CESK´ˇ E VYSOK´E U ˇCEN´I TECHNICK´E V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICK ´A
KATEDRA MˇE ˇREN´I
Diplomov´a pr´ace
Koncept integrovan´ eho ˇ r´ızen´ı domu
Petr Kirsch
Vedouc´ı pr´ace: prof. Ing. Karel Kabele, CSc.
Studijn´ı program: Inteligentn´ı budovy, prezenˇcn´ı, Magistersk´y 11. kvˇetna 2015
Podˇ ekov´ an´ı
Dˇekuji sv´e rodinˇe za podporu pˇri studiu na vysok´e ˇskole, panu Karlu Kabele- mu za veden´ıˇskoln´ıch prac´ı a odborn´emu konzultantovi Ladislavu ˇSmejkalovi.
Abstract
The diploma thesis deals with the conceptual design of the integrated ma- nagement of the house, which was designed for a specific building, linking the subsystems of the technical devices of the building and the coordinated management with the main control unit. For proposed Control system were used devices operating on the Foxtrot control system from Teco a.s., also hardware configuration was consulted with its employees. The estimate of the total cost of the proposed system, serving for thermal comfort in the house, is also part of thesis.
Abstrakt
Diplomov´a pr´ace se zab´yv´a konceptu´aln´ım n´avrhem integrovan´eho ˇr´ızen´ı domu, kter´e bylo navrhnuto pro konkr´etn´ı budovu, propojen´ım podsyst´em˚u technick´eho zaˇr´ı- zen´ı budovy a jejich koordinovan´emu ˇr´ızen´ı hlavn´ıˇr´ıd´ıc´ı jed- notkou. K n´avrhu ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu byla pouˇzita sada produkt˚u operuj´ıc´ıch na ˇr´ıd´ıc´ım syst´emu Foxtrot od spoleˇcnosti Teco a.s., tak´e hardwarov´a sestava syst´emu byla konzultov´ana s jej´ımi zamˇestnanci. Souˇc´ast´ı pr´ace je t´eˇz odhad celkov´e ceny navrˇzen´eho syst´emu, staraj´ıc´ıho se o tepelnou pohodu v domˇe.
Cestn´ ˇ e prohl´ aˇ sen´ı autora pr´ ace
Prohlaˇsuji, ˇze jsem pˇredloˇzenou pr´aci vypracoval samostatnˇe a ˇze jsem uvedl veˇsker´e pouˇzit´e informaˇcn´ı zdroje v souladu s Metodick´ym pokynem o dodrˇzo- v´an´ı etick´ych princip˚u pˇri pˇr´ıpravˇe vysokoˇskolsk´ych z´avˇereˇcn´ych prac´ı.
V Praze dne 11. kvˇetna 2015 Autor pr´ace...
Obsah
1 Sezn´amen´ı s budovou 2
1.1 Popis objektu . . . 2
2 Koncepˇcn´ı ˇreˇsen´ı technick´ych zaˇr´ızen´ı budov 5 2.1 Smˇerodatn´a krit´eria pro n´avrh technick´e- ho zaˇr´ızen´ı budovy . 5 2.2 Vˇetrac´ı syst´em . . . 5
2.2.1 Vzduchotechnick´a (VZT) jednotka . . . 6
2.2.2 Specifick´e ´udaje VZT jednotky . . . 7
2.2.3 Distribuce vzduchu . . . 12
2.2.4 S´an´ı ˇcerstv´eho vzduchu . . . 13
2.2.5 Koncov´e prvky vzduchotechnick´eho syst´emu . . . 14
2.2.6 Podzemn´ı vzduchov´y kolektor . . . 15
2.3 Zdroj tepla . . . 18
2.3.1 Tepeln´e ˇcerpadlo . . . 19
2.3.2 Podlahov´e vyt´apˇen´ı . . . 19
2.4 Pasivn´ı chlazen´ı . . . 22
3 R´ızen´ı technick´ˇ eho zaˇr´ızen´ı 25 3.1 Uvod . . . .´ 25
3.2 Spojitost mezi syst´emy . . . 26
3.3 Propojenost podsyst´em˚u . . . 26
3.4 Popis chov´an´ı . . . 26
3.5 R´ızen´ı a kooperace podsyst´ˇ em˚u . . . 27
3.5.1 R´ızen´ı VZT syst´ˇ emu . . . 27
3.5.2 R´ızen´ı okruh˚ˇ u otopn´e vody . . . 29
3.5.3 R´ızen´ı venkovn´ıch ˇˇ zaluzi´ı . . . 30
3.5.4 Propojen´ı podsyst´em˚u . . . 31
3.5.5 V´yvojov´e diagramy . . . 32
4 Konfigurace ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu 35
4.1 R´ıd´ıc´ı syst´ˇ emu Tecomat Foxtrot . . . 35
4.2 Hardwarov´a sestava . . . 37
5 Odhad ceny syst´emu 42 5.1 Cena VZT syst´emu . . . 43
5.2 Syst´em venkovn´ıch ˇzaluzi´ı . . . 46
5.3 Syst´em vyt´apˇen´ı domu . . . 47
5.4 R´ıd´ıc´ı syst´ˇ em . . . 48
5.5 Celkov´a cena syst´emu . . . 48
6 Z´avˇer 50 7 Pˇr´ılohy 1 7.1 Pˇr´ıloha A . . . 1
Seznam obr´ azk˚ u
1.1 Rodinn´y d˚um se z´azem´ım pro malou firmu . . . 4
2.1 Uk´azka z n´avrhov´eho programu . . . 8
2.2 VZT jednotka DUPLEX 1100 Flexi . . . 8
2.3 Technick´a data . . . 10
2.4 Rozmˇery jednotky . . . 10
2.5 V´ykony a ´uˇcinnost rekuperace . . . 11
2.6 Hladina akustick´eho v´ykonu . . . 11
2.7 Doplˇnuj´ıc´ı tabulka akustick´eho v´ykonu . . . 12
2.8 Hlavn´ı p´ateˇrn´ı vˇetev a patrov´e vˇetve . . . 13
2.9 Patrov´a vˇetev a fin´aln´ı odboˇcky . . . 14
2.10 Regulaˇcn´ı klapka se servem LM230A . . . 15
2.11 Pˇr´ıvodn´ı cesty, m´ıˇsen´ı vzduchu . . . 16
2.12 Podhledy v m´ıstnosti . . . 16
2.13 Potrub´ı zemn´ıho v´ymˇen´ıku . . . 17
2.14 Tepeln´e ˇcerpadlo HP3BW15E . . . 19
2.15 Vertik´aln´ı pr˚ubˇeh teploty[1] . . . 20
2.16 Horizont´aln´ı pr˚ubˇeh teploty[1] . . . 20
2.17 Schema zapojen´ı soustavy otopn´e vody . . . 21
2.18 Pronikl´a a odraˇzen´a sluneˇcn´ı radiace [16] . . . 23
2.19 ˇZaluzie kryt´e v roletov´em boxu [17] . . . 24
2.20 Proveden´ı roletov´eho boxu zkosen´y 20◦ [17] . . . 24
3.1 Rozdˇelen´ı v´ykon VZT jedntoky . . . 29
3.2 Propojen´ı technick´e zaˇr´ızen´ı budovy s centr´aln´ı jednotkou . . . 31
3.3 V´yvojov´y diagram konceptu´aln´ıho programu ovl´ad´an´ı m´ıstnosti 32 3.4 V´yvojov´y diagram konceptu´aln´ıho chov´an´ı VZT jednotky . . . 33
4.1 Z´akladn´ıho modul Foxtrot CP-1000 k a jeho pˇr´ıpojen´ı na CIB linku [14] . . . 37
4.2 Pˇripojen´ı extern´ıho modulu mastera k ˇr´ıd´ıc´ımu CP-1000 [14] . 39 4.3 Propojen´ı syst´emu . . . 41
Seznam tabulek
1.1 Poˇzadavky a ´udaje m´ıstnost´ı . . . 3
2.1 Doporuˇcen´e hodnoty n50,N [10] . . . 6
5.1 Kalkulace 1.NP pro VZT syst´em . . . 43
5.2 Kalkulace podzemn´ı vzduchov´y kolektor . . . 43
5.3 Kalkulace 2.NP pro VZT syst´em . . . 44
5.4 Kalkulace 3.NP pro VZT syst´em . . . 45
5.5 Kalkulace VZT syst´emu . . . 46
5.6 Kalkulace venkovn´ı ˇzaluzie 2.NP . . . 46
5.7 Kalkulace venkovn´ı ˇzaluzie 3.NP . . . 47
5.8 Kalkulace otopn´e soustavy . . . 47
5.9 Kalkulace ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu . . . 48
5.10 Kalkulace zaˇr´ızen´ı a materi´alu cel´eho syst´emu . . . 48
5.11 Odhad cen prac´ı nutn´ych k uveden´ı syst´emu do provozu. . . . 49
UVOD ´
S rostouc´ı ˇzivotn´ı ´urovni a ˇc´ım d´al t´ım vyˇsˇs´ım komfortem je spotˇrebov´av´ano v´ıce energie. Souˇcasn´a politika je zamˇeˇrena na co moˇzn´a nejefektivnˇejˇs´ı ´uspory a recyklaci energi´ı. D´ale podporuje obnoviteln´e zdroje energie. Pˇr´ınosy to- hoto smˇeru jsou spr´avn´ymi kroky k udrˇziteln´emu rozvoji a ˇsetˇren´ı pˇr´ırody.
Z tˇechto d˚uvod˚u hled´ame st´ale lepˇs´ı a efektivnˇejˇs´ı technologie. S t´ım jde ruku v ruce tak´e hled´an´ı sofistikovanˇejˇs´ıho ˇr´ızen´ı. Dva r˚uzn´e algoritmy pˇri ˇr´ızen´ı stejn´e technologie maj´ı odliˇsn´e v´ysledky, at’ uˇz jde o mnoˇzstv´ı uˇsetˇren´e energie nebo rychlosti proveden´ı.
Nasazen´ı modern´ıho zaˇr´ızen´ı je t´ım efektivnˇejˇs´ı, ˇc´ım chytˇreji je naprogra- mov´ana jeho ˇcinnost s prov´azanost´ı na ostatn´ı syst´emy budovy, se kter´ymi dan´y syst´em vyuˇz´ıvaj´ıc´ı zaˇr´ızen´ı interaguje.
Proto nen´ı divu, ˇze n´ar˚ust n´ızkoenergetick´ych staveb st´ale roste. Napom´ahaj´ı tomu dotaˇcn´ı programy, napˇr´ıklad Zelen´a ´uspor´am. Tento smˇer je tak´e pod- chycen legislativou a nejedn´a se pouze o rodinn´e domy, ale o vˇsechny nov´e stavby.
