Diskuze ke článku: Tvary budov z pohledu spotřeby tepla a chladu

TZB-info
Diskuzní fórum
Diskuze ke článkům
Diskuze ke článku: Tvary budov z pohledu spotřeby tepla a chladu

Redakce @redakce před 16 roky

Plné znění článku: Tvary budov z pohledu spotřeby tepla a chladu

Anotace článku: Jak ovlivní geometrie objektu energetickou náročnost? Existuje jiný ukazatel (koeficient) geometrie stavby, než je současně používaný faktor tvaru FT=A/V?

Vkládání nových příspěvků je dostupné pouze pro přihlášené uživatele

Registrovat

Nejnovější příspěvky

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.spor

Na solární zisky nepotřebujete argonové trojsklo. Naopak - mnohem vyšší budou v případě jednoduchého skla.

před 16 roky

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.spor

Zasklení s U = 0,5 rozhodně fikce není. Máte-li dostatek peněz, je možné jít na ještě podstatně nižší hodnoty, např.…

před 16 roky

PL Petr Lukáš @petr.lukas448

Na to, zda je to velký barák a jak dobrý má tvar, mi stačí vědět 2 čísla: (A/V) a jeho plochu v m2. To se určitě…

před 16 roky

38 odpovědí

Zobrazit všechny reakce

PL Petr Lukáš @petr.lukas448 před 16 roky

Dle mého je ukazatel A/V dostačující, jen je třeba brát v úvahu, co znamená, a důsledky!

A/V u krychle o straně limitující délkou k nule = 6/0 = nekonečno
A/V u krychle o straně limitující délkou k nekonečnu = 6/nekonečno = nula

A skutečně tedy platí, že krychle není jako krychle. Čím větší krychle, tím je energeticky úspornější! To si snad kromě p. Kotka uvědomuje i malý školák, a proto se např. v polárních oblastech vyskytují jen těžší zvířata, jelikož ta drobnější by s ohledem na nevýhodné A/V rychle zmrzla.

Brát v úvahu plochu zasklení!?
Na co?
PROČ PROBOHA?
Z pohledu hodnocení energetické náročnosti budov má smysl se zabývat POUZE A JEN celkovější energetickou bilancí budovy, minimálně duem "vytápění + osvětlení".
Vysvětlím... Za jistých okolností se vyplatí specifické budovy s vysokým podílem klimatizace (jak tepla, tak chladu), navrhovat ZCELA BEZ PROSKLENÍ (které je nejslabším místem z pohledu tepelné izolace). A to i za cenu toho, že v nich musíte praktikovat umělé osvětlení neustále - např. supermarkety, velké výrobní haly, open-space kanceláře... Pak se logicky nabízí otázka, zda je lepší bezokenní koncepce budovy - u níž sice ušetřím na klimatizační energii, ale musím vynaložit dodatečnou energii na osvětlení. A nebo je lepší vytěžit co nejvíce možnost přirozeného osvětlení, byť za cenu vyšších tepelných ztrát i investičních nákladů.

Pokud už by do toho chtěl někdo "montovat" prosklení, musel by brát v úvahu i orientaci oken (to hlavně), jejich možné clonění (zamezení přehřívání v létě), apd... I tak by to podle mě nemělo moc praktický smysl. Pitvá se popitvané...

Menší příklad:
Uvažujme 5podlažní budovu ve tvaru krychle 15x15x15m.
Stěny, střecha a podlaha budou mít Us=0,4W/m2.K, okna budou mít Uo=1,1W/m2.K, budova v prosklené variantě má v obvodových stěnách 75%ní prosklení. Energetickou spotřebu osvětlení uvažujme na úrovni Pmo=4W/m2 (moderní zářivky). TZ počítejme pro venkovní teplotu -15 stC. a vnitřní výpočtovou teplotu 20st.C. Pro jednoduchost předpokládám teplotu základové země na úrovni venkovní teploty.

A/V= 6/hrana = 6/15 = 0,4!

