Vliv vzduchotěsnosti na potřebu tepla na vytápění budov v ČR

Abstract

Cílem této diplomové práce je na základě výpočtové analýzy stanovit, jaký vliv má vzduchotěsnost obvodových konstrukcí budov na potřebu tepla na vytápění. Jedná se o teoretickou práci, jejíž hlavní částí je výpočtová studie, která má ozřejmit tyto problémy. Prvním úkolem bylo nalezení vhodných výpočtových postupů a jejich efektivní řešení, která dostatečně přesně simulují proudění vzduchu budovou a tepelné chování budovy. Na základě vybraných projektů dvou typů obytných budov s nízkou potřebou tepla na vytápění byly stanoveny 2 výpočtové modely. První model simuluje proudění vzduchu mezi objektem a vnějším prostředím i proudění vzduchu mezi jednotlivými zónami uvnitř budovy v klimatických podmínkách ČR a při různých stupních netěsností v konstrukcích budovy ("model proudění"). Další výpočtový model ("tepelný model") simuluje tepelné chování budovy, na jehož základě bude možné určit velikost tepelné ztráty budovy při daných klimatických podmínkách a množství infiltrovaného vzduchu z předchozího výpočtového modelu. Dalším úkolem bylo nalezení vhodných variant pro provedení simulací. V tomto případě se jedná zejména o vytvoření variant různých poměrů rozdělení netěsností po obálce budovy i mezi jednotlivými zónami uvnitř budovy. Výsledkem simulací je určení závislosti potřeby tepla na vytápění pro různé hodnoty celkové intenzity výměny vzduchu v budově n50. Tyto výsledky pak jsou porovnány mezi jednotlivými variantami simulací, dále se se zjednodušeným postupem výpočtu dle normy ČSN EN ISO 13789 a jsou ověřeny požadované hodnoty n50 dle ČSN 73 0540-2. Úvodní část diplomové práce je věnována obecně tématu vzduchotěsnosti a infiltrace vzduchu do budovy a jeho vlivu na tepelné chování budovy, obvodové konstrukce budov a další. Dále v kapitole 1 jsou popsány základní fyzikální souvislosti, způsoby možného vyjádření vzduchotěsnosti budov a současné požadavky na vzduchotěsnost budov v ČR. Kapitola 2 je věnována rozboru podobných studií, které se zabývají vlivem vzduchotěsnosti na potřebu tepla na vytápění. V Kapitole 4 jsou stručně charakterizovány oba typy budov, na kterých byly provedeny předmětné simulace. V Kapitole 5 jsou uvedeny popisy modelů simulovaných objektů a jejich základní matematické vyjádření. Dále jsou v této kapitole popsány způsoby možného propojení obou modelů a simulační nástroj, který byl použit pro provedení simulací. Kapitola 6 obsahuje informace o okrajových podmínkách provedených simulací, různých variant modelů a rozdělení netěsností po obálce budov. V podkapitole 6.3 jsou shrnuty výsledky jednotlivých variant simulací. V Kapitole 7 jsou pak tyto výsledky porovnány se současnými požadavky na vzduchotěsnost budov v ČR. Výsledky simulací ukázaly téměř lineární závislost potřeby tepla na vytápění na celkové intenzitě výměny vzduchu v budově n50. V závislosti na stínění objektů proti větru se nárůst měrné potřeby tepla rodinného domu pohybuje mezi 0,22 - 0,41 kWh/(m2a) při zvýšení n50 budovy o 0,1 h-1 v klimatických podmínkách Prahy. Výpočty simulací bytového domu ukázaly vyšší výsledky oproti RD, s hodnotami v rozmezí 0,27-0,48 kWh/(m2a) při zvýšení n50 budovy o 0,1 h-1 v klimatických podmínkách Prahy. Z porovnání výsledků simulací se zjednodušeným postupem výpočtu dle normy ČSN EN ISO 13789 vyplývá, že výpočet dle normy je na straně bezpečnosti. Požadované hodnoty n50,N pro budovy dle ČSN 73 0540-2 jsou stanoveny s dostatečnou rezervou pro případnou chybu ve výpočtu.

This teoretical study focuses on the correlation between the airtightness of a residential building envelope and the heat energy consumption in Czech climate conditions. Two types of residential buildings were selected - family house and apartment building. For each building two calculation models were developed with simulation tools SIMULINK - heat model and airflow model for variants of simulations. According to the results, heat energy consumption increase almost linearly with the building leakage rate n50 of the building envelope. According to effect of wind conditions, the increase of heat energy consumption in the case of increase n50 on 0,1 h-1 in climate conditions of Prague is 0,22 - 0,41 kWh/(m2a) for family house and 0,27-0,48 kWh/(m2a) for apartment building. The comparison of simulation results with simple calculation according to ČSN EN ISO 13789 shows, that the calculation according ČSN EN ISO 13789 is sufficiently safe. The requirements on n50,N for buildings according to ČSN 73 0540-2 are determined with sufficient reserve in the case of calculation error.