Poˇc´ateˇcn´ı n´aklady na v´ystavbu jsou logicky vyˇsˇs´ı, pˇr´ısnˇejˇs´ı krit´eria zname- naj´ı kvalitnˇejˇs´ı materi´aly a dnes i ˇr´ıd´ıc´ı syst´emy. V´ybavu technick´eho zaˇr´ızen´ı budovy je tˇreba udrˇzovat v dobr´e kondici. Jedn´a se napˇr´ıklad o pravidelnou v´ymˇenu filtr˚u ve vzduchotechnick´em syst´emu. Mˇejme vˇsak na pamˇeti, ˇze kva- lita vnitˇrn´ıho prostˇred´ı budovy je mnohem vyˇsˇs´ı. Ze zd´ı na n´as nes´al´a zima d´ıky kvalitn´ı izolaci, budova je dobˇre provˇetr´av´ana, ˇcerstv´eho vzduchu je do- statek a jsou t´ım tak odbour´any negativn´ı projevy pˇri vyˇsˇs´ı koncentraci oxidu uhliˇcit´eho, kter´a m´a za n´asledek ´unavu nebo bolesti hlavy. Rovnˇeˇz vzduch v m´ıstnosti nen´ı zbyteˇcn´e vlhk´y a nedoch´az´ı tak ke kondenzaci a r˚ust˚um pl´ısn´ı.
Kapitola 1
Sezn´ amen´ı s budovou
1.1 Popis objektu
Pˇredmˇetem ˇreˇsen´ı je n´avrh ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu pro rodinn´y d˚um s kancel´aˇrsk´ymi prostory, kter´y slouˇz´ı t´eˇz jako z´azem´ı pro menˇs´ı firmu. Kalkulov´ano je zde se ˇsesti zamˇestnanci a ˇctyˇrˇclennou rodinou, tedy dohromady deset osob. V prvn´ım podlaˇz´ı jsou gar´aˇze, sklad, d´ılna, koupelna, schodiˇstˇe do vyˇsˇs´ıch pa- ter a technick´e z´azem´ı domu. V druh´em podlaˇz´ı se nach´az´ı prostory pro kancel´aˇrskou pr´aci, t´eˇz toaleta a kuchyˇnka pro pracovn´ıky. Ve tˇret´ım podlaˇz´ı je obytn´a ˇc´ast, tedy dˇetsk´e pokoje, loˇznice, ob´yvac´ı pokoj, koupelna, pokoje pro hosty a kuchynˇe.
Z energetick´eho hlediska se jedn´a o nulov´y d˚um (t´emˇeˇr nulov´y). Aby bu- dova mohla b´yt oznaˇcena jako nulov´a, mus´ı splˇnovat pˇr´ısn´a krit´eria - velmi mal´e tepeln´e ztr´aty, tˇesnost, nucen´e vˇetr´an´ı a s t´ım spojen´e zpˇetn´e z´ısk´av´an´ı tepla. V podstatˇe jde o budovu s malou spotˇrebou energie, kter´a je zcela nebo z velk´e ˇc´asti dotov´ana z obnoviteln´ych zdroj˚u energie. V domˇe jsou pouˇzity materi´aly, jeˇz zajiˇst’uj´ı roˇcn´ı spotˇrebu tepla na vyt´apˇen´ı do 5 kWh/m2 za rok (viz pˇr´ıloha - Tepeln´e ztr´aty, kde je ovˇeˇreno v´ypoˇctem dle normy ˇCSN EN 12831 tepeln´e ztr´ata domu, pˇr´ıloha je v elektronick´e podobˇe). Ve v´ypoˇctech bylo kalkulov´ano s hodnotou tepeln´e ztr´aty 5 kWh/m2 za rok, v´ysledek dle v´yˇse uveden´e normy je 4,98 kWh/m2 za rok.
V tabulce 1.1 jsou uvedeny poˇzadovan´e parametry v jednotliv´ych m´ıstnostech.
M´ıstnost tpozadovana [◦C] Vlhkost [%] Pr˚utok vzduchu* [m3/h]
Sklad 20 50
D´ılna 1.NP 20 50
Gar´aˇz 20 50 50
Technick´a m´ıstnost 20 50
Koupelna pˇr´ızem´ı 24 50
Schodiˇstˇe doma 1 20 50
Schodiˇstˇe pr´ace 1 20 50
Zasedac´ı m´ıstnost 20 50 150
Kancel´aˇr 1 20 50 50
Kancel´aˇr 2 20 50 50
Kancel´aˇr 3 20 50 50
Chodba 20 50
Kuchyˇnka 20 50
Uklidov´´ a komora 20 50
Toaleta 20 50
Um´yv´arna 20 50
Ob´yvac´ı pokoj 20 50 150
Koupelna 20 50
Pokoj SZ 20 50 50
Koupelna 24 50
Pokoj JZ 20 50 50
Pokoj J 20 50 50
Pokoj JV 20 50 50
Chodba 20 50
Tabulka 1.1: Poˇzadavky a ´udaje m´ıstnost´ı
* ˇCerstv´eho vzduchu
Teplota v m´ıstnostech je volena s ohledem na obvykl´e hodnoty, kter´e se pˇri projektov´an´ı nulov´ych dom˚u pouˇz´ıvaj´ı. Vlhkost vzduchu v m´ıstnostech je urˇcena jako dlouhodob´y pr˚umˇer, mal´e zmˇeny aktu´aln´ıch hodnot jsou tedy pˇr´ıpustn´e. Objemov´y pr˚utok ˇcerstv´eho vzduchu byl stanoven na z´akladˇe pˇredpokl´adan´eho poˇctu lid´ı, pob´yvaj´ıc´ıch v jednotliv´ych m´ıstnostech.
Objekt, pro kter´y bylo navrˇzeno integrovan´e ˇr´ızen´ı navrˇzeno je na obr. ??.
Obr´azek 1.1: Rodinn´y d˚um se z´azem´ım pro malou firmu
Kapitola 2
Koncepˇ cn´ı ˇ reˇ sen´ı technick´ ych zaˇ r´ızen´ı budov
V´ykresy s rozvody jednotliv´ych s´ıt´ı jsou v pˇr´ıloze sloˇzka V´ykresy v elektro- nick´e podobˇe, jedn´a se o rozvody pitn´e vody, kanalizace (splaˇskov´e i deˇst’ov´e), podlahov´eho vyt´apˇen´ı a vzduchotechniky.
2.1 Smˇ erodatn´ a krit´ eria pro n´ avrh technick´ e- ho zaˇ r´ızen´ı budovy
Pr´ace vych´az´ı z poˇzadavk˚u, kter´e mus´ı b´yt splnˇeny, aby budova mohla b´yt naz´yv´ana nulovou. Z´aroveˇn je c´ılem navrhnout takov´y syst´em, aby byl schop- n´y spr´avnˇe ˇr´ıdit a integrovat veˇsker´e podsyst´emy budovy. Odtud plyne, ˇze je zapotˇreb´ı uˇzit´ı nadˇrazen´eho syst´emu, kter´y je schopen obousmˇern´e komuni- kace a ovl´ad´an´ı podsyst´emu.
2.2 Vˇ etrac´ı syst´ em
Pro spr´avnou funkci vzduchotechnick´eho syst´emu nulov´eho domu je d˚uleˇzi- t´e zajistit maxim´aln´ı moˇznou vzduchotˇesnost budovy, kter´a je nezbytn´a pro spr´avn´e fungov´an´ı nucen´eho vˇetr´an´ı s rekuperac´ı [8]. Pˇri proudˇen´ı vzdu- chu netˇesnostmi doch´az´ı k ´unik˚um tepla. Nen´ı-li zajiˇstˇena kvalitn´ı vzdu- chotˇesnost domu, ztr´ac´ı rekuperaˇcn´ı jednotky smysl, protoˇze vzduch unik´a jinudy a nikoli skrz rekuperaˇcn´ı jednotku, kde doch´az´ı k v´ymˇenˇe energie.
Sniˇzuje se tak ´uˇcinnost vˇetrac´ıho syst´emu.
Kritick´ym m´ıstem b´yvaj´ı osazovac´ı sp´ary oken, d´ale to jsou pˇrechody mezi
lehkou a zdˇenou konstrukc´ı - napˇr´ıklad napojen´ı stˇreˇsn´ı konstrukce na ob- vodov´e zdivo budovy, zde parotˇesn´a vrstva ze stˇreˇsn´ı konstrukce mus´ı b´yt souvisle spojena s om´ıtkou. Dalˇs´ım m´ıstem napojen´ı vzduchotˇesn´e vrstvy je pˇrechod mezi stˇenou a podlahou. Tˇesnost budovy tak´e nˇeco vypov´ıd´a o tom, jak d˚uslednˇe byla provedena v´ystavba ob´alkov´e konstrukce.
Vzduchotˇesnost neboli pr˚uvzduˇsnost [9] domu je mˇeˇrena metodou tlakov´eho sp´adu podle ˇCSN EN 13829. Mˇeˇrena je celkov´a intenzity v´ymˇeny vzduchu pˇri tlakov´em rozd´ılu 50 Pa: n50, jednotkou je h−1. Mˇeˇren´a budova m´a splnit podm´ınku:
n50≤n50, N
kde
n50 ... hodnota intenzity v´ymˇeny vzduchu pˇri 50 Pa zjiˇstˇen´a mˇeˇren´ım n50,N ...limitn´ı hodnota intenzity v´ymˇeny vzduchu pˇri 50 Pa stanovena tabulkou 2.1
Vˇetr´an´ı v budovˇe n50,N n50,N
Uroveˇ´ n I Uroveˇ´ n II
Pˇrirozen´e 4,5 3,0
Nucen´e 1,5 1,2
Nucen´e se zpˇetn´ym z´ısk´av´an´ım tepla (ZZT) 1,0 0,8
Nucen´e se ZZT, pasivn´ı domy 0,6 0,4
Tabulka 2.1: Doporuˇcen´e hodnoty n50,N [10]
2.2.1 Vzduchotechnick´ a (VZT) jednotka
Pˇri rozhodov´an´ı, kterou VZT jednotku vybrat, bylo vych´azeno z v´ıcero pa- rametr˚u (viz kapitola 2.2.2 Specifick´e ´udaje VZT jednotky). Upˇrednostnˇeni byli vˇetˇs´ı v´yrobci.
D˚uvodem bylo, ˇze jiˇz ˇradu let funguj´ı na trhu, poskytuj´ı v´yrobky, kter´e si spotˇrebitel´e kupuj´ı a je jiˇz zaruˇcen´a jist´a kvalita produkt˚u. Pr´avˇe d´ıky masivnˇejˇs´ımu rozˇs´ıˇren´ı mezi z´akazn´ıky jsou vyr´abˇeny i technologick´e rozˇs´ıˇren´ı, kter´a jsou mnohdy kompatibiln´ı i se starˇs´ımi VZT jednotkami. T´ım je z´akazn´ıkovi nab´ıdnuta cel´a paleta v´yrobk˚u, z nichˇz si m˚uˇze poskl´adat VZT syst´em na
Dalˇs´ım stˇeˇzejn´ım d˚uvodem je integrace VZT syst´emu pod nadˇrazen´y ˇr´ıd´ıc´ı syst´em domu. Zde je nutn´y pˇrenos informac´ı mezi ´uˇcastn´ıky komunikace (ab- solutn´ıˇr´ıd´ıc´ı jednotkou a lok´aln´ıˇr´ıd´ıc´ı jednotkou, kter´a se star´a o subsyst´em).
