Číslo 6/2017

Článek se věnuje akustickému posouzení a návrhu akustických opatření u reálné soustavy tepelných čerpadel pro bytový dům s prodejnou instalované ve vnitrobloku starší bytové zástavby. Soustava tepelných čerpadel slouží pro chlazení a vytápění bytových a nebytových prostor, tudíž byl vyžadován i noční provoz tepelných čerpadel, na který se vztahují přísnější hygienické limity hluku. Instalace jednotek a stavba byly již v realizaci, tudíž nezbývalo příliš možností pro návrhy akustických úprav.

Pro energeticky pasivní rodinný dům byl vyvinut a počítačovou simulací analyzován energetický systém sestávající z kombinovaného tepelného čerpadla odebírajícího teplo ze země a vzduchu, FV systému a sezónního zásobníku tepla. Tepelné čerpadlo v letním období přeměňuje energie okolního prostředí pro nabíjení zemního sezónního zásobníku s využitím elektřiny pouze z FV systému. Zimní provoz spoléhá na teplo akumulované pod domem a výsledkem je nízká spotřeba elektrické energie ze sítě. Simulační analýza ukázala významný pokles potřeby elektrické energie ze sítě (sezónní topný faktor vzrostl z hodnoty 3.1 pro referenční případ se zemním vrtem a FV systémem na hodnotu okolo 6.0) a zvýšil využití produkce FV systému pro zásobování teplem v domě. Celkem více než 80 % energetické potřeby (vytápění, příprava teplé vody, pomocná energie) je dodáváno z obnovitelné energie a měrná potřeba neobnovitelné primární energie domu je menší než 17 kWh/m2 a rok.

Poslední trendy při výstavbě budov ve střední Evropě ukazují zvyšující se počet dobře zateplených budov. Potřeba tepla na přípravu teplé vody je podobná nebo může být i vyšší než pro vytápění. Klasická tepelná čerpadla se základním jednostupňovým parním cyklem dosahují při přípravě teplé vody relativně nízkého SPF 2.5. Jednou z možností zvýšení SPF je použití více výměníků tepla na vysokotlaké straně (kondenzátor + chladič par + dochlazovač) a upraveného zásobníku teplé vody pro dobrou teplotní stratifikaci. Pro určení potenciálního přínosu zmíněného uspořádání byl vyvinut prototyp a matematický model tepelného čerpadla s chladičem par a dochlazovačem. Model dokázal popsat chování tepelného čerpadla s průměrnou odchylkou 5 %. Validovaný model byl pak použit v simulacích systému pro přípravu teplé vody v bytovém domě. Výsledky simulací ukazují zlepšení SPF až o 26 % pro tepelné čerpadlo s chladičem par a dochlazovačem v porovnání se standardním zapojením.

Dříve vyvinutá metoda zjednodušení numerických modelů zdrojů tepla založená na náhradě zdroje tepla jednoduchou okrajovou podmínkou (viz VVI 5/2012) je aplikována na reálnou případovou studii nedávno zrekonstruovaného bývalého kostela ze 14. století. Budova je nyní vyžíván jako koncertní a konferenční prostor s obsazeností až 350 návštěvníků, kteří se zdržují proměnnou dobu během každého dne. Investor restauračních prací projevil obavu z teplotního kolísání způsobeného proměnnou obsazeností kostela, které by mohlo mít negativní vliv na historické štukové dekorace a na originální dřevěný krov bývalého kostela. Navíc je z důvodu zachování původního vzhledu budovy možné využít pouze přirozenou ventilaci okenními otvory na úrovni ulice a střešními okny. Studie vypracovaná v tomto příspěvku vychází z výsledků CFD simulací se zjednodušenými modely návštěvníků, kteří působí jako tepelné zdroje v rámci dvou různých scénářů návštěvnosti.

Cílem příspěvku je stanovit potřebu energie na větrání učeben se započítáním tepelných zisků a analyzovat energetické přínosy vysokých teplotních faktorů zpětného získávání tepla. Na jednoduchém modelu učebny byl realizován výpočet v energetickém simulačním programu ESP-r a stanoveny náklady na provoz nuceného větrání. Součástí příspěvku je také analýza vybraných lokálních větracích jednotek, která vede ke stanovení konkrétních finančních nákladů na provoz nuceného větrání. Bylo zjištěno, že celkové náklady spojené s provozem trvalého nuceného větrání vybaveného zpětným získáváním tepla s definovanou dávkou vzduchu nejsou pro rozpočet školy nikterak zásadní položkou.

Článek se zabývá vhodným zvolením rozsahu možného nastavení objemu přiváděného vzduchu pro personalizované větrání, aby bylo dosaženo vhodné distribuce k uživateli. Primárně se tak potýká s interakcí přiváděného vzduchu s konvektivními mezními vrstvami okolo lidského těla s proudem přiváděného vzduchu při různých objemech a tedy i rychlostech. Měření vzájemné interakce proudění bylo prováděno metodou Particle Image Velocimetry, za použití termálního manekýna k simulaci prostředí okolo lidského těla.

Tato výpočtová studie zkoumá vliv vzduchotěsnosti na potřebu tepla na vytápění rodinného a bytového domu v klimatických podmínkách střední Evropy (v Praze). Obě zkoumané budovy jsou pasivní domy, vybavené nuceným rovnotlakým větracím systémem se zpětným získáváním tepla. Pro obě budovy byl v prostředí Matlab – Simulink sestaven nestacionární tepelný model a model proudění vzduchu. Rodinný dům byl modelován jako jediná teplotní a tlaková zóna. V případě bytového domu bylo každé podlaží s byty a schodišťový prostor modelováno jako samostatná tlaková zóna. Vzájemné propojení tepelného modelu a modelu proudění využívá iterační postupy – odlišné v případě jednozónové a vícezónové budovy. Potřeba tepla na vytápění obou budov byla počítána opakovaně, v závislosti na vzduchotěsnosti obálky budovy (různé hodnoty n50 od 0 do 1 h-1). Uvažovaly se různé kombinace rozložení netěsností po ploše obálky budovy, stínění budovy proti větru a vzduchotěsnosti vnitřních konstrukcí. Potřeba tepla na vytápění se znatelně zvyšuje s rostoucí průvzdušností obálky budovy. Nárůst je vyšší v případě bytového domu (o 3 kWh/(m2a) při zvýšení n50 o 1 h-1 oproti 2 kWh/(m2a) v případě rodinného domu za stejných podmínek). Stínění proti větru a rozložení netěsností po ploše obálky významně ovlivňuje výsledky. Netěsnosti ve vnitřních konstrukcích potřebu tepla na vytápění bytového domu příliš neovlivňují. Podstatná je velikost netěsností v obvodových konstrukcích a jejich rozdělení po ploše obálky budovy. Šíření vzduchu mezi jednotlivými zónami (průtok vzduchu mezi byty dosahoval až 24 m3/h) by však mohlo negativně ovlivnit kvalitu vnitřního vzduchu, správnou funkci větracího systému a požární bezpečnost.