VYTÁPĚNÍ A KLIMATIZACE:
Budova bez oken:
tepelná ztráta = vnější plocha x Us x dT = 6x15x15x0,4x35 = 18,9kW ~ otop=32130kWh/rok; klima=10710kWh/rok
Budova s okny:
tepelná ztráta = vnější plocha x Us x dT = (3x15x15x0,4+3x15x15x1,1)x35=35,4375kW ~ otop=60244kWh/rok;; klima=20081kWh/rok

OSVĚTLENÍ (4,5kW ~ cca 22-23ks 40W zářivek na 1 podlaží):
Budova bez oken (t = 24 hodin denně):
Energie na osvětlení = užitná plocha x Pmo x t = 5x15x15x4x24x365 = 39420 kWh
Budova s okny (t = 12 hodin denně):
Energie na osvětlení = užitná plocha x Pmo x t = 5x15x15x4x12x365 = 19710 kWh

CELKEM:
Budova bez oken: cca 82260kWh/rok
Budova s okny: cca 100035kWh/rok

Kdybych uvažoval, že 1 kWh energie na osvětlení bude 2x dražší než na 1 kWh energie na otop, pak jsou teprve náklady víceméně srovnány!
Vývin tepla osvětlením ve vztahu k vytápění/klimatizaci považuji za víceméně energeticky neutrální - v zimě ztrátové teplo z osvětlení přispívá k nižší potřebě otopu, v létě zase k vyšší náročnosti klimatizování.

IK Ing.Petr Kotek @ing.petr.kotek před 16 roky

PL Petr Lukáš @petr.lukas448Velice se mi libí vaše přirovnání k polárním zvířatům, které příroda obohatila značnou tloušťkou tepelné izolace (tuk+kožich) a ještě mají podle vás vhodné A/V (podle vás malí polární zajíci neexistují :-). Nevím ale, jak by se tato polární zvířata cítila v našem podnebí nebo dál na jihu. Když zasvítí slunce, tak zvíře reguluje svojí tepelnou stabilitu vypláznutím jazyka a tím se uchladí. Víc toho bohužel zvíře nedokáže. Pokuste se zamyslet nad tím, jaké A/V mají zvířata na jihu, kde praží slunce a vypláznutý jazyk jim již nestačí. Analogie budov ke zvířatům se mi líbí, protože to pochopí opravdu i školák a budu jí dál používat :-) Větší objekty vypláznou jazyk neumí a proto je musíme uchladit jinak!

Prosím vás přečtete si můj článek ještě jednou a pozorně. Nikde jsem netvrdil, že velká budova není energeticky úspornější než malá. Tvrdíte něco, co jsem nenapsal!! Koeficienty FT,RC či RWC jsou pouze koeficienty znázorňující tvar. Taky netvrdím, že kostka NENÍ z pohledu tepelných ztrát a i spotřeby tepla (jen u malého % zasklení) „nejúspornější tvar“. Na mých grafech si u menšího % zasklení všimněte mírné konvexnosti (kopeček dolu) u kostky (RCW=1.5). ANO z pohledu měrného tepelného výkonu je kostka stále NEJ (nej by byla koule), ale z pohledu ročních spotřeb tepla už ne a už vůbec né z pohledu chladu.

Nevím dále, jak by na váš nápad NAVRHOVAT KANCELÁŘSKÉ OBJEKTY BEZ PROSKLENÍ reagovali architekti. Tomu se mohu jen pousmát. Sám jsem (jako brigádník) s architekty jeden čas spolupracovat jako energetik a jim to prostě nevysvětlíte. Prosklívají co se dá a někdy jim musím dát za pravdu. Nerad bych pracoval „v krabici“ s lampičkou (i když úspornou) bez denního venkovního světla a kontaktu s okolím. V současné době se musí architekty navrhované budovy chladit například již od 5C exteriérové teploty. I kancelářské budovy bez oken by jste musel chladit z důvodů vyšších vnitřních tepelných zisků (jedna ze složek této vnitřní zátěže by bylo i osvětlení). Z vlastní zkušeností to mohu říct i o velkých obchoďácích (bez zasklení) typu IKEA – chladíte,topíte, svítíte.