Kaˇzd´y zde ze zm´ınˇen´ych d˚uvod˚u mus´ı b´yt splnˇen, jinak by neˇslo zajistit in- tegrovan´e ˇr´ızen´ı pˇri splnˇen´ı hygienick´ych a komfortn´ıch poˇzadavk˚u.
Konkr´etnˇejˇs´ı krit´eria na VZT jednotku jsou d´any:
• pˇr´ıvod ˇcerstv´eho vzduchu dle vyhl´aˇsky ˇc. 20/2012 Sb., kterou se mˇen´ı vyhl´aˇska ˇc. 268/2009 Sb., o technick´ych poˇzadavc´ıch na stavby
• rychlost vzduchu v potrub´ı
Podle vyhl´aˇsky ˇc. 20/2012 Sb. je poˇzadov´an´e mnoˇzstv´ı 25 m3/h ˇcerstv´eho vzduchu na jednu osobu.
Maxim´aln´ı rychlost vzduchu v potrub´ı byla volena tak, aby nedoch´azelo k neˇz´adouc´ım hlukov´ym projev˚um. Z toho d˚uvodu je maxim´aln´ı rychlost prot´ekaj´ıc´ıho vzduchu potrub´ım stanovena na 4 m/s.
2.2.2 Specifick´ e ´ udaje VZT jednotky
D´ale jsou na jednotku poˇzadov´any dalˇs´ı n´aroky:
• by-pass
• zpˇetn´e z´ısk´av´an´ı tepla
• regulace pr˚utoku vzduchu
• moˇznost pˇripojen´ı nadˇrazen´eho ˇr´ızen´ı
Z v´yˇse uveden´ych d˚uvod˚u byla vybr´ana VZT jednotka od spoleˇcnosti ATREA.
Vˇetˇs´ı firmy m´ıvaj´ı v´ıce z´akazn´ık˚u, tak´e vˇetˇs´ı z´akaznickou podporu a dobr´y servis v pˇr´ıpadˇe poruchy.
Dalˇs´ım urˇcuj´ıc´ım krit´eriem pro v´ybˇer VZT jednotky byla v´ypoˇctov´a hod- nota pr˚utoku vzduchu 700 m3/h. Pro v´ybˇer vhodn´e VZT jednotky slouˇz´ı n´avrhov´y software (n´avrhov´y program jednotek DUPLEX) od spoleˇcnosti ATREA s.r.o. viz obr.2.1. Pomoc´ı toho asistenˇcn´ıho n´astroje byla vybr´ana
Obr´azek 2.1: Uk´azka z n´avrhov´eho programu
Obr´azek 2.2: VZT jednotka DUPLEX 1100 Flexi
VZT jednotka DUPLEX 1100 Flexi viz obr. 2.2.
Vˇetrac´ı jednotky ˇrady DUPLEX Flexi [2] jsou urˇceny pro komfortn´ı vˇetr´an´ı s vysokou ´uˇcinnost´ı rekuperace pro bytov´e stavby. Jednotku je moˇzn´e pˇri instalaci stranovˇe otoˇcit (zamˇenit pˇriv´adˇen´y a odv´adˇen´y vzduch).
Pro um´ıstˇen´ı VZT jednotky byla zvolena m´ıstnost (sklad), kde je nejmenˇs´ı pohyb lid´ı. Je tak uˇcinˇeno z´amˇernˇe, nebot’ jednotka pˇri sv´em provozu vyd´av´a hluk a z tohoto d˚uvodu je ˇz´adouc´ı, aby tento hluk nijak neruˇsil osoby nach´azej´ıc´ı se v domˇe.
Pro nas´av´an´ı vzduchu slouˇz´ı EC ventil´atory, kter´e jsou poh´anˇeny elektro- motorem s pruˇzn´ym uloˇzen´ım. Protiproud´y rekuperaˇcn´ı v´ymˇen´ık je tvoˇren tenkostˇenn´ymi plastov´ymi deskami. Vyznaˇcuje se vysokou ´uˇcinnost´ı, kter´a je ovˇsem z´avisl´a na objemu prot´ekaj´ıc´ıho vzduchu v´ymˇen´ıkem. By-passov´a klapka je ovl´ad´ana servopohonem. Pˇri otevˇren´ı klapky by-passu se automa- ticky uzav´ır´a pr˚uchod vzduchu v´ymˇen´ıkem. K VZT jednotce v´yrobce nab´ız´ı r˚uzn´a pˇr´ısluˇsenstv´ı z nˇehoˇz byl vybr´an teplovodn´ı ohˇr´ıvaˇc, ke kter´emu jsou pˇripojeny regulaˇcn´ı uzle. Teplo pro ohˇr´ıvaˇc se z´ısk´av´a z tepeln´eho ˇcerpadla zemˇe-voda, kter´e zde slouˇz´ı mimo jin´e hlavnˇe jako zdroj tepla pro vyt´apˇen´ı domu.
N´ıˇze uveden´e tabulky a grafy n´am poskytnou lepˇs´ı pˇredstavu o provozu a vlastnostech VZT jednotky. V nˇekter´ych grafech jsou hodnoty pro celou ˇradu Duplex Flexi, n´as zaj´ımaj´ı pouze grafy vztahuj´ıc´ı se k Flexi 1100. Z graf˚u m˚uˇzeme vidˇet, ˇze urˇcit´e vlastnosti VZT jednotky rostou nebo klesaj´ı s obje- mov´ym pr˚utokem vzduchu.
Seznam obr´azk˚u, graf˚u a tabulek vztahuj´ıc´ıch se k VZT jednotce DUPLEX 1100 Flexi:
• obr. 2.3 ukazuje technick´e ´udaje VZT jednotky
• obr. 2.4 ukazuje rozmˇery jednotky
• obr. 2.5 zn´azorˇnuje grafem tepeln´y a chlad´ıc´ı v´ykon, ´uˇcinnost rekuper- ace v z´avislosti na velikosti pr˚utoku vzduchu jednotkou
• obr. 2.6 ukazuje hladinu akustick´eho v´ykonu
• obr. 2.7 je doplˇnuj´ı tabulka k obr.2.6
Obr´azek 2.3: Technick´a data
Obr´azek 2.4: Rozmˇery jednotky
Obr´azek 2.5: V´ykony a ´uˇcinnost rekuperace
Obr´azek 2.6: Hladina akustick´eho v´ykonu
Obr´azek 2.7: Doplˇnuj´ıc´ı tabulka akustick´eho v´ykonu
2.2.3 Distribuce vzduchu
Vˇetrac´ı syst´em cel´eho domu m´a jednu VZT jednotku, um´ıstˇenou ve skladu nach´azej´ıc´ım se v prvn´ım patˇre domu. Odtud je vzduch rozveden potrub´ım nejprve po prvn´ım patˇre. V druh´em a tˇret´ım patˇre jsou vytvoˇreny odboˇcky od hlavn´ı rozvodn´e vˇetve - viz obr. 2.8, kter´a vede skrz podlaˇz´ı.
Od patrov´ych rozvodn´ych vˇetv´ı je vzduch veden fin´aln´ımi odboˇcky (do jed- notliv´ych m´ıstnost´ı coˇz je zn´azornˇeno na obr. 2.9. Za kaˇzdou fin´aln´ı odboˇckou n´asleduje z´uˇzen´ı profilu potrub´ı patrov´e vˇetve. Je to z toho d˚uvodu, aby byla zachov´ana pokud moˇzno stejn´a rychlost proudˇen´ı vzduchu ve vˇsech m´ıstech rozvodn´e s´ıtˇe vzduchotechnick´eho potrub´ı. Na kaˇzd´e fin´aln´ı odboˇce je insta- lov´ana klapka se servo pohonem.
Pˇr´ınos pro ˇr´ızen´ı je d´an t´ım, ˇze je zn´ama rychlost proudˇen´ı vzduchu proch´aze- j´ıc´ım potrub´ım a k tomu jeˇstˇe m´ame k dispozici ´udaj o poˇctu otevˇren´ych kla- pek. Tyto informace vyuˇzijme pro ˇr´ızen´ı rychlosti ot´aˇcek ventil´ator˚u ve VZT jednotce.
Pln´ı zde funkci ”omezovaˇce”. D´ıky nim se ˇcerstv´y vzduch nedostane tam, kde ho nen´ı potˇreba. Typicky o v´ıkendu v domˇe nejsou zamˇestnanci. Bylo by tedy zbyteˇcn´e vˇetrat druh´e patro domu. Druhotnˇe by to tak´e mˇelo za n´asledek, ˇ
ze by se ztr´acel tlak v rozvodn´e s´ıt´ı VZT syst´emu. VZT jednotka pracuje na poˇzadovan´a procenta z maxim´aln´ıho v´ykonu, pr´avˇe podle informace o tom, kde se osoby v domˇe nach´azej´ı.
Obr´azek 2.8: Hlavn´ı p´ateˇrn´ı vˇetev a patrov´e vˇetve
Otev´ır´an´ı a zav´ır´an´ı klapky zajiˇst’uje servopohon, ten je nap´ajen klasick´ym s´ıt’ov´ym napˇet´ım 230 V / 50 Hz. Klapka je vybavena kabelem pro pˇripojen´ı k ˇr´ıd´ıc´ı jednotce. Pouˇzita byla klapka od prodejce Klimat. Typ klapky je Regulaˇcn´ı Klapka Se Servem LM230A - viz obr. 2.10. Tato ˇrada obsahuje pr˚umˇery 80 - 500 mm, coˇz je plnˇe dostaˇcuj´ıc´ı pro naˇse ´uˇcely.
2.2.4 S´ an´ı ˇ cerstv´ eho vzduchu
Existuj´ı zde tˇri moˇznosti nas´av´an´ı venkovn´ıho vzduchu:
• pˇr´ım´e
• pˇres podzemn´ı vzduchov´y kolektor
• sm´ıˇsen´e
V´yhoda toho proveden´ı je schopnost regulace teploty pˇriv´adˇen´eho vzduchu. O uzavˇren´ı ˇci otevˇren´ı cesty se star´a vzduchotechnick´a klapka osazen´a servopo- honem. Poloha klapky je nastaviteln´a, aby bylo moˇzn´e dos´ahnout spr´avn´eho pomˇeru mnoˇzstv´ı vzduchu nas´avan´eho pˇr´ımo z venku a jdouc´ıho pˇres kolek- tor. Situaˇcn´ı schema zn´azorˇnuje obr. 2.11.
