PREČO PODPORUJEME HODINOVÝ KROK

 

PREČO PODPORUJEME HODINOVÝ KROK

Doc. Ing. Peter Tomlein, PhD., SZ CHKT Šamorín

 

 Metodika výpočtu tepelnej bilancie potreby tepla pre budovy môže byť rôzna. Podľa vyhlášky č. 324/2016 Z.z. sa používa tzv. mesačná metóda, ktorá je založená na konštantnom teplotnom rozdiele medzi priemernou vonkajšou teplotou v danom mesiaci a vnútornou teplotou v budove. Mesačná metóda nedokáže vypočítať zobraziť rôznu potrebu tepla na vykurovanie a teplú vodu v priebehu dňa, mesiaca a vôbec nezobrazuje potrebu chladu v mesiacoch, kedy sa tiež vykuruje.

To je ale veľká nevýhoda z pohľadu tepelných čerpadiel, ktoré dokážu vykurovať, pripraviť teplú vodu i chladiť a ktorých spotreba, energetická náročnosť závisí od teplotných podmienok, v ktorých pracujú. To znamená, že pokiaľ v noci je chladnejšie, tepelné čerpadlá bežia v útlmovom režime a naopak cez deň pri vyšších teplotách zdroja tepla z okolia vyrábajú teplo v lepšom teplotnom režime, ktoré sa môže akumulovať.

Hodinová metóda, hodinový krok, umožňuje špecifickejší prístup k budove vyžadujúcej si vykurovanie i chladenie. To znamená, že teplotný rozdiel medzi priemernou vonkajšou teplotou v danej hodine v priebehu daného dňa a vnútornou teplotou v budove sa berie do výpočtu potreby tepla.

Vypočítať konkrétne rozdiely a porovnať výsledky medzi mesačnou a hodinovou metódou  bolo úlohou diplomovej práce Ing. Ivany Stančíkovej. Táto práca bola ocenená Zväzom ako najlepšia študentská práca za rok 2019, bola publikovaná v časopise TZB v roku 2019 a tiež dosiahla medzinárodné uznanie publikáciou v časopise REHVA 2020.

Hlavným cieľom diplomovej práce bolo využitie a preukázanie významu novej hodinovej metódy (norma EN ISO 52016-1) v porovnaní s bežne používanou mesačnou metódou. S pomocou softvéru Simulace 2018 s hodinovým krokom sú vypočítané energetické potreby na vykurovanie, chladenie a prípravu teplej vody. S využitím tepelného čerpadla podľa COP zodpovedajúceho daným teplotným podmienkam s hodinovým krokom bola vypočítaná energetická náročnosť modelového domu.

V diplomovej práci Ing. Ivany Stančíkovej je dokázané, že na určenie energetických nárokov budovy (teda potrieb energie) je na rozdiel od mesačnej metódy hodinová metóda presnejší spôsob. Rozdiel medzi potrebami na vykurovanie je až okolo 20 %. Taktiež mesačná metóda nie je schopná presne popísať potreby budovy na chladenie. Hodinová metóda podrobne analyzuje prevádzku v budove t.j. slnečné a vnútorné zisky, vetranie a najmä akumuláciu tepla. Ďalej veľkým rozdielom je výkonový režim zdroja tepla, kde je taktiež preukázaný výrazný rozdiel medzi použitými metódami.

Obrázok  Výsledné krivky tepelných výkonov 18. októbra 2017 v Hurbanove podľa mesačnej a hodinovej metódy. Potrebný tepelný výkon vypočítaný mesačnou metódou je znázornený rovnou žltou čiarou. Potrebný tepelný výkon vypočítaný hodinovou metódou je znázornený rovnou zelenou čiarou. Potrebný chladiaci výkon je znázornený modrou čiarou

 

Na obrázku je vidieť, že tepelný výkon vypočítaný mesačnou metódou znázornený rovnou žltou čiarou nevie ukázať rozdielnu potrebu tepelného výkonu v priebehu dňa. Tým neumožňuje optimalizáciu prevádzky tepelného čerpadla vo zvýhodnenom teplotnom režime v priebehu dňa s potenciálnou akumuláciou tepla a vôbec nie je identifikovaná potreba chladenia. Naopak hodinová metóda vyhodnotí potrebu tepelného výkonu s hodinovým krokom, umožňuje tak optimalizáciu prevádzky tepelného čerpadla v priebehu dňa a naviac vypočíta aj potrebu chladenia, ktorá sa ukázala v dome v Hurbanove ešte 18. októbra 2017.

 

Energetické nároky a energetická náročnosť

Rozdiel medzi potrebami energie na vykurovanie a chladenie modelového domu vypočítaných hodinovou a mesačnou metódou dosahuje hodnotu až okolo 20 %. Postup s hodinovým krokom výpočtu je presnejší, flexibilnejší, pričom nepotrebuje oveľa viac vstupných údajov. Hodinová metóda podrobne analyzuje slnečné a vnútorné zisky, vetranie a najmä akumuláciu tepla, ktorá je zohľadnená v stavebnej konštrukcii budovy, v nábytku a zariadení v miestnosti a aj vo vzduchu. Mesačná metóda podľa STN EN ISO 13790 s adaptačným faktorom poskytuje hrubý odhad založený na konvenčných predpokladoch, ktoré môžu v niektorých prípadoch vyhovovať, ale neumožňujú detailnejšie optimalizovať riešenia s tepelným čerpadlom. Hodinová metóda, hodinový krok, umožňuje detailnejší prístup k budove vyžadujúcej si vykurovanie i chladenie. Pri mesačnom výpočte je problematické skontrolovať aj potrebu chladenia v mesiacoch, kedy sa ešte vykuruje.