Pokud si přečtete pozorně můj článek ještě jednou, tak se tam dočtete, že i orientace oken s různou plochou zasklení byla brána v úvahu a ve výsledcích to je zahrnuto. Nicméně připravuji další článek, kde je vliv orientace a plochy zasklení polopatičtěji vysvětleno.

Nemohu souhlasit s vašimi zjednodušenými výpočty spotřeb energií. Například staré zjednodušené výpočty denostupnovými metodami jsou zavádějící, protože neuvažují solární zisky v průběhu roku a akumulaci v kcích (pouze jakýmisi konstantami). Toto dynamické simulace zohledňují. Dynamické simulace zohledují vliv vnějších tepelných zisků od slunce (v hodinové databázi jsou W/m2 sluneční radiace – přímá a difusní) a ty snižují tuto spotřebu. Výpočet chladu je u nás v ČR zatím v plenkách a tedy vysvětlit proč to tak je, je na více článků, přednášek, publikací. (zajímalo by mě, jak jste došel k vašemu číslu KLIMA=XXX kWh). Připravuji o této problematice samostatný internetový portál, kde budu pružněji vysvětlovat danou problematiku – odkaz sem dám časem až bude komplet hotov.

A proč se mi nelíbí A/V? Vemte si například desky energetického auditu nebo grafickou podobu průkazu energetické náročnosti budov (anebo i ene.štítek). Je tam napsané A/V a ted člověk neví, jestli je to velký barák nebo je energeticky úsporný díky vhodnému tvaru. Jde mi o to, aby když člověk uvidí na deskách koeficient (třeba můj RCW), tak by hned věděl – ano je to tvarově optimalizovaný objekt, protože má vysoký RCW a nemusím se trápit nad tím, jaký má tento objekt objem, protože by RCW bylo pro všechny stejné. Pro samotné stanovení spotřeb energií to roli pak pochopitelně hraje.

Když se ještě vrátím k přirovnání ke zvířatům. V současné době objekty zateplujeme jak to jen jde a vytváříme tím stále mocnější tlouštku podkožního tuku a balíme objekty do kožichu. Tím ale znemožňujeme schopnost zdi do sebe naakumulovat přes noc v přechodném období a letních měsících chlad a roste nám tak spotřeba chladu vyrobeného klimatizací. Existuje tedy jakési návrhové optimum tloštky tepelné izolace z pohledu spotřeby tepla a chladu, které jsme schopni dostat pouze z dynamických simulací. Toto je další článek, který mám již sepsaný.

Na závěr. Teď jsem shlédl na ČT2 pořad National Geographic o afrických slonech (nejobjemnější zvíře planety - podle vás s vhodným A/V) a koukal se na to jinýma očima. Sloni jazyk nevyplazují, aby se uchladili. Asi mají důmyslnější vnitřní chlazení. Zároveň si nedokážu představit slona mezi polárními medvědy. Naše přirovnání ke zvířatům je asi nevhodné :-)