Větve v místnostech
Obr´azek 2.9: Patrov´a vˇetev a fin´aln´ı odboˇcky
2.2.5 Koncov´ e prvky vzduchotechnick´ eho syst´ emu
Jako koncov´y distribuˇcn´ı prvkem rozvodu vzduchu je pouˇzita obd´eln´ıkov´a mˇr´ıˇzka (takt´eˇz je pouˇzita jako odvodn´ı prvek odpadn´ıho vzduchu). V´yhodami jsou moˇznost zabudov´an´ı do kruhov´e VZT potrub´ı a pˇredevˇs´ım mal´a ´ust’ov´a rychlost vzduchu pˇriv´adˇen´eho do m´ıstnosti. Listy mˇr´ıˇzky jsou nastaviteln´e, ˇ
c´ımˇz m˚uˇzeme ovlivnit smˇer proudˇen´ı vzduchu. Konkr´etn´ı rozmˇery mˇr´ıˇzek naleznete v kalkulaci ceny VZT syst´emu.
Potrub´ı je kryto ˇc´asteˇcn´ym podhledem na m´ısto ´upln´eho. ´Upln´y podhled by zab´ıral v´ıce objemu v m´ıstnosti a strop by mohl p˚usobit n´ızk´ym dojmem.
Podhled je vybudov´an nad oknem pro patrov´e rozvodn´e potrub´ı a pak pro fin´aln´ı odboˇcku mezi stˇenou a stropem - viz obr. 2.12.
Obr´azek 2.10: Regulaˇcn´ı klapka se servem LM230A
2.2.6 Podzemn´ı vzduchov´ y kolektor
Jedn´a se o potrubn´ı syst´em zakopan´y v zemi, n´ımˇz proch´az´ı ˇcerstv´y vzdu- chu. Je to prvn´ı ˇc´ast vzduchotechnick´eho syst´emu kudy vzduch proch´az´ı.
Zde dojde k prvn´ım ´uprav´am ˇcerstv´eho vzduchu. Instalace v´ymˇen´ıku mus´ı b´yt provedena v nez´amrzn´e hloubce, kde si zemina udrˇzuje v´ıcem´enˇe sta- biln´ı teplotu. Potrub´ı mus´ı b´yt vysp´adov´ano kv˚uli vznikaj´ıc´ımu kondenz´atu (doch´azelo by k hnilobˇe, d´ale by se zde mnoˇzily bakterie, z´apach i bakterie by byly vˇetrac´ım syst´emem rozv´adˇeny do objektu), zejm´ena v letn´ım ob- dob´ı. T´eˇz je nutn´e zajistit filtraci vzduchu vstupuj´ıc´ıho do v´ymˇen´ıku. Ve venkovn´ım vzduchu jsou obsaˇzeny r˚uzn´e ˇc´astice (prach, pyl, ...), kter´e by zan´aˇsely v´ymˇen´ık.
Jedn´a se o doplˇnkovou ˇc´ast vzduchotechnick´eho syst´emu [5]. V podstatˇe jde o pˇred´upravu ˇcerstv´eho vzduchu vstupuj´ıc´ıho do VZT jednotky. ˇCerstv´y vzduch je ochlazov´an nebo ohˇr´ıv´an v z´avislosti na jeho teplotˇe. ˇC´ım d´ele je ˇ
cerstv´y vzduch ve v´ymˇen´ıku, t´ım se v´ıce jeho teplota bl´ıˇz´ı teplotˇe zemsk´eho masivu. Z tohoto d˚uvodu je ˇz´adouc´ı, aby rychlost proudˇen´ı vzduchu ve v´ymˇen´ıku byla mal´a ˇr´adovˇe jednotky metr˚u za sekundu.
Dalˇs´ı poˇzadavky se vztahuj´ı na pouˇzit´y materi´al potrubn´ıho veden´ı v´ymˇen´ıku:
• antimikrobi´aln´ı ´uprava vnitˇrn´ıho povrchu potrub´ı
• optim´aln´ı pˇrestup tepla
• velk´a kruhov´a a pod´eln´a pevnost trubek
• moˇznost vysokotlak´eho proplachov´an´ı
• absolutn´ı tˇesnost syst´emu v˚uˇci vnˇejˇs´ım jev˚um
VZT klapka
VZT Jednotka
Přímé sání
Sání přes kolektor
Obr´azek 2.11: Pˇr´ıvodn´ı cesty, m´ıˇsen´ı vzduchu
Obr´azek 2.12: Podhledy v m´ıstnosti
• tˇesnost syst´emu v˚uˇci zemn´ım plyn˚um
V t´eto pr´aci byl zemn´ı vzduchov´y v´ymˇen´ık tepla navrhnut pˇredevˇs´ım jako protimrazov´a ochrana VZT jednotky zejm´ena v zimn´ıch mˇes´ıc´ıch. Mohlo tak b´yt uˇcinˇeno i proto, ˇze velikost pozemku, na kter´em objekt stoj´ı, je dosti velk´a. ˇCerstv´y vzduch je moˇzn´e i pˇri nejvˇetˇs´ım uvaˇzovan´em minimu teplot (-12 ◦C) ohˇr´at na teplotu vyˇsˇs´ı neˇz 0◦C.
V letn´ıch mˇes´ıc´ıch je t´eˇz pˇr´ınosem, nebot’ ochlazuje pˇriv´adˇen´y ˇcerstv´y vzduch a t´ım je sniˇzov´ana tepeln´a z´atˇeˇz budovy v letn´ıch mˇes´ıc´ıch. Pro vypoˇcten´y objemov´y pr˚utok vzduchu 700 m3/h je zapotˇreb´ı soustava trubek o celkov´e d´elce 200 metr˚u (4 x 50 m) a pr˚umˇeru 150 mm viz obr. 2.13.
Projektovan´ych 50 metr˚u trubek nen´ı moˇzn´e v´est pˇr´ımo, protoˇze velikost po- zemku 25 x 35 metr˚u nedovoluje instalaci potrub´ı v´est rovnˇe v poˇzadovan´e d´elce. Proto je potrub´ı vedeno kolem domu. D´elka potrub´ı byla vypoˇctena na z´akladˇe poˇzadavku vstupn´ı teploty ˇcerstv´eho vzduchu do VZT jednotky vyˇsˇs´ı neˇz 0◦C. Pro v´ypoˇcty byl pouˇzit volnˇe dostupn´y kalkulaˇcn´ı n´astroj [3].
Kv˚uli zachov´an´ı tlakov´ych pomˇer˚u v potrub´ı byly navrˇzeny dva na sebe na- vazuj´ıc´ı roˇsty tak, aby nas´avan´y ˇcerstv´y vzduch urazil stejnˇe dlouho cestu k VZT jednotce, at’ uˇz bude proch´azet libovolnou trubkou v obou roˇstech.
Situaˇcn´ı schema je zn´azornˇeno na obr. 2.13.
Obr´azek 2.13: Potrub´ı zemn´ıho v´ymˇen´ıku
Materi´al trubek je volen PP speci´al, kter´y se vyznaˇcuje relativnˇe vysokou tepelnou vodivost´ı. ˇZ´adouc´ı je co nejvyˇsˇs´ı hodnota vodivosti (vzduch se v potrubn´ım syst´emu v´ymˇen´ıku l´epe ohˇr´ıv´a). Tepeln´a vodivost pouˇzit´eho ma- teri´alu je 0,28 W/m*K.
Moˇznost pˇredehˇrevu vzduchu pomoc´ı elektrick´eho pˇredehˇr´ıvaˇce byla zam´ıt- nuta. O elektˇrinˇe m˚uˇzeme prohl´asit, ˇze se jedn´a o uˇslechtilejˇs´ı formu energie.
Pˇri jej´ım z´ısk´av´an´ı nejprve pouˇz´ıv´ame jin´e formy energie, kter´e pˇremˇeˇnujeme s jistou ´uˇcinnost´ı na elektrickou energii. V pˇr´ıpadˇe fosiln´ıch paliv se tenˇc´ı z´asoby. U obnoviteln´ych zdroj˚u n´as probl´em se ztenˇcuj´ıc´ımi se z´asoby netr´ap´ı.
Varianta se zemn´ım v´ymˇen´ıkem tepla je bez´udrˇzbov´a a jej´ım dalˇs´ım ob- rovsk´ym pˇr´ınosem je chlazen´ı domu v letn´ıch mˇes´ıc´ıch, coˇz varianta proti- mrazov´e ochrany s elektrick´ym neposkytuje.
2.3 Zdroj tepla
D˚um se nach´az´ı v mˇestsk´e ˇc´asti, proto kotel na tuh´a paliva nen´ı vhodn´y zdrojem tepla. ˇC´astice obsaˇzen´e v hork´em kouˇri se dost´avaj´ı do ovzduˇs´ı a sniˇzuje se t´ım tak kvalita ovzduˇs´ı. Kladen je d˚uraz na snadn´e ovl´ad´an´ı a mi- nim´aln´ı ´udrˇzbu pˇri provozu tepeln´eho zdroje. Poˇzadovan´y byl takov´y zdroj tepla, kter´y dok´aˇze pokr´yt celkovou tepelnou ztr´atu budov. Takt´eˇz bylo od zdroje tepla poˇzadov´ano ohˇr´ıv´an´ı vody, a to jak pro z´asobn´ık tepl´e vody, tak pro horkovodn´ı ohˇr´ıvaˇc, kter´y je zahrnut v pˇr´ısluˇsenstv´ı pro VZT jednotku.
Mnoz´ı v´yrobci, potaˇzmo prodejci tepeln´ych ˇcerpadel maj´ı ve sv´e nab´ıdce te- peln´a ˇcerpadla, kter´a umoˇzˇnuj´ı ˇr´ıdit aˇz tˇri okruhy s teplou vodou nez´avisle na sobˇe.
Bylo vybr´ano tepeln´e ˇcerpadlo od spoleˇcnosti PZP KOMPLET a.s. [19], konkr´etnˇe tepeln´e ˇcerpadlo HPBW – model G zemˇe - voda o v´ykonu 15 kW oznaˇcen´ı tepeln´eho ˇcerpadla HP3BW15E viz obr. 2.14. Vhodn´e pouˇzit´ı jako monovalentn´ı zdroj tepla, t´eˇz dok´aˇze obsluhovat nez´avisle na sobˇe aˇz tˇri okruhy s otopnou vodou. Hlavnˇe je zde moˇznost integrace ˇr´ızen´ı tepeln´eho ˇ
cerpadla do vˇetˇs´ıho celku D´ale m´a tento produkt v sobˇe zabudov´anu ekvi- termn´ı regulaci teploty teplonosn´e l´atky podle venkovn´ı teploty.