Najnižšia hodnota spotreby primárnej energie je preukázaná pomocou hodinového spôsobu výpočtu. Tento princíp je vhodný pre tepelné čerpadlá, pretože presnejšie zohľadňuje výpočet s odpovedajúcim COP vo vzťahu k vonkajším teplotám pre každú hodinu v roku. COP sa vypočíta na každú hodinu a závisí od miery zaťaženia a teploty nízkopotencionálneho zdroja tepla.

Obrázok Porovnanie energetických nárokov v kWh/m2 za rok vypočítanej mesačnou a hodinovou metódou. Na obrázku vidieť nielen nižšie energetické nároky vypočítané hodinovým krokom (modrou farbou, ale tiež nároky na chladenie (zelenou farbou) v apríli, máji, septembri, októbri, ktoré pri použití mesačnej metódy (fialová) ostali skryté.

Tabuľka  Výsledne porovnanie energetickej náročnosti budovy vypočítaná hodinovou a mesačnou metódou pre tepelné čerpadlo a elektrický kotol so zaradením budovy do energetickej triedy  

Podľa tabuľky dom s tepelným čerpadlom je zaradený vo vyššej energetickej triede na rozdiel od domu s elektrickým kotlom, ktorý posúva dom do triedy B bez ohľadu na spôsob výpočtu.

Je zrejmé, že elektrické vykurovanie nebude môcť byť používané, ak budeme chcieť budovu zaradiť do energetickej triedy A0, pokiaľ sa neskombinuje elektrický kotol s FV panelmi respektíve s krbom, ktorý sa však v bežnom živote väčšinou nepoužíva.

 

Posun budovy do A0

Budovu s tepelným čerpadlom môže aj mesačná metóda posunúť do energetickej triedy A0 podľa tepelnej ochrany danej budovy a druhu tepelného čerpadla, ak sa použije tepelné čerpadlo zem/voda alebo voda/voda. Ak sa použije tepelné čerpadlo vzduch/voda, nemusí byť posun budovy automaticky do triedy A0.

Použitím hodinovej metódy sa budova pôvodne s plynovým kotlom zaradená v energetickej triede A1 po nahradení tepelný čerpadlom posúva do triedy A0 a to aj bez započítania prínosu s rekuperácie respektíve z FV panelov.

 

Hodinová metóda je dôležitá

Rozdiel medzi mesačnou a hodinovou metódoupri výpočte energetických nárokov (potrieb energie) je významný, zníženýaž o takmer20%.Veľkým prínosomhodinovej metódyje aj zviditeľnenie nárokov nachladenie, ktoré mesačná metóda nedokáže presne popísať. Hodinový spôsob výpočtu energetickej náročnosti (spotreby primárnej energie) je oproti výpočtu pomocou vyhlášky mesačnou metódou nižšío 15% a oproti výpočtu s SCOP takmer o 13%.

Použitím hodinovej metódy sa dosiahne:

  1. optimálne návrhvýkonuzdroja tepla.
  2. Splnenie požiadaviek na vykurovanie, chladenie a teplú vodu zvoleného domu v mnohých nízkoenergetických domochtepelnýmčerpadlom s priamym posunutímbudovydo energetickej triedy A0, prípadne so započítaním rekuperácie.
  3. Hodinová metóda je výhodnejšia pre tepelné čerpadlá pretože sa presnejšie zohľadňuje výpočet COP.  Toto COP sa počíta každú hodinu a závisí od miery zaťaženia a teploty zdroja.
  4. Hodinovámetóda je výhodnejšia aj na dimenzovanie fotovoltiky pre vlastnú spotrebu. Ak budova vyrobenú energiu nevie spotrebovať, pri nezabezpečenom odbere predimenzovanie je pre investora finančne značne nevýhodné.

 

Záver

Uvedené výsledky a spôsob určovania ako energetických nárokov, tak aj energetickej náročnosti s hodinovým krokom sú prínosom k spresňovaniu požiadaviek na vykurovanie, chladenie, ohrev vody a výrazne pomáhajú pri správnom projektovaní technických zariadení budov predovšetkým tepelných čerpadiel s prípadným využitím fotovoltickej elektriny. Hodinová metóda, hodinový krok, umožňuje špecifickejší prístup k budove vyžadujúcej si vykurovanie i chladenie. Úlohou do budúcnosti bude zdokonaľovanie metodiky výpočtu, spresňovanie a automatizácia výpočtu a postupné zavádzanie do praxe.

„Tepelné bilancie tepelných čerpadiel hodinovou metódou“

 

Diplomová práca na tému Ivany Stančíkovej dostala ponuku na publikáciu príspevku v časopise REHVA od pána Jaap Hogelinga predsedu EPB centra a tiež predsedu CEN TC 371 pre normy EPBD

Literatúra

Ivana Stančíková: Tepelné bilancie mesačnou a hodinovou metódou. Diplomová práca, STU SjF, ÚESZ Bratislava, 2019. Výsledky publikované v TZB 2019 a v REHVA 2020. Vyhodnotená SZ CHKT ako najlepšia študentská práca za rok 2019.

Správy SZ CHKT: 7/2019

Veľké tepelné čerpadlá. Papiernička, medzinárodná servisná konf. SZ CHKT november 2019.

 

Viac informácií nájdete v časopise Správy 02/2020