podle účelu místností a provozu je celkem do 5 zón. Klimatizované zóny jsou vyznačeny růžovou a zelenou barvou (Obr. 2). Ostatní zóny jsou větrány přirozeně pomocí okenních otvorů. Růžová je prostor jídelen a salónku, zelená je prostor přípravny bufetu a výdeje jídel.

Obr. 2: Barevně rozlišené jednotlivé zóny v budově

Bližší popis VZT jednotek je uveden v Tab. 4. Jednotka VZT I slouží pro rovnotlakou klimatizaci výdejny jídel a přípravny bufetu, jednotka VZT II slouží pro rovnotlakou klimatizaci jídelny a salónku.
K výpočtu dodané energie na větrání se využilo dvou softwarových programů – Stavební fyzika – Energie; BSim. Výstupy z obou programů jsou následně kalibrovány se spotřebovanou roční energií.

Program Energie je určen pro komplexní hodnocení energetické náročnosti budov. Využívá měsíční krok výpočtu a jsou v něm zohledněny národní normy a předpisy. BSim je dánský program umožňující simulaci a analýzy vnitřních klimatických podmínek, množství dodané a spotřebované energie v budovách. Také se využívá k porovnání a vyhodnocení různých variant návrhů vzhledem k úsporám energie, vnitřnímu teplotnímu mikroklimatu a osvětlení. Má hodinový krok výpočtu a lze v něm simulovat dynamické vstupní podmínky.

Další vstupní údaje pro zadání jsou převzaty ze stavební dokumentace, prohlídek. Klimatická data jsou pro Brno (Graf 1a, 1b).

Graf 1: Rozdělení dodané energie do budovy

Výsledky z programu Energie po kalibraci modelu jsou následující:

• Vytápění: B (velmi úsporná)
• Chlazení: F (velmi nehospodárná)
• Nucené větrání: B (velmi úsporná)
• Příprava teplé vody: C (úsporná)
• Osvětlení: B (velmi úsporná)

Kalibrace modelu spočívá především v korekci vnitřních tepelných zisků. Tzn. časového podílu pobytu a počtu osob a spotřebičů v jednotlivých zónách. Dále se upravily parametry k zadání umělého osvětlení – intenzity a hodin využití osvětlovací soustavy.

Výstupy z programu BSim jsou podrobnější, ale neobsahují možnost posoudit výsledné hodnoty s referenční budovou. Srovnání výstupů je provedeno pomocí hodnot z programu Energie (Tab. 5).
Program Bsim slouží k ověření vnitřních klimatických podmínek z hlediska požadavků na pobytové a pracovní prostředí. Posuzovaná je místnost jídelny v 2.NP, ve které byly po dobu dvou měsíců (srpen, září) instalovány datalogery Testo – Comet.

Hodnocení vnitřního prostředí jídelny je provedeno pomocí legislativních předpisů pro energetickou náročnost (ČSN EN 15 251), požadavků na pracovní prostředí (Vyhláška 93/2012 Sb.) a pobytových prostor (Vyhláška 6/2003 Sb.). Nejpřísnější hodnoty na posouzení jsou pro pobytové prostory. Pro tyto bude provedeno posouzení typického pracovního dne (Graf 2). Čárkovaně jsou zobrazeny horní a dolní mez pro požadovanou vnitřní teplotu. Lze vidět, že teploty během dne tento interval překračují. Provozování klimatizace v tomto prostoru nesplňuje požadavky. Z hlediska energetické náročnosti je tento konkrétní klimatizační systém velmi vhodný, ale z hlediska hygienických požadavků nevyhovuje a objekt by neměl být provozován.

Graf 2: Průběh vnitřních teplot – typický pracovní den září – pobytové prostory

Závěr

Oblast energetické certifikace systémů klimatizace a větrání je velmi komplexní, kdy zahrnuje posouzení nejen vlastní energetické náročnosti systému, ale i požadavky na podmínky ve vnitřním prostředí. Tyto požadavky jdou velmi často proti sobě a jejich vyvážení by mělo být nutnou součástí každého projektu systému.

Využití jednotlivých požadavků na energetickou certifikaci systémů větrání je zcela na volbě posuzovatele. Záleží tedy na konkrétním řešení systému větrání a klimatizace, co bude pro jeho posouzení nejvhodnější.

V současné době zatím neexistuje vhodný software, který by obsahoval všechny potřebné aplikace. Vhodná je kombinace více programů a měření.

Pokud se v systému vyskytuje zařízení ZZT, je vhodné použít první metody. Pokud jsou z projektu či realizace výkony známy všech ventilátorů, nabízí se využití druhého požadavku. Při kompletním posuzování energetické náročnosti celé budovy je vhodné využít třetí metody.

Ing. Petra Píšová, Ph.D.
Autorka je odborná konzultantka v oddělení Energetiky společnosti DEA Energetická agentura, s.r.o.

Obrázky: autorka

Literatura:
1.    PÍŠOVÁ, Petra. Energetická certifikace systémů větrání a klimatizace v budovách. Brno, 2013. 90 s., 41 s. příl. Disertační práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav technických zařízení budov. Vedoucí práce doc. Ing. Jiří Hirš, CSc.
2.    ČSN EN 15217. Energetická náročnost budov – Metody pro vyjádření energetické náročnosti a pro energetickou certifikaci budov. Praha: Český normalizační institut, únor 2008, 32 s.
3.    ČSN EN ISO 13790. Energetická náročnost budov – Výpočet spotřeby energie na vytápění a chlazení. Praha: Český normalizační institut, 2009.
4.    ČSN EN 12831. Tepelné soustavy v budovách – Výpočet tepelného výkonu. Praha: Český normalizační institut, 2005, 76 s.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.