Výsledky měření vybraných ukazatelů vnitřního prostředí v budově experimentálního rodinného domu

Datum: 30.4.2012  |  Autor: Ing. Martin Lopušniak, PhD., Ing. Anna Vašková, Technická univerzita SvF Košice  |  Recenzent: doc. Ing. František Kulhánek, CSc., stavební fakulta ČVUT Praha

Článek popisuje první výsledky široce založeného projektu, zaměřeného na minimálně tříleté sledování rozsáhlého spektra údajů, zahrnujících energetickou efektivnost budovy, kvalitu jejího vnitřního prostředí a tepelně vlhkostní bilanci stavebních konstrukcí. Měření probíhá na jednopodlažním nepodsklepeném experimentálním rodinném domě s plochou střechou, označovaném jako NED FIAMO.

Úvod

V rámci operačného programu Výskum a vývoj a projektu OPVaV-2008/2.2/01-SORO „Architektonické, konštrukčné, technologické a ekonomické aspekty navrhovania energeticky efektívnych budov“ prebieha výskumná úloha. Účelom výskumnej úlohy je pravidelné minitorovanie a vyhodnocovanie vybraných ukazovateľov vnútorného prostredia rodinného domu v stave užívania a celoročného monitoringu prevádzky. Cieľom je po dobu minimálne 3 rokov užívania budovy vyhodnocovať vhodnosť a efektívnosť navrhnutých a zrealizovaných architektonických a konštrukčných riešení, ako aj sústav techniky prostredia v rodinnom dome, s cieľom overiť návrh z hľadiska energetickej efektívnosti budovy, z hľadiska prevádzky sústav techniky prostredia budovy, ako aj z hľadiska tepelno vlhkostnej bilancie stavebných konštrukcií a prostredia budovy. Výsledkom by mala byť optimalizácia návrhu riešenia, vyhodnotenia dlhodobých experimentálnych meraní pre dosiahnutie ekonomickej, energetickej, technologickej a konštrukčnej efektívnosti.

Energetická bilancia experimentálneho rodinného domu

Kľúčovým prvkom pri navrhovaní energeticky efektívnych budov sú v prvom rade tepelnotechnické vlastnosti obalových konštrukcií, riešenie kritických detailov stavebných konštrukcií, vzduchotesnosť obalových konštrukcií, ako aj návrh komponentov a následná prevádzka sústav techniky prostredia (užívateľský režim). Tepelnotechnické vlastnosti jednotlivých obalových konštrukcií, plošné ukazovatele a energetická náročnosť budovy sú uvedené v tabuľke 1. [1,3,4,5].

Tabuľka 1: Základné údaje o budove
Energetická náročnosťTepelnotechnické parametre obalových konštrukciíPlošné ukazovatele [m2]
KonštrukciaU [W/(m2K)]
Metóda výpočtuPHPP – mesačná metóda,
výpočet podľa STN EN ISO 13790 [2]
Strešná konštrukciaUmax = 0,106 / 0,075*Zastavaná plocha134
E2 [kWh/(m2.rok)]22Podlaha na teréneU = 0,172Úžitková plocha domu84,2
Transparentné konštrukcieUw,max = 0,8 Úžitková plocha garáže19,8
Obvodový plášťU = 0,122
* skladba 1, hr. tepelnej zolácie 320 mm / skladba 2.

Experimentálny rodinný dom

Experimentálny rodinný dom predstavuje jednopodlažný, nepodpivničený samostatne stojaci rodinný dom s plochou strechou. Charakteristickým znakom budovy sú transparentné plochy, orientované na juh, zabezpečujúce tepelné zisky zo slnečného žiarenia; projektovaný počet osôb v budove: 3 osoby; lokalita Košice–Krásna; veterná oblasť: 2, teplotná oblasť: 2, vonkajšia teplota – 13,0 °C, (podľa STN 73 0540-3 [1].).

Obr. 1. Experimentálny rodinný dom – pohľad
Obr. 1. Experimentálny rodinný dom – pohľad

V experimentálnej budove je inštalovaná vzduchotechnická jednotka DUPLEX RB 730/440 s výkonom 3 kW, určená pre dvojzónové cirkulačné teplovzdušné vykurovanie a súčasne pre vetranie so spätným získavaním tepla (stredná účinnosť rekuperátora 85 %). Inštalácia horného distribučného rozvodu vzduchu zaisťuje súčasne primárny cirkulačný okruh vykurovania a vetrania obytných miestností rodinného domu a zároveň sekundárne oddelené odvetranie sociálneho príslušenstva. Vzduchotechnická jednotka pracuje podľa ročného obdobia, resp. podľa aktuálnej potreby užívateľa v piatich základných režimoch:

  • rovnotlaký vykurovací režim: celoročne – nv = 0,15–0,5 [1/h];
  • cirkulačný vykurovací režim: vykurovacie obdobie – nv = 0,15–0,5 [1/h];
  • cirkulačný vykurovací režim: vykurovacie obdobie bez vetrania – nv = 0;
  • vetrací režim: podtlakový letné a prechodné obdobie – nv = 0,15–0,5 [1/h];
  • vetrací režim: pretlakový letné obdobie – nv = 1,0–1,8 [1/h].