BV Bohuslav Vintr @bohuslav.vintr235 před 16 roky

Potřebné a přínosné téma ke zkoumání. Jsem velmi příjemně překvapen, že se jedná o dynamickou simulaci podle skutečného průběhu teplot a slunečního záření po hodinových krocích. Na druhou stranu jste si tím možná "ukrojil moc velký krajíc". Asi by to bylo téma na několik diplomových prací. Jak sám píšete, vlivů je mnoho a zvlát když se uvažují solární zisky, nabízí se (námátkou): nepříznivý souběh solárních a vnitřních zisků (vaření) kolem poledne, u zasklení hodnoty korekčních činitelů stínění a clonění, vliv akumulace kcí, poměr U průsvitných a neprůsvitných kcí, stínění pasivní (přesah) a aktivní (žaluzie) a chování uživatelů (žaluzie), jak velké kolísání vnitřní teploty považujeme za ještě přijatelné (čím přesněji budeme chtít teplotu udržet, tím na to bude potřeba energie).
Nejprve k okrajovým podmínkám: To, že nejsou (nebo jen neúplně) uvedeny dosti snižuje vypovídací schopnost výsledků. Nejlépe jak slovně, tak číselně. Např. hodnoty U jsou posány jen vágně jako doporučené hodnoty dle ČSN 740540.. Pomiňme, že málokdo z čtenářů nosí tyto hodnoty v hlavě. Ona se také předmětná norma v poslední době několikrát změnila. Takže raději přidejte i číselné hodnoty. Vůbec ale nejsou zmíněny hodnoty stínění, clonění, případně rámu u zasklení, hodnota akumulace objektu, nebo fázový posun u neprůsvitných kcí. (raději opět slovně popisem kce i číselně). Všechny tyto hodnoty mají na výslednou potřebu energie vliv a určitě by bylo dobré zkoumat jejich vliv pro reálné často se vyskytující kce.
Ad realita: Když se podívám na soupis variant objektů, jsou některé opravdu příliš exotické. Chápu, že pro podchycení trendů je "nutné přehánět", ale přesto bych některé tvary vynechal (zbylých kombinací bude i tak mnoho). Ty kostičky jsou dobrý nápad, ale tak jak jsou s nejmenším modulem 3m moc omezují. Není možno nasimulovat mnoho běžně používaných detailů (např lodžie), ale ani prostý hranol (např. RC 0,9 a 0,84-nelze jednoduchý hranol, schází 1-3 kostky). Řešení vidím jedině zmenšení modulu na menší (navrhuji 1,5m) a v případě potřeby (zarovnání) další dělení několika potřebných kostek na menší díly a to i úhlopříčně pro možnost šikmin. Celkový počet kostek by mohl být menší, než 27*4=108 (třeba 64). Další možnost je pak netrvat na přesně stejném objemu (chyba u jedné kostky z 64 by byla jen 1,6%). Konečný výsledek je pak stejně energie vztažená na objem, takže skutečná chyba ještě daleko menší, než těch 1,6%.
Proč modul 1,5m: 2 moduly na výšku patra, 1,5 m hloubka lodžie, 1,5m podezdívka v podkroví, šikmina na sttřeše z úhlopříčně říznuté 1,5 m kostky, vikýř, apod.
Ad plocha zasklení: Jestliže chceme vyšetřit závislost energetické spotřeby na tvaru budovy, musí být ostatní parametry konst. Zde jde především o plochu zasklení. Ta musí být pro všechny objekty (o stejné kubatuře) stejná. Nemůže být udána jako procento zasklení z plochy obvodových stěn, potože to je proměnná. Pro objekty s hloubkou traktu do cca 5 m bývá zvykem pro přirozené osvětlení za dostatečnou plochu považovat 10% z podlahové plochy. Je to vlastně funkce objemu při uvažování běžné výšky patra 3m. Podívejte se na výsledky na obr. č.10. Plochý tvar má nelogicky nejlepší vlastnosti oproti kompaktní krychli. Podle mne je to způsobeno právě rozdílnou plochou zasklení.
Další věc k tomu plochému tvaru RC=0,69: U takových tvarů a zejména vetším modulu, než 3m bude pro prosvětlení nutno prosklení umístit i na střechu (nejspíš nějaké světlíky). Nemůžete tedy i z tohoto důvodu uvažovat prosklení jako % z obvodových stěn.
Velmi bych se přimlouval, aby pomocí těch kostiček byly vytvořeny segmenty budovy o největším rozměru 4,5m (opět násobek modulu 1,5m) v němž by vždy muselo být alespoň jedno okno (o celkové ploše 10% podlahové plochy). Tím by bylo zajištěno potřebné rozložení zasklení. Segment by byl vždy v provedení krajní, středový na zemině, to samé mezi patry, anebo pod střechou a také s sousedící bokem (celkem tedy 18 variant, jestli dobře počítám) a z těch by se skládal jakýkoliv objekt.

