Číslo 4/2017

Příspěvek se zabývá použitím skleněných rastrů s úhlově selektivní propustností slunečního záření pro snížení potřeby energie na vytápění v zimním a potřeby energie na chlazení v letním období v kancelářské budově. V rámci vývoje energeticky aktivního lehkého obvodového pláště byly experimentálně stanoveny optické charakteristiky trojskel se dvěma druhy optických rastrů (čelního asymetrického, symetrického převráceného), konvenčního trojskla s čirými skly a trojskla se zasklením s protisluneční ochranou. Charakteristiky byly použity jako vstupní informace pro celoroční simulaci typické kanceláře s uvažovanou skladbou lehkého obvodového pláště v podmínkách České republiky v různých orientacích fasády. Simulace byla provedena v prostředí TRNSYS a dosažené výsledky ukazují, že optické rastry mohou přinést energetické úspory jak při chlazení, tak při vytápění.

Článek hodnotí vliv proudění vzduchu přes průvzdušnou tepelnou izolaci na hodnotu součinitele prostupu tepla. Pomocí CFD simulace je hodnoceno několik variant obvodového pláště sezónního zásobníku tepla. Model je validován pomocí dat získaných na teplovodním zásobníku o objemu 1082 m3. Simulace jsou provedeny v programu ANSYS FLUENT. Výsledky simulací ukázaly, že vliv na součinitel prostupu tepla má zejména přítomnost dutin v tepelné izolaci. Naopak vlastní vliv průvzdušnosti tepelné izolace je mnohem menší.

Tepelný tok podlahou na zemine výrazne ovplyvňuje tepelnú stratu celej budovy. Dnes dostupné programy využívajúce numerické metódy sú schopné určiť časový priebeh tepelného toku akoukoľvek konštrukciou. Keďže je však v prípade konštrukcií v styku so zeminou nutné brať do úvahy veľkú trojrozmernú oblasť, sú výpočty v týchto nástrojoch zdĺhavé a náročné na výpočtový výkon. Kvôli zrýchleniu simulačných výpočtov nahradzujeme referenčný numerický 3D model prenosu tepla cez podlahu na zemine náhradným zjednodušeným 1D modelom. V príspevku sa snažíme zistiť, či je zjednodušený model prenosu tepla cez podlahu na zemine vytvorený podľa publikácie [1] možné implementovať do zjednodušeného tepelného modelu celej budovy. Jednoduchá modelová budova v tvare kvádra s rozmermi 7×7×2,5 m je vystavená časovým zmenám teploty vonkajšieho vzduchu behom modelového roku. Referenčný 3D FEM model budovy a bloku zeminy bol vytvorený v prostredí COMSOL Multiphysics [2]. Zjednodušený 1D model tej istej budovy bol vytvorený v prostredí Matlab [3] a Simulink [4]. Boli porovnávané potreby tepla na vykurovanie (týždenné a mesačné úhrny) z referenčného a zjednodušeného modelu. Navrhnutý zjednodušený model budovy poskytoval výsledky v dostatočnej presnosti pre predbežné zhodnotenie návrhu budovy pri výraznej úspore času na výpočet.

Příspěvek popisuje možnosti využití počítačové simulace v prostředí TRNSYS při vývoji a optimalizaci solárního systému s tepelným čerpadlem a jeho hlavních komponent: tepelného čerpadla, kombinovaného zásobníku tepla a solárního hybridního fotovoltaicko-tepelného kolektoru. Kromě standardní optimalizace návrhu velikosti komponent (výkon tepelného čerpadla, objem akumulačního zásobníku, plocha solárních kolektorů) pro zamýšlený odběr tepla pro vytápění a přípravu teplé vody v daných klimatických podmínkách byla počítačová simulace použita pro validaci matematických modelů komponent jejich experimentálním testováním a následně pro jejich energeticko- -ekonomickou optimalizaci (velikost teplosměnných ploch výměníků tepelného čerpadla, velikost solárního výměníku a výměníku pro přípravu teplé vody integrovaných v zásobníku tepla, tloušťka tepelné izolace v solárním kolektoru apod.).