Distribučný systém teplovzdušného vykurovania a vetrania inštalovaný v rodinnom dome, má pre účely experimentálneho výskumu oddelený nezávislý dolný distribučný rozvod prívodu vzduchu a samostatný horný distribučný rozvod prívodu vzduchu (Obr. 2., 3.).

Obr. 2. Teplovzdušné vykurovanie a vetranie – výustka pre dolný prívod vzduchu (vľavo) a výustka pre horný prívod vzduchu (vpravo).
Distribučný systém s dolným prívodom vzduchuDistribučný systém s horným prívodom vzduchu Obr. 3a, b. Distribučný systém s dolným prívodom vzduchu (vľavo) s horným prívodom vzduchu (vpravo).

Všeobecný trend pri výstavbe energeticky efektívnych budov je inštalácia systému s dolným prívodom vzduchu, snahou tohto experimentálneho zámeru je overiť a poukázať na možnosť použitia systému s horným prívodom vzduchu, predpokladom sú tieto možné výhody uvedené v tabuľke 2.

Tabuľka 2: Porovnanie horného a dolného distribučného systému prívodu vzduchu
Distribučný systém – horný prívod vzduchuDistribučný systém – dolný prívod vzduchu
nižšie počiatočné investičné nákladyVvyššie počiatočné investičné nákladyX
nižšia náročnosť technologického procesu pri realizáciiVvyššia náročnosť technologického procesu pri realizáciiX
možnosť zmeny polohy umiestnenia distribučného rozvodu po zabudovaníVbez možnosti zmeny polohy umiestnenia distribučného rozvodu po zabudovaníX
variabilita pri zmene dispozičného riešeniaVnevariabilita pri zmene dispozičného riešenia.X

Meranie in situ vo vnútornom prostredí experimentálnej budovy

Experimentálny rodinný dom je monitorovaný od uvedenia do užívania (r. 2009). Stav vnútorného prostredia je monitorovaný v hodinových intervaloch. Za účelom monitorovania vnútorného prostredia rodinného domu boli vybrané nasledujúce veličiny: teplota vnútorného vzduchu θai [°C], relatívna vlhkosť vnútorného vzduchu φi [%], koncentrácia CO2 [%], teplota vnútorných povrchov obalových konštrukcií θsi [°C]. V rovnakom časom intervale sa zaznamenávajú aj teplota vonkajšieho vzduchu θae [°C] a relatívna vlhkosť vonkajšieho vzduchu φe [%].

Schematické znázornenie rozmiestnenia snímačov v podoryse experimentálnej budovy
Obr. 3c. Schematické znázornenie rozmiestnenia snímačov v podoryse experimentálnej budovy (vľavo), zaznamenávané veličiny (vpravo).
č. sním.veličinasnímač
1θai [°C]zabudovaný teplotný senzor
digitály Microwire
2θai [°C]
φi [%]odporový snímač Pt1000/3850ppm
θai [°C]odporový snímač Pt1000/3850ppm
3 ; 4θai [°C]zabudovaný teplotný senzor
digitály Microwire
5 ; 6θai [°C]
7θai [°C]odporový snímač Pt1000/3850ppm
φi [%]
CO2 [%]Sensor CO2
(Spálňa – plocha = 15,9 m2 )
8θai [°C]zabudovaný teplotný senzor
digitály Microwire
9θai [°C]odporový snímač Pt1000/3850ppm
φi [%]
 

Čiastkové údaje uvedené v tomto príspevku (Obr. 4, 5, 6, 7.) boli analyzované za účelom overenia prípustných hodnôt koncentrácie CO2 v budove. Za týmto účelom bol použitý snímač koncentrácie CO2 vo vzduchu AHLBORN FYA600 – CO2 (s meracím rozsahom 0...2,5 % a výrobcom garantovanou presnosťou ±2 % z rozsahu, pracujúcom na IR–optickom princípe), ktorý bol umiestnený v miestnosti spálne, vo výške 0,45 m nad úrovňou podlahy (snímač č. 7). Koncentrácie CO2 v interiéri boli pre túto čiastkovú analýzu zaznamenávané v časových intervaloch 1 hodina (pre sledované obdobie 1. júla až 7. júla) 2010. Nasledujúce grafy (Obr. 4, 5, 6, 7.) znázorňujú merania in situ koncentrácií CO2 vybranej miestnosti (Obr. 4 znázorňuje hodnoty pre namerané koncentrácie CO2 [%] a limitnú hranicu koncentrácie CO2 podľa Pettenkoferovho kritéria).