Pro ˇr´ıd´ıc´ı syst´em je zde obrovsk´a v´yhoda a to, ˇze lze tˇri okruhy ovl´adat pˇres jedno zaˇr´ızen´ı. Zjednoduˇs´ı se t´ım ˇr´ızen´ı, nebot’ se zde vyskytuje m´enˇe podm´ınek s n´ım spojen´ych. D´a se ˇr´ıct, ˇze takov´yto zdroj tepla je ˇsit´y na m´ıru dan´ym poˇzadavk˚um. Z´apory tohoto ˇreˇsen´ı se projev´ı pˇri poruˇse zdroje tepla (stejn´a situace jako pro v´ypadek proudu a elektrick´e spotˇrebiˇce). Jeho prov´azanost s ostatn´ımi syst´emy je z´aroveˇn i jeho slabinou.
Obr´azek 2.14: Tepeln´e ˇcerpadlo HP3BW15E
2.3.1 Tepeln´ e ˇ cerpadlo
Jako zdroj tepla pro d˚um bylo zvoleno tepeln´e ˇcerpadlo typu zemˇe - voda. Ve- likost pozemku nedovoluje pouˇzit´ı zemn´ıho kolektoru, tedy bylo rozhodnuto pro variantu vrt, respektive soustavu vrt˚u. Tepeln´e ˇcerpadla bylo vybr´ano jako zdroj tepla tak´e proto, ˇze se jedn´a o obnoviteln´y zdroj energie. D´ale nevyˇzaduje velkou ´udrˇzbu a jeho uˇz´ıvan´ı je snadn´e, kromˇe toho nezneˇciˇst’uje ˇ
zivotn´ı prostˇred´ı, jako je tomu v pˇr´ıpadˇe zdroj˚u tepla, kter´a spaluj´ı fosiln´ı paliva.
Varianta tepeln´eho ˇcerpadla typu vzduch - voda byla zam´ıtnuta, [1] nebot’
nedok´aˇze plnˇe hradit potˇrebnou dod´avku tepeln´e energie (jedn´a se o biva- lentn´ı zdroj tepla). Je tedy nutn´e zaˇradit pomocn´y zdroj tepla (ˇcasto se k variantˇe tepeln´eho ˇcerpadla zemˇe - voda pouˇz´ıv´a elektrokotel nebo plynov´y kotel). Z tˇechto d˚uvod˚u vyhr´ala varianta zemˇe - voda. Odpadaj´ı t´ım tak´e revize pomocn´eho zdroje tepla. Pro d˚um nen´ı potˇrebn´a plynov´a pˇr´ıpojka.
2.3.2 Podlahov´ e vyt´ apˇ en´ı
Teplovodn´ı podlahov´e vyt´apˇen´ı patˇr´ı do kategorie velkoploˇsn´ych vyt´apˇen´ı[1], kter´a se vyznaˇcuj´ı pˇredevˇs´ım t´ım, ˇze pˇrenos tepla do m´ıstnosti je z vˇetˇs´ı ˇc´asti formou s´al´an´ı u podlahov´e varianty je to pˇribliˇznˇe s´al´an´ı 55 : 45 % konvekc´ı.
Povrchov´a teplota otopn´e plochy (v tomto pˇr´ıpadˇe podlahy) je pomˇernˇe n´ızk´a, proto i teplota otopn´e vody je niˇzˇs´ı. Pˇri projektov´an´ı podlahov´e otopn´e plochy postupujeme tak, ˇze tepeln´y v´ykon otopn´e plochy plnˇe pokryje te- pelnou ztr´atu m´ıstnosti a z´aroveˇn stˇredn´ı povrchov´a teplota podlahy nesm´ı pˇrekroˇcit hodnoty dan´e hygienick´ymi pˇredpisy.
Dalˇs´ı nesporou v´yhodami tohoto typu vyt´apˇen´ı jsou estetika (nikde na uˇziva- tele domu nekoukaj´ı ˇz´adn´e trubky ani otopn´a tˇelesa vˇse je schov´ano), pro- storov´e rozloˇzen´ı teplot je nejbl´ıˇze ide´aln´ımu pr˚ubˇehu (ve vertik´aln´ım i hori- zont´aln´ım smˇeru) viz. obr. 2.15 a 2.16, t´ım je dosaˇzena dobr´a tepeln´a pohoda.
Objektivn´ı teplota m´ıstnosti m˚uˇze b´yt niˇzˇs´ı, protoˇze pocitov´e vn´ım´an´ı tep- loty je o nˇeco v´yˇse d´ıky komplexn´ımu p˚usoben´ı infraˇcerven´eho z´aˇren´ı.
Rozvadˇeˇce podlahov´eho vyt´apˇen´ı jsou osazeny pˇr´ım´ymi termoelektrick´ymi pohony MT8-024-N0-2.5M. Pˇri v´ypadku elektˇriny z˚ustane topn´y okruh ote- vˇren´y. Vizu´aln´ı indik´ator ukazuje polohu ventilu a nastaven´ı (otevˇreno / uzavˇreno) [20].
Obr´azek 2.15: Vertik´aln´ı pr˚ubˇeh teploty[1]
Obr´azek 2.16: Hori- zont´aln´ı pr˚ubˇeh tep- loty[1]
I. ide´alnˇe poˇzadovan´y pr˚ubˇeh II. podlahov´e vyt´apˇen´ı
III. ˇcl´ankov´e otopn´e tˇeleso IV. stropn´ı vyt´apˇen´ı
Obr´azek 2.17: Schema zapojen´ı soustavy otopn´e vody
2.4 Pasivn´ı chlazen´ı
”Do vnitˇrn´ıch prostor pˇrich´azej´ı tepeln´e zisky, kter´e podle jejich p˚uvodu dˇel´ıme do dvou skupin: tepeln´e zisky od vnitˇrn´ıch zdroj˚u tepla, tepeln´e zisky z vnˇejˇs´ıho prostˇred´ı. Zdroje tepla produkuj´ı tepelnou energii, zp˚usobuj´ıc´ı pˇr´ım´e zv´yˇsen´ı teploty vzduchu formou tepeln´e z´atˇeˇze citeln´ym teplem. Lid´e, nˇekter´e v´yrobn´ı procesy a vzduch produkuj´ı nebo obsahuj´ı vodn´ı p´ary (vlhkost), kter´e v´aˇz´ı ˇc´ast tepla, ˇc´ımˇz vytv´aˇrej´ı tepelnou z´atˇeˇz v´azan´ym teplem.“ [16]
”K vnitˇrn´ım zdroj˚um tepla patˇr´ı produkce tepla lid´ı, sv´ıtidel, stroj˚u, prostup tepla ze sousedn´ıch m´ıstnost´ı, pˇr´ıpadnˇe tepeln´e zisky do v´yrobn´ı technologie.
“ [16]
”Tepeln´e zisky z vnˇejˇs´ıho prostˇred´ı tvoˇr´ı tepeln´e toky, pˇrich´azej´ıc´ı vlivem prostupu sluneˇcn´ı radiace pˇres konstrukce stˇen, strop˚u, zasklen´e plochy oken, dveˇr´ı a p˚usoben´ım infiltrace vnˇejˇs´ıho vzduchu.“ [16]
”Tepeln´e zisky z vnˇejˇs´ıho prostˇred´ı, pˇredevˇs´ım tepeln´e zisky od oslunˇen´ı maj´ı rozhoduj´ıc´ı vliv na tepelnou z´atˇeˇz budov – vliv tˇechto zisk˚u vzr˚ust´a s veli- kost´ı prosklen´ych ploch objektu. Okna, jejich proveden´ı, orientace ke svˇetov´ym stran´am a st´ınˇen´ı maj´ı podstatn´y vliv na tepelnou pohodu v objektu. Tˇemto ˇ
c´astem stavy je tedy tˇreba vˇenovat mimoˇr´adnou pozornost.“ [16]
”Tepeln´y tok okny m´a dvˇe sloˇzky – prostup tepla konvenc´ı a prostup tepla sluneˇcn´ı radiac´ı. Prostup tepla konvenc´ı, jehoˇz velikost z´avis´ı na ploˇse oken a souˇciniteli prostupu tepla (ˇc´ım je kvalitnˇejˇs´ı zasklen´ı okna, t´ım je souˇcinitel niˇzˇs´ı) m´a pˇri oslunˇen´ı jen mal´y v´yznam. Podstatnou ˇc´ast tepeln´eho toku okny tedy tvoˇr´ı prostup tepla sluneˇcn´ı radiac´ı, jehoˇz hodnota z´avis´ı pˇredevˇs´ım na velikosti oslunˇen´eho povrchu okna a na hodnotˇe st´ın´ıc´ıho souˇcinitele
”s“.
St´ın´ıc´ı souˇcinitel vyjadˇruje, jak´a ˇc´ast radiace proch´az´ı sledovan´ym oknem v porovn´an´ı se standardn´ım oknem s jednoduch´ym sklem. Velikost st´ın´ıc´ıho souˇcinitele
”s“ z´avis´ı na druhu pouˇz´ıvan´eho prosklen´ı a druhu pouˇzit´eho st´ın´ı- c´ıho prostˇredku. Pˇri kombinaci nˇekolika zp˚usob˚u st´ınˇen´ı se z´ısk´av´a hodnota st´ın´ıc´ıho souˇcinitele
”s“ vyn´asoben´ım hodnot d´ılˇc´ıch, tj.“ [16]
s = s1 x s2 x . . . .. x sn
Obr´azek 2.18: Pronikl´a a odraˇzen´a sluneˇcn´ı radiace [16]
A - vnˇejˇs´ı ˇzaluzie - lamely 45◦ svˇetl´e B - dvojit´e sklo
C - sluneˇcn´ı z´aˇren´ı D - odraz
”Jednoznaˇcn´e stanoven´ı hodnoty sn´ıˇzen´ı vnitˇrn´ı teploty prostoru vˇsak nen´ı moˇzno stanovit v´ypoˇctem – tuto hodnotu je moˇzno zjistit pouze mˇeˇren´ım vnitˇrn´ı teploty pˇred a po instalaci st´ın´ıc´ıch prostˇredk˚u.“ [16]
Venkovn´ı ˇzaluzie jsou uloˇzeny v roletov´em boxu viz obr. 2.19. Jsou tak chr´anˇen´y pˇred poryvy vˇetru a dalˇs´ı nepˇr´ızn´ı poˇcas´ı. Proveden´ı bylo navrˇzeno tak, aby roletov´y box nevyˇcn´ıval z roviny stˇeny budovy a nehyzdil tak jej´ı vzhled viz 2.20. Pomˇer pronikl´eho a odraˇzen´eho z´aˇren´ı zn´azorˇnuje obr. 2.18 Jelikoˇz venkovn´ı ˇzaluzie jsou souˇc´ast´ı inteligentn´ıho ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu bu- dovy, jsou ˇr´ızeny nikoli klikou, n´ybrˇz motorem. Motor lze ovl´adat dvoj´ım zp˚usobem. Prvn´ım z nich je elektronick´y sp´ınaˇc, kter´y slouˇz´ı k ovl´ad´an´ı
motoru osobami pˇr´ımo. Druh´y zp˚usob zajiˇst’uje inteligentn´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotka, kter´a na z´akladˇe obdrˇzen´ych informac´ı vyhodnot´ı, zda ˇzaluzie st´ahnout nebo vyt´ahnout. Ovl´ad´an´ı osobami m´a pˇrednost pˇred ovl´ad´an´ım ˇzaluzi´ı z ˇr´ıd´ıc´ı jednotky.