Příspěvek se zabývá návrhem a optimalizací mikroklimatizační jednotky pro systém osobního větrání s individuální úpravou teploty vzduchu Peltierovými články. Mikroklimatizační jednotka je určena pro umístění ve dvojité podlaze velkoprostorové kanceláře. Podklady pro optimalizaci byly získány CFD simulacemi v programu COMSOL Multiphysic. Simulace testovaly chování jednotlivých součástí jednotky při různých výkonech Peltierových článků jak při módu chlazení, tak vytápění, a v několika režimech proudění vzduchu jak uvnitř jednotky, tak okolo vnějších chladičů Peltierových článků. Výsledky simulace byly validovány měřením na prototypu jednotky.

Uživatelé budov patří mezi obtížně předvídatelné a zároveň významné faktory ovlivňující energetickou bilanci budov. Pro energetické simulace jsou zapotřebí vstupní data týkající se uživatelů budov s odpovídajícím časovým krokem a rozlišením. Tento příspěvek prezentuje metodu generování deterministických profilů obsazenosti a vnitřních zisků. K vygenerování profilů jsou zapotřebí pouze dva vstupní parametry – podlahová plocha a objem vnitřního vzduchu. Je použit přístup „odspodu“ – profily vychází z tepelné produkce jednotlivých zdrojů tepla a jejich předpokládaného využití v čase. Odvození přednastavených dat a algoritmus generování profilů je popsán v textu. Byl vyvinut nástroj pod aplikací Excel umožňující vygenerování hodinových profilů obsazenosti, vnitřních zisků a větrání pro následující typy budov: rodinné domy, bytové domy, kancelářské budovy, školy a obchody. Výstupy jsou ukázány na případové studii. Díky pouhým dvěma vstupním údajům je snadné profily vytvořit a jsou tak dobře použitelné i v úvodní fázi projektu, kdy bývá nedostatek podrobných vstupních dat.

Spotřeba energie v obytných budovách závisí na aktuálním stavu fondu budov. Kromě vnějších podmínek ovlivňují budoucí spotřebu energie dva základní faktory – technické požadavky na nově stavěné budovy a intenzita rekonstrukcí stávajících staveb. Příspěvek prezentuje metodu, která integruje obě strategie do jednoho dynamického modelu. Základními výstupy jsou množství rekonstruovaných budov a spotřeba energie v celém fondu budov. Model dovoluje vyčíslit tyto výsledky podle kvality nově stavěných budov a zároveň lze zadat i strategii pro druhou možnost snižování energetické náročnosti budov, a tou je rekonstrukce stávajícího fondu budov. V případě rekonstrukce jsou klíčovými parametry pro rozhodování vlastníků budov ceny energií a velikost dotace. Snížení cen energií změní finanční výnos z projektu a v návaznosti na to ovlivní rozhodování vlastníka o rekonstrukci budovy. Model vychází ze systémové dynamiky a dovoluje nastavit velké množství okrajových podmínek pro simulace. Dalším výstupem je citlivostní analýza vstupních parametrů, které podstatně ovlivňují rozhodování vlastníků o rekonstrukcích stá vajícího fondu budov.

Důležitým údajem pro energetické simulační výpočty budov je znalost vnitřních tepelných zisků od osob vykonávajících určitou činnost. Nejčastěji používaným podkladem u nás je česká norma pro výpočet tepelné zátěže klimatizovaných prostorů, která vychází z hodnot uvedených v ASHRAE a značně zjednodušuje např. výpočet produkce tepla od dětí. Výpočet na základě tepelné bilance prezentuje produkci citelného a vázaného tepla od osob v závislosti na věku, fyzických proporcích, druhu činnosti a tepelně-vlhkostních podmínkách v prostoru. Výsledky výpočtů jsou porovnány s údaji prezentovanými v dostupné literatuře včetně uvedení poměru mezi konvektivní a sálavou složkou tepelného toku. Konečným cílem analýz je stanovit tepelný tok od dětí jako vstupní údaj pro energetické simulační výpočty školských budov.