Obr. 4aObr. 4b Obr. 4. Priebeh koncentrácie CO2 vo vnútornom vzduchu vo vybranej miestnosti, snímač č. 7 – spálňa, týždenný interval v letnom období (vľavo) a vybraný trojdňový interval uvedeného týždňa pre letné obdobie (vpravo).
Obr. 5
Obr. 5. Priebeh koncentrácie CO2 vo vnútornom vzduchu v zimnom období (1. 12. 2010 – 31. 12. 2010), vo vybranej miestnosti, snímač č. 7 – spálňa.
Obr. 6
Obr. 6. Priebeh koncentrácie CO2 vo vnútornom vzduchu v zimnom období (1. 1. 2011 – 31. 1. 2011), vo vybranej miestnosti, snímač č. 7 – spálňa.
Obr. 7
Obr. 7. Priebeh koncentrácie CO2 vo vnútornom vzduchu v prechodnom období (1. 3. 2011 – 31. 3. 2011), vo vybranej miestnosti, snímač č. 7 – spálňa.

Sledovaná miestnosť vo vybranom týždni letného obdobia vykázala prekročenie limitnej koncentrácie v určitých zaznamenaných intervaloch dňa (pozri Obr. 4). Maximálna hodnota zaznamenaná v interiéri počas exploatácie nedosiahla koncentráciu 0,15 % (všeobecne stanovenú pre pasívne domy – koncentrácia CO2 0,15 % – pre väčšinu osôb prijateľná). V zimnom období sa koncentrácia CO2 vo vnútornom vzduchu miestnosti spálne, počas celého sledovaného obdobia, pohybovala v rozmedzí 0,034 %–0,262 %. Limitná hodnota koncentrácie CO2 podľa Pettenkofera bola prekročená aj v zimnom období (Obr. 5, 6), avšak koncentrácia CO2 0,15 %, pre väčšinu osôb prijateľná, bola prekročená len v čase exploatácie budovy užívateľmi vo večerných a v nočných hodinách. Vyššie koncentrácie CO2 nad hodnotou 0,15 % počas dlhodobejšieho obdobia, poukazujú na obdobie Vianoc (Obr. 5, časový interval t 558–620 hod.). V prípadoch kedy bola koncentrácia CO2 vo vybranej miestnosti nad požadovanými hodnotami, ako je zrejmé z Obr. 5, 6, pre vybrané sledované zimné obdobie od 01.12.2010 do 31.01.2011, vetrací systém účinne znižuje koncentráciu na požadované hodnoty. Počas vybranej časti prechodného obdobia od 1. 03. 2011 do 31. 03. 2011 (Obr. 7) sa koncentrácia CO2 vo vnútornom vzduchu miestnosti spálne, pohybovala v rozmedzí 0,023 %–0,245 %, aj tieto namerané hodnoty poukazujú na skutočnosť, že vetrací systém aj pri krátkodobých vyšších koncentráciach účinne znižuje koncentráciu na požadované hodnoty, pri intenzívnom vetraní, až na hodnoty koncentrácie CO2 vo vonkajšom ovzduší. Uvedené výsledky sú len čiastkovým výstupom a sú predmetom ďalšieho výskumu a monitoringu prevádzky vybranej experimentálnej budovy rodinného domu v klimatických podmienkach východného Slovenska.

Záver

Pri bilancovaní potreby tepla a spotreby energií na vykurovanie, vetranie, klimatizáciu, prevádzku energeticky efektívnych budov a zabezpečenia celkového komfortného stavu vnútorného prostredia v súlade s nárokmi užívateľov, je potrebné rešpektovať aj požiadavku na potrebnú výmenu vzduchu, v nadväznosti na predpokladaný výskyt škodlivín vo vnútornom prostredí. Na základe čiastkových meraní uskutočnených v experimentálnom rodinnom dome koncentrácia CO2 0,15 % vo vnútornom prostredí užívanej budovy počas sledovaného najnepriaznivejšieho týždenného merania v letnom období nebola prekročená (limitná koncentrácia CO2 0,10 % podľa Pettenkofera bola prekročená v 3 dňoch sledovaného obdobia max. o hodnotu 0,026%). V zimnom období sa koncentrácia CO2 počas vybraného sledovaného obdobia pohybovala v rozmedzí 0,046 %–0,262 %, počas vybraného časového intervalu v prechodnom období v rozmedzí 0,023 %–0,245 %. Čiastkové výsledky merania koncentrácie CO2 poukazujú na fakt, že riadené vetranie pasívnych budov pozitívne ovplyvňuje koncentráciu CO2 vo vnútornom prostredí. Koncepcia sústav techniky prostredia, vetrania a vykurovania pri zvolenom distribučnom systéme je predmetom ďalšieho výskumu a vyhodnocovania.