Obr´azek 2.19: Zaluzieˇ kryt´e v roletov´em boxu [17]
Obr´azek 2.20: Proveden´ı roletov´eho boxu zkosen´y 20◦ [17]
Kapitola 3
R´ızen´ı technick´ ˇ eho zaˇ r´ızen´ı
3.1 Uvod ´
Jiˇz pˇri n´avrhu ˇr´ızen´ı chytr´eho domu mus´ı b´yt jasn´e poˇzadavky na vnitˇrn´ı prostˇred´ı. Od tohoto z´akladn´ıho kamene se m˚uˇzeme odrazit d´ale. Zp˚usob˚u, jak realizovat dan´e poˇzadavky na vnitˇrn´ı klima, je v´ıce, proto mus´ıme vˇzdy k dan´emu projektu zohledˇnovat mnoho faktor˚u. Pˇri navrhov´an´ı bychom si mˇeli uvˇedomit, jak´e technologie jsou na budovˇe realizovateln´e a jak´e moˇznosti nab´ız´ı okol´ı budovy.
V duchu udrˇziteln´eho rozvoje upˇrednostˇnujeme obnoviteln´e zdroje energi´ı.
Obnoviteln´e zdroje dod´avaj´ıc´ı energie do budovy pˇrisp´ıvaj´ı k jej´ı samostat- nosti a t´ım menˇs´ı m´ıˇre z´avislosti na veˇrejn´ych s´ıt´ıch. Je vˇsak bl´ahov´e se domn´ıvat, ˇze v bl´ızk´e dobˇe vˇetˇsina budov bude elektricky nez´avisl´a. Na dru- hou stranu jist´a m´ıra prov´azanosti by mˇela b´yt zachov´ana, aby zde byla moˇznost pro dan´y uzel s´ıtˇe moˇznost chovat se jednou jako spotˇrebitel a po- druh´e jako producent.
Syst´emy domu by mˇely b´yt prov´az´any a kooperovat v symbi´oze. Jako v pˇr´ırodˇe jsou jednotliv´e organizmy prov´az´any mezi sebou a doplˇnuj´ı se, t´ım se jej´ıch ˇzit´ı st´av´a snadnˇejˇs´ı a mnohdy i pohodlnˇejˇs´ım. Naopak v pˇr´ıpadˇe parazitov´an´ı ˇci soupeˇren´ı mnohdy trat´ı obˇe strany, v ˇz´adn´em pˇr´ıpadˇe by technologie nemˇely j´ıt proti sobˇe. Napˇr´ıklad syst´emu chlazen´ı a vyt´apˇen´ı by mˇel b´yt nadˇrazen ˇr´ıd´ıc´ı syst´em, kter´y rozhoduje, kdy a co uv´est do chodu - t´ım je eliminov´ano pˇretahov´an´ı syst´em˚u.
3.2 Spojitost mezi syst´ emy
Kaˇzd´y podsyst´em by mˇel b´yt schopen pracovat samostatnˇe, a to v m´ıˇre, jeˇz mu dovoluje technologick´e proveden´ı. Pˇri poruˇse nekl´ıˇcov´eho zaˇr´ızen´ı by mˇel b´yt syst´em schopen st´ale ˇr´ıdit vnitˇrn´ı klima budovy. ˇR´ıd´ıc´ı program by tedy mˇel obsahovat sc´en´aˇre, jak postupovat v pˇr´ıpadech poruchy zaˇr´ızen´ı. Je to d˚uleˇzit´e, nebot’ nen´ı ˇz´adouc´ı, aby napˇr. pˇri rozbit´ı teplomˇeru v m´ıstnosti pˇrestal syst´em fungovat. Samozˇrejmˇe mus´ı b´yt d´ana informace uˇzivateli, ˇze doˇslo k poruˇse. Dan´a sekce se pot´e bude ˇr´ıdit nouzov´ym sc´en´aˇrem, a to do doby zjedn´an´ı n´apravy. ˇR´ıd´ıc´ı syst´em mus´ı b´yt navrhnut tedy maxim´alnˇe robustnˇe, pˇri zachov´an´ı spr´avnˇe funkce syst´emu.
3.3 Propojenost podsyst´ em˚ u
Kombinac´ı otopn´eho syst´emu v proveden´ı podlahov´eho vyt´apˇen´ı, jeˇz je zde z´astupcem pˇrev´aˇznˇe s´alav´ych otopn´ych syst´em˚u a vˇetrac´ıho syst´emu bu- dovy, je zajiˇst’ov´ana tepeln´a pohoda ve vˇsech m´ıstnostech budovy, kde je pˇredpokl´ad´an dlouhodob´y pobyt uˇzivatel˚u domu. D´ıky pˇrev´aˇznˇe s´alav´emu zp˚usobu vyt´apˇen´ı byla projektov´ana teplota v m´ıstnostech 20◦C (kromˇe kou- pelen - v tˇech byla zvolena teplota vyˇsˇs´ı, to je zajiˇstˇeno hustˇejˇs´ım uspoˇr´ad´an´ım otopn´eho hada podlahov´eho vyt´apˇen´ı). Pˇri s´alav´em zp˚usobu vyt´apˇen´ı je dosaˇzeno tepeln´e pohody pˇri niˇzˇs´ım teplot´ach. D˚usledkem je menˇs´ı potˇreba dod´avky tepla - tedy ´uspora energie, jak tepeln´e tak elektrick´e, kter´a je spjata s provozem integrovan´ych zaˇr´ızen´ı v syst´emu.
Zdroj tepla pro podlahov´e vyt´apˇen´ı z´aroveˇn obsluhuje i dva dalˇs´ı okruhy.
Prvn´ım z nich je okruh, kter´y zajiˇst’uje ohˇrev vody v z´asobn´ıku. Pokud by uˇzivatel´e domu potˇrebovali teplotu vody v z´asobn´ıku vyˇsˇs´ı neˇz 60◦C (ma- xim´aln´ı teplota vody pro okruh) mohou vyuˇz´ıt instalovan´eho elektrick´eho ohˇr´ıvaˇce, kter´y dorovn´a rozd´ıl mezi aktu´aln´ı a poˇzadovanou teplotu vody v z´asobn´ıku. Posledn´ı tˇret´ı okruh tepeln´eho ˇcerpadla pln´ı ´ulohu z´asobitele tepla teplovodn´ımu ohˇr´ıvaˇci vzduchu instalovan´eho za VZT jednotkou ve smˇeru pˇr´ıvodu ˇcerstv´eho vzduchu. Zde je viditeln´a prov´azanost VZT jednotky a te- peln´eho ˇcerpadla. Pro spr´avnou souhru tˇechto zaˇr´ızen´ı slouˇz´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotka.
Ta komunikuje obousmˇernˇe s tˇemito zaˇr´ızen´ımi.
3.4 Popis chov´ an´ı
V dobˇe zejm´ena letn´ıch mˇes´ıc˚u je nutn´e budovu chladit. Z toho plyne, ˇze te-
a osob samotn´ych) jsou odv´adˇeny nejvˇetˇs´ı mˇerou proudˇen´ım vzduchu v domˇe, ty se v domˇe vytv´aˇr´ı pˇri jeho uˇz´ıv´an´ı a prakticky jim nejde zamezit. Tepeln´e zisky vstupuj´ıc´ı do budovy zvenˇc´ı jsou zde zastoupeny pˇredevˇs´ım v podobˇe sol´arn´ıch tepeln´ych zisk˚u, toto neˇz´adouc´ı teplo je pˇren´aˇseno s´al´an´ım, proto zde byly navrhnuty venkovn´ı ˇzaluzie, kter´e velkou mˇerou zabraˇnuj´ı vnik´an´ı sol´arn´ı radiace do budovy 2.18. Tento pasivn´ı zp˚usob chlazen´ı sniˇzuje tepel- nou z´atˇeˇz budovy.
Pˇriv´adˇen´y ˇcerstv´y vzduch zvenˇc´ı je ochlazov´an v zemn´ım kolektoru (zemn´ı kolektor pln´ı v tepl´ych mˇes´ıc´ıch funkci chladiˇce ˇcerstv´eho vzduchu), pr´avˇe tady se ukazuje v´yhoda tohoto ˇreˇsen´ı protimrazov´e ochrany VZT jednotky.
V otopn´e obdob´ı nast´av´a situace opaˇcn´eho charakteru, je nutn´e hradit te- peln´e ztr´aty. ˇCerstv´y vzduch je v tomto obdob´ı pˇredehˇr´ıv´an v zemn´ım ko- lektoru, d´ale je ohˇr´ıv´an v kˇr´ıˇzov´em v´ymˇen´ıku tepla ve VZT jednotce za ni n´asleduje teplovodn´ı ohˇr´ıvaˇc, kter´y uprav´ı teplotu vzduchu na poˇzadovanou hodnotu. Vyt´apˇec´ı syst´em domu je rozdˇelen do skupin (patra) a podskupin (m´ıstnost´ı, ve 3.NP (nadzemn´ım podlaˇz´ı se nach´az´ı v´ıcepokojov´a m´ıst- nost), v kaˇzd´e podskupinˇe je mˇeˇrena teplota. Tato data jsou odesl´any do ˇr´ıd´ıc´ı jed- notky, kter´a je vyhodnot´ı. Po vyhodnocen´ı dat n´asleduje reakce, a to ve formˇe nastaven´ı polohy ventilu, kter´y m´a na starost danou podskupinu. O toto se staraj´ı teplomˇer, ˇr´ıd´ıc´ı jednotka, patrov´y rozvadˇeˇc podlahov´eho vyt´apˇen´ı a tepeln´e ˇcerpadlo. Spojen´ı tˇechto ˇctyˇr zaˇr´ızen´ı d´av´a dohromady otopn´y syst´em domu.
O spr´avnou souhru podsyst´em˚u se star´a ˇr´ıd´ıc´ı syst´em s hierarchick´ym pˇr´ıstu- pem. Jedn´a se o propojen´ı ˇclen˚u jednotliv´ych podsyst´em˚u v jeden celek. Jed- notliv´e ˇc´asti syst´emu jsou ovl´ad´any pˇr´ımo ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou nebo je pˇred´ana informace ˇr´ızen´ı podsyst´emu a ten jiˇz s´am zjedn´a z´asah. Detailnˇejˇs´ı popis je v kapitole 3.5 ˇR´ızen´ı a kooperace podsyst´em˚u , r´amcovou popis ˇr´ızen´ı a v´ymˇeny informac´ı zn´azorˇnuje obr´azek. 3.2.