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.spor před 16 roky

BV Bohuslav Vintr @bohuslav.vintr235Smyslem článku není přesné stanovení potřeby energií, ale stanovení lepšího ukazatele geometrie staveb, než je stávající A/V, který zohlední (nebo alespoň umožní zohlednit) i velikost prosklenné plochy. Tento ukazatel slouží k rychlým odhadům, nikoli k přesným výpočtům potřeby tepla. Na to existují v článku uvedené nástroje, které žádný ukazatel geometrie nepotřebují, neboť se do nich zadává přesný tvar budovy. Pan Kotek tyto nástroje použil jen na ověření spolehlivosti jím vymyšleného ukazatele geometrie RCW. Proto pro podstatu článku (definování RCW) není nutné znát použité hodnoty U jednotlivých konstrukcí. Pokud by se ukazatel geometrie RCW osvědčil, není pak problém pomocí uvedených softwarových nástrojů vyrobit celou řadu křivek pro různě nastavené vstupní parametry. To ovšem není podstatou článku.

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.spor před 16 roky

Problematika zasklení je složitější, než článek zohledňuje. Vzhledem k tomu, že s klesající hodnotou U zpravidla klesá i hodnota g, nelze jednoduše předpokládat konstantní hodnotu U pro rozdílné hodnoty g. Pokud by tomu tak bylo, musel byste nízkých hodnot g dosahovat nikoliv fóliemi Heat Mirror, ale probarvením skel, a naopak vysokých hodnot g například použitím bezželezitého skla. V takovém případě ale není možné říci, že sklo s g = 0.2 je "drahé supersklo" a sklo s g = 0.8 je špatné (jak to prezentujete v článku), protože cena bezželezitého skla (g = 0.8) je vyšší než cena skla probarveného (g = 0.2).

Také je jasné, že procento plochy zasklení bude lineárně stoupat s celkovou velikostí budovy při stejném tvaru, tj. možná by bylo docela zajímavé použít ve výpočtu RCW místo plochy stěn prostě plochu oken a získáme jednu křivku již zahrnující i plochu oken.

IK Ing.Petr Kotek @ing.petr.kotek před 16 roky

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.sporZcela vám rozumim - četl jsem důkladně diskuzi https://forum.tzb-info.cz/101933-protisl… kde o tom i Vy diskutujete. Každopádně díky za námět do další studie - neříkám, že článek je finální podoba a netvrdím, že to tak je a basta - je to ve vývoji a těmito společnými silami to bude "promakanější". Nicméně pod hodnotou nízkého g se dají představit i vnitřní či vnější žaluzie, záclony atd. Variantu, kterou popisujete (dát do RCW plochu zasklení jsem zkoušel, ale nebyl jsem s grafy spokojen (žádná funkční závislost). Mám to v excelu a řadim si výsledky dle různých kritérií). Nicméně mi věřte, že jedna čára to nikdy nebude!!

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.spor před 16 roky

Proč se Vám zdá v nepořádku, že faktor A/V zohledňuje objem budovy (tj. její celkovou velikost)? Je přeci logické, že měrná potřeba tepla (je vztažena k m2 plochy) klesá se zvětšujícím se objemem budovy, byť má budova stále stejný tvar. Pokud budu mít například rodinný dům o tvaru krychle, bude jeho potřeba tepla logicky vyšší, než u bytu o stejné podlahové ploše, který se nachází v bytovém domě tvaru krychle. V tomto ohledu je tedy faktor RC, ale i Vámi zavedený RCW, zkreslující.

IK Ing.Petr Kotek @ing.petr.kotek před 16 roky

JŠ Jaroslav Špor @jaroslav.sporDobry den, porovnávám dům jako celek. Nemůžete tedy porovnat volně stojící dům s bytem uprostřed bytovky tvaru krychle. Ten bude mít pochopitelně jiné okrajové podmínky (ohřívám okolím). Pokud porovnáte dva domy, kde bude i klimatizace, tak koule bude mít s nejmenší ochlazovanou plochou menší spotřebu tepla, ale spotřeba na chlazení nejmenší nebude-viz článek. Co se týče koeficientu, tak jak jsem psal v článku - šlo mi o to popsat popsat jedním číslem jeden tvar budovy pro všechny objemy. Možná jsem zapomněl uvést, že závěrečné grafy uvedené pouze v článku, jsou pro jeden objem - segment kostky a=7m - další grafy by tu zabraly hodně místa - každopádně do výsledných rovnic, kde zadáváte i objem V, vyleze celková měrná spotř.energie.(chlad+teplo)