Literatúra

  • [1] STN 73 0540-3: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Tepelná ochrana budov, Časť 3: Vlastnosti prostredia a stavebných výrobkov (Marec 2002).
  • [2] STN EN ISO 13790: Energetická hospodárnosť budov, Výpočet potreby energie na vykurovanie a chladenie (ISO 13790: 2008) (Máj 2009).
  • [3] STN 73 0540-1: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Tepelná ochrana budov, Časť 1: Terminológia (Marec 2002).
  • [4] STN 73 0540-2: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Tepelná ochrana budov, Časť 2: Funkčné požiadavky (Marec 2002).
  • [5] STN 73 0540-4: Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov, Tepelná ochrana budov, Časť 4: Výpočtové metódy (Marec 2002).
Poďakovanie

Príspevok vznikol vďaka finančnej podpore z prostriedkov štrukturálnych fondov EÚ, prostredníctvom Operačného programu Výskum a vývoj a projektu OPVaV-2008/2.2/01-SORO „Architektonické, konštrukčné, technologické a ekonomické aspekty navrhovania energeticky efektívnych budov“, s kódovým označením ITMS: 26220220050, ktorý je spolufinancovaný zo zdrojov ES.

 
Komentář recenzenta
doc. Ing. František Kulhánek, CSc., stavební fakulta ČVUT Praha
Článek popisuje první výsledky široce založeného projektu, zaměřeného na minimálně tříleté sledování rozsáhlého spektra údajů, zahrnujících energetickou efektivnost budovy, kvalitu jejího vnitřního prostředí a tepelně vlhkostní bilanci stavebních konstrukcí.
Měření probíhá na jednopodlažním nepodsklepeném experimentálním rodinném domě s plochou střechou, označovaném jako NED FIAMO.
Kontinuální experimentální ověření budovy probíhá od roku 2009, sleduje se především teplota a relativní vlhkost vnitřního vzduchu, v ložnici byla krátkodobě měřena i koncentrace CO2. Souběžně je sledována i teplota a relativní vlhkost venkovního vzduchu.
V článku je popsán systém teplovzdušného vytápěcího a větracího systému se zpětným získáváním tepla včetně pěti základních režimů provozu.
V závěru článku jsou uvedeny dílčí výsledky měření, týkající se koncentrace CO2 v ložnici. Výsledky získané v období jednoho týdne prokazují příznivý vliv použitého větracího systému na koncentraci CO2 v ložnici – koncentrace po celou dobu měření nepřesáhla hodnotu 0,15 %, která je všeobecně stanovená jako hraniční hodnota pro pasivní domy a je přijatelná pro většinu osob.
Článek seznamuje čtenáře se základními informacemi o probíhajícím zajímavém experimentu, měření koncentrace CO2 je opravdu třeba považovat za dílčí výstup projektu.


V Praze 24. 1. 2012 Doc. Ing. František Kulhánek, CSc.
English Synopsis
The results of measurements of selected indicators of the internal environment in the building of the experimental house

Concept of energy efficiency buildings provides provable reduction in consumption of energy in compliance with the required user’s comfort. Taking into the account the trend to minimize heat escape and heat loss and increase of the airtight buildings, the installation of controlled ventilation is one of the steps leading to the optimal sanitary requirements and the overall energy efficiency of buildings. Quality indoor environment of energy efficient buildings, as well as the maximum level of comfort in this case is a controlled ventilation system with heat recovery and hot air heating. This article presents partial monitoring in situ measurements of selected parameters of the indoor environment during the operation of the upper and lower distribution system of hot air heating and ventilation in the selected experimental building.

 

Hodnotit:  

Datum: 30.4.2012
Autor: Ing. Martin Lopušniak, PhD., Technická univerzita SvF KošiceIng. Anna Vašková, Technická univerzita SvF KošiceRecenzent: doc. Ing. František Kulhánek, CSc., stavební fakulta ČVUT Praha



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (žádný příspěvek, přidat nový)


 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czDřevěný hypermarket s nulovou uhlíkovou stopouTipy, jak ušetřit náklady při vytápění domuNové povrchové dekory pro vrata a dveře