3.5 R´ızen´ı a kooperace podsyst´ ˇ em˚ u
3.5.1 R´ızen´ı VZT syst´ ˇ emu
Potˇreba objemov´eho pr˚utoku vzduchu je pro kaˇzdou m´ıstnost specifick´a(kolik ˇ
cerstv´eho vzduchu je tˇreba pˇriv´est do m´ıstnosti, z´aleˇz´ı pˇredevˇs´ım na odha- dovan´em mnoˇzstv´ı osob), tomu jsou uzp˚usobeny i rozvody VZT syst´emu.
Kolik vzduchu je nutn´e pˇriv´est do jednotliv´ych pater a m´ıstnosti domu je na
zn´azornˇeno na obr´azku 3.1. Toto rozdˇelen´ı je nutn´e, nebot’ se z nˇej urˇc´ı, o kolik je potˇreba upravit objemov´y pr˚utok (pomˇerem ku maxim´aln´ımu pro- jektovan´emu objemov´emu toku vzduchu urˇc´ıme, o kolik procent z maxima je nutn´e sn´ıˇzit nebo zv´yˇsit hodnotu aktu´aln´ıho toku vzduchu), v podstatˇe jde o zmˇenu rychlosti ot´aˇcek ventil´ator˚u VZT jednotky. Pro spr´avn´y chod syst´emu je podstatn´e mˇeˇren´ı koncentrace oxidu uhliˇcit´eho v m´ıstnostech. Pr´avˇe d´ıky tˇemto informac´ım ˇr´ıd´ıc´ı syst´em urˇc´ı, kam a kolik ˇcerstv´eho vzduchu smˇeˇrovat.
Potrub´ı vzduchotechnick´eho syst´emu je navrˇzeno tak, aby rychlost proudˇen´ı vzduchu byla pokud moˇzno stejn´a ve vˇsech ˇc´astech rozvodn´e s´ıtˇe (za kaˇzdou fin´aln´ı vˇetv´ı, kter´a pˇriv´ad´ı vzduch do m´ıstnosti, n´asleduje z´uˇzen´ı potrub´ı).
Fin´aln´ı odboˇcky jsou vybaveny vzduchotechnick´ymi klapkami, jeˇz smˇeˇruj´ı proud vzduchu, pouze do m´ıstnost´ı, kde je ho tˇreba viz obr´azek 2.8.
V pr˚ubˇehu otopn´e obdob´ı je vzduch nas´av´an skrze podzemn´ı vzduchov´y ko- lektor. Je to nutn´e, nebot’ VZT jednotka nem´a jinou protimrazovou ochranu a z´aroveˇn je ˇsetˇrena energie nutn´a k ohˇrevu vzduchu na poˇzadovanou hodnotu.
Pˇri pˇrechodn´em obdob´ı, kdy jiˇz teplota venkovn´ıho vzduchu pˇresahuje tep- lotu zemsk´eho masivu (v hloubce uloˇzen´ı kolektoru), je energeticky v´yhodnˇejˇs´ı br´at ˇcerstv´y vzduch pˇr´ımou cestou a nikoli pˇres kolektor (vzduch z venku m´a vyˇsˇs´ı teplotu neˇz v´ystupn´ı vzduch kolektoru).
V dalˇs´ı variantˇe pˇrich´az´ı ke slovu by-pass ve VZT jednotce, a to kdyˇz tep- lota venkovn´ıho vzduchu je stejn´a (v intervalu plus m´ınus desetiny stupnˇe Celsia). Kdyˇz uˇz venkovn´ı teplota je dosti vysoko nad poˇzadovanou teplotou klimatu v budovˇe, je pˇriv´adˇen´y vzduch m´ısen, a to VZT klapkami na pˇr´ıvodu vzduchu pˇres zemn´ı kolektor a na pˇr´ım´e nas´avac´ı cestˇe. T´ım je dosaˇzeno poˇzadovan´e teploty pˇr´ıvodn´ıho vzduchu, kter´y jiˇz d´al nen´ı tˇreba upravovat.
Model chov´an´ı je zn´azornˇen na v´yvojov´em diagramu viz obr´azek. 3.4.
V pr˚ubˇehu otopn´eho obdob´ı m˚uˇze doj´ıt i k situaci, kdy venkovn´ı teplota je niˇzˇs´ı, neˇz na jakou byl syst´em domu dimenzov´an. Takov´ychto dn´ı je velmi m´alo, ale je nutn´e s nimi poˇc´ıtat a pˇripravit se na nˇe. V pr˚ubˇehu trv´an´ı ta- kov´ychto extr´emnˇe n´ızk´ych teplot by protimrazov´a ochrana VZT jednotky nemusela staˇcit (ta je projektov´ana pro pln´y projektovan´y v´ykon VZT jed- notky tedy 700 m3/h), proto ˇr´ıd´ıc´ı syst´em pˇrejde do ”extr´emn´ıho zimn´ıho m´odu”a sn´ıˇz´ı projektovan´e maximum pr˚utoku vzduchu ´umˇernˇe n´ızk´e ven- kovn´ı teplotˇe, aby byla udrˇzena teplota, pˇri n´ıˇz je jeˇstˇe zaruˇcen bezprobl´emov´y chod VZT jednotky (nesm´ı doj´ıt k namrz´an´ı).
Obr´azek 3.1: Rozdˇelen´ı v´ykon VZT jedntoky
3.5.2 R´ızen´ı okruh˚ ˇ u otopn´ e vody
Srdcem vyt´apˇec´ıho syst´emu je tepeln´e ˇcerpadlo, kter´e ˇr´ıd´ı tˇri na sobˇe nez´avis- l´e okruhy. Jedn´ım z nich je ohˇrev vody v akumulaˇcn´ı n´adobˇe, ten pro n´as v tuto chv´ıli nen´ı z hlediska ˇr´ızen´ı vnitˇrn´ıho klimatu budovy podstatn´y. Dalˇs´ı okruh reguluje teplotu otopn´e vody pro podlahov´e vyt´apˇen´ı. To uˇz v´yznamn´e z tohoto pohledu je. V kaˇzd´e m´ıstnosti je mˇeˇrena teplota, aktu´aln´ı hodnota t´eto veliˇciny je odes´ıl´ana do centr´aln´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotky, ta m´a informaci o tom, od kter´eho senzoru pˇriˇsla informace a pokud je nutn´y z´asah, tak ˇr´ıd´ıc´ı jed- notka urˇc´ı, kter´y otopn´y okruh regulovat pomoc´ı inteligentn´ıho patrov´eho rozvadˇeˇce otopn´e vody.
Chov´an´ı tˇret´ıho okruhu je spjato s VZT jednotkou, tento okruh z´asobuje tep- lovodn´ı ohˇr´ıvaˇc vzduchu. Zde je nutn´y pˇrenos informac´ı mezi z´uˇcastnˇen´ymi strany. Kdyˇz uˇz nestaˇc´ı zpˇetn´e z´ısk´av´an´ı tepla (kˇr´ıˇzov´y v´ymˇen´ık tepla ve VZT jednotce), je do ˇcinnosti syst´emu zapojen teplovodn´ı ohˇr´ıvaˇc vzduchu.
Informaci o aktu´aln´ı teplotˇe vzduchu pod´av´a teplomˇer v tˇesn´e bl´ızkosti za teplovodn´ım ohˇr´ıvaˇcem. Z odchylky ˇz´adan´e a aktu´aln´ı hodnoty teploty je urˇcena teplota vody okruhu proud´ıc´ı teplovodn´ım ohˇr´ıvaˇcem. V´ypoˇcet je pro- veden v ˇr´ıd´ıc´ı jednotce, ta pot´e vyd´a povel tepeln´emu ˇcerpadlu.
Pokud v letn´ım obdob´ı nestaˇc´ı klasick´e vˇetr´an´ı v kombinaci s pasivn´ım chla- zen´ım (v podobˇe venkovn´ıch ˇzaluzi´ı), pˇrich´az´ı ke slovu intenzivnˇejˇs´ı provˇetr´a- n´ı. To se dˇeje vˇsude tam, kde teplota m´ıstnosti pˇresahuje nastaven´e hodnoty.
Ve fin´aln´ıch vˇetv´ıch VZT syst´emu, kde jsou hodnoty teploty vyˇsˇs´ı, dojde k otevˇren´ı klapek v ostatn´ıch fin´aln´ıch vˇetv´ı dojde k uzavˇren´ı klapek, t´ım jsou otevˇreny cesty pouze do m´ıstnost´ı se zvˇetˇsenou tepelnou z´atˇeˇz´ı. T´ım je doc´ıleno rovnomˇern´eho rozloˇzen´ı teplot v budovˇe. Vzduch je spoleˇcnou l´atkou pro vˇsechny m´ıstnosti v domˇe - v tom je jeho dvouseˇcnost.
3.5.3 R´ızen´ı venkovn´ıch ˇ ˇ zaluzi´ı
Pro uchov´an´ı vnitˇrn´ı teploty budovy v letn´ım obdob´ım slouˇz´ı tak´e ven- kovn´ı ˇzaluzie. Prim´arn´ı funkc´ı tˇechto ˇzaluzi´ı je zabr´anit vniku tepla ve formˇe sluneˇcn´ıho z´aˇren´ı do m´ıstnosti. Ovl´ad´an´ı ˇzaluzi´ı je integrovan´e v ˇr´ıd´ıc´ım syst´emu, avˇsak pokud uˇzivatel´e m´ıstnosti chtˇej´ı m´ıt v m´ıstnosti tepleji neˇz je projektov´ano napˇr. kv˚uli teplotn´ımu skoku pˇri opuˇstˇen´ı budovy nebo jenom chtˇej´ı v´ıce denn´ıho svˇetla, ˇzaluzie uvedou do poˇzadovan´e polohy, tato akce m´a pˇrednost pˇred syst´emov´ym ovl´ad´an´ım. Ovl´adac´ı syst´em d´ıky akci osob pozn´a, ˇze n´ar˚ust teploty v m´ıstnosti je chtˇen´y.
Mus´ı b´yt zde stanoven´e limity, po pˇrekroˇcen´ı t´eto hranice d´a ˇr´ıd´ıc´ı syst´em po- vel k ochlazen´ı m´ıstnosti. Pro udrˇzen´ı vnitˇrn´ıho klimatu budovy nen´ı ˇz´adouc´ı, aby jedna ˇc´ast domu vykazovala teplotn´ı v´ykyv. Vzduch v domˇe je jinou ces- tou ods´av´an a proch´az´ı jin´ymi m´ıstnostmi, tud´ıˇz by neˇz´adouc´ı teplo bylo rozv´adˇeno po dalˇs´ıch ˇc´astech. Pro dalˇs´ı den opˇet pˇreb´ır´a ovl´ad´an´ı ˇr´ıd´ıc´ı syst´em (pˇres noc doch´az´ı k anulaci priority ovl´ad´an´ı uˇzivatelem), a to aˇz do doby, neˇz se osoba v m´ıstnosti ujme ovl´ad´an´ı ˇzaluzi´ı.
3.5.4 Propojen´ı podsyst´ em˚ u
R´ızen´ı je ˇˇ clenˇeno hierarchicky, tedy rozhodnut´ı, zda je nutn´e prov´est z´asah uˇcin´ı hlavn´ıˇr´ıd´ıc´ı jednota. Ta bud’ pˇr´ımo ovl´ad´a elementy syst´emu (napˇr´ıklad vzduchotechnick´e klapy) nebo pˇred´a pokyn k z´asahu ˇr´ıd´ıc´ı jednotce pod- syst´emu, ta jiˇz pˇr´ımo ovl´ad´a regulaˇcn´ı ˇclen a dojde k proveden´ı z´asahu. Jako hlavn´ı ˇr´ıd´ıc´ı jednotka byl zvolen PLC Foxtrot (programovateln´y automat, z anglick´eho PLC - Programmable Logic Controller) od firmy Teco a.s.
ŘÍDÍCÍ JEDNOTKA
VZT JEDNOTKA
TEPELNÉ ČERPADLO
ZÁSOBÍK TEPLÉ VODY TEPLOVODNÍ
OHŘÍVAČ VZDUCHU
OTOPNÁ VODA
ROZVADĚČ PODLAHOVÉHO
VYTÁPĚNÍ 2.NP
ROZVADĚČ PODLAHOVÉHO
VYTÁPĚNÍ 3.NP
MĚŘÍCÍ MODUL CO2+
TEPLOTA MĚŘÍCÍ MODUL CO2+
TEPLOTA
VENKOVNÍ ŽALUZIE VZT
KLAPKY
Obr´azek 3.2: Propojen´ı technick´e zaˇr´ızen´ı budovy s centr´aln´ı jednotkou
3.5.5 V´ yvojov´ e diagramy
R´ıd´ıc´ı jednotka PLC Foxtrot vyhodnocuje z´ıskan´ˇ a data. Pravidla pro chov´an´ı syst´emu mus´ı b´yt pevnˇe zad´ana. Rozhodov´an´ı je ˇr´ızeno podm´ınkami. Volnˇe ˇreˇceno: Nastala podm´ınka xyz ? Kdyˇz ano proved’ pˇr´ıkaz A, kdyˇz ne proved’
pˇr´ıkaz B. Syst´em domu se tak dost´av´a do r˚uzn´ych stav˚u. N´avrh pr˚ubˇehu roz- hodov´an´ı a stav˚u je zn´azornˇen na obr.3.3 a obr.3.2. V prvn´ım pˇr´ıpadˇe reagu- jeme na data z´ıskan´ı z mˇeˇr´ıc´ıho modulu v m´ıstnosti (pod´av´a ´udaj o hladinˇe oxidu uhliˇcit´eho a teploty v m´ıstnosti). Ta jsou vyhodnocena a podle splnˇen´ı ˇ
ci nesplnˇen´ı podm´ınek syst´em pˇrejde do dalˇs´ıho stavu. Druh´y v´yvojov´y di- agram zachycuje chov´an´ı VZT jednotky a jej´ı reakce na obdrˇzen´e informace od mˇeˇr´ıc´ıch modul˚u doruˇcen´e pˇres ˇr´ıd´ıc´ı jednotku.
POČÁTEČNÍ STAV
CO2 VZT JEDNOTKYSNIŽ VÝKON SNÍŽENO KLAPKUZAVŘÍT
BEZ AKCE
ANO
NE
OTEVŘÍT KLAPKU
ANO
OTEVŘENO
NE
PORUCHA
NE ANO
ANO
ANO
ANO
NE
NE NE
TEPLOTAANO MEZ 1 NE MEZ 2 ANO NE
OTVÍREJ OKRUH POKOJE
ANO
TOPNÁ SEZÓNA
NE NE
ZAVÍREJ OKRUH POKOJE
STÁHNOUT ROLETY
OTEVŘÍT KLAPKU
ANO ZINTENZIVNI
VĚTRÁNÍ
ANO
OTEVŘENONE BEZ AKCE ZVYŠ VÝKON
VZT JEDNOTKY VYHODNOCENÍ
PORUCHY
MEZ 1 MEZ 2
Obr´azek 3.3: V´yvojov´y diagram konceptu´aln´ıho programu ovl´ad´an´ı m´ıstnosti
POČÁTEČNÍ STAV
PORUCHA
NE
ANO VYHODNOCENÍ PORUCHY
BY-PASS
NE ANO
OTEVŘÍT
ZAVŘÍT
UPRAVIT PRŮTOK
NE ANO
PŘIDAT
NE
ANO
ZVYŠ OTÁČKY
UBRAT
NE
ANO
SNIŽ OTÁČKY
UPRAVIT TEPLOTU
NE ANO
PŘIDAT
NE
ANO
ZVYŠ TEPLOTU VZDUCHU
UBRAT
NE
ANO
SNIŽ TEPLOTU VZDUCHU CESTA
PŘES KOLEKTOR VYHODNOCENÍ
VENKOVNÍ TEPLOTY PŘÍMÁ
CESTA
MÍŠENÍ
Obr´azek 3.4: V´yvojov´y diagram konceptu´aln´ıho chov´an´ı VZT jednotky
Pˇri rozhodov´an´ı, kdy se program dotazuje na hodnotu mˇeˇren´e veliˇciny, se bˇeˇznˇe vyskytuj´ı z´akmity. Proto se zav´ad´ı p´asmo necitlivosti. To je zde re- alizov´ano ˇcasovou filtrac´ı. Slovy: trv´a-li pˇrekroˇcen´ı mezn´ı hodnotu d´ele neˇz nastaven´e ˇcasov´e okno, potom proved’ akci. Pokud dojde k navr´acen´ı mˇeˇren´e veliˇciny pod mezn´ı hodnotu, z´asah se neprovede. Po tomto opatˇren´ı jednak doch´az´ı k m´enˇe ˇcast´emu sp´ın´an´ı zaˇr´ızen´ı, tud´ıˇz se m´enˇe opotˇrebov´avaj´ı a za druh´e se t´ım eliminuj´ı faleˇsn´a sp´ın´an´ı.
V´yvojov´e diagramy ukazuj´ı typov´e chov´an´ı syst´emu. Byla zde d´ana pˇrednost tomu, jak by mˇel program vypadat. Programovac´ıch jazyk˚u je mnoho a z´aleˇz´ı na program´atorovi, kter´y si vybere pro svoj´ı pr´aci. Jde tedy o ”ˇsablonu”pro- gramu.
Jazyky, kter´e jsou ”podobn´e”v´yvojov´ym diagram˚um jsou SFC a GRAFCET.
Pouˇz´ıvaj´ı se pˇri programov´an´ı PLC jednotek. Tyto jazyky ˇcasem budou v´ıce z´ısk´avat na popularitˇe. Umoˇzˇnuj´ı grafick´e organizov´an´ı programu, ten t´ım st´av´a pro program´atora pˇrehlednˇejˇs´ı.
Kapitola 4
Konfigurace ˇ r´ıd´ıc´ıho syst´ emu
V´ykresy s rozvody kabel´aˇze k ovl´adan´ym a ˇr´ıd´ıc´ım zaˇr´ızen´ım jsou na v pˇr´ıloze A.
4.1 R´ıd´ıc´ı syst´ ˇ emu Tecomat Foxtrot
Firma Teco a.s. spolupracuje s nejr˚uznˇejˇs´ımi v´yrobci technick´ych zaˇr´ızen´ı bu- dov od podnik˚u zab´yvaj´ıc´ıch se vyt´apˇen´ı, chlazen´ım, vˇetr´an´ım, pˇres podniky zamˇeˇren´e na vyuˇzit´ı sol´arn´ı energie a mnoh´e dalˇs´ı. D´ıky t´eto spolupr´aci s ob- chodn´ımi partnery je ˇr´ıd´ıc´ı syst´em Tecomat Foxtrot rozˇs´ıˇren´y a integrov´an v mnoha produktech. Proto byl Tecomat Foxtrot vybr´an jako ˇr´ıd´ıc´ı syst´em, s lehkou nads´azkou se d´a ˇr´ıct, ˇze jde o skl´ad´an´ı inteligentn´ı stavebnice.
”Syst´em je pojat glob´alnˇe tak, aby ho mohli nasazovat firmy kdekoli ve svˇetˇe.
Z´aklad syst´emu Tecomat Foxtrot je pr˚umyslov´y. Na trh je uv´adˇen pro r˚uzn´e obory automatizace – pr˚umyslov´a automatizace, mˇeˇren´ı a regulace, automa- tizace budov, inteligentn´ı domy, vˇzdy jako pr˚umyslov´e PLC. To znamen´a, ˇze se jedn´a o mimoˇr´adnˇe spolehliv´y a odoln´y produkt s v´yjimeˇcnˇe dlouhou ˇzivotnost´ı. Syst´em je otevˇren´y a modul´arn´ı. Pˇres integrovan´y ethernet port jsou data obousmˇernˇe dostupn´a ˇradou standardizovan´ych protokol˚u, takˇze m˚uˇze slouˇzit nejenom jako ˇr´ıdic´ı prvek, ale tak´e jako komunikaˇcn´ı a da- tov´y uzel a spojovat daty nebo i ˇr´ıdit objekty ˇci technologie vzd´alen´e od sebe.
Pouˇzit´a technologie pˇr´ıstupu pˇres WEB str´anky dˇel´a syst´em Foxtrot nadˇcaso- v´y, protoˇze je kompatibiln´ı s t´emˇeˇr vˇsemi platformami PC, smartphone, tablet˚u, chytr´ych TV s web prohl´ıˇzeˇci a dalˇs´ımi. Funguje s prohl´ıˇzeˇci Internet Explo- rer, Firefox, Opera Safari, provozovan´y- mi pod operaˇcn´ımi syst´emy, Win- dows, Linux, iOS, Android, Bada, a dalˇs´ımi. D´ıky v´yˇse uveden´ym vlastnos- tem umoˇzˇnuje v´yjimeˇcnou flexibilitu v ˇreˇsen´ı individu´aln´ıch i opakovateln´ych
projekt˚u v oblasti tzv. inteligentn´ıch dom˚u a automatizace budov. Jedno- znaˇcn´ym trendem je integrace dosud oddˇelen´ych ˇc´ast´ı technick´eho zaˇr´ızen´ı bu- dov do jednotn´e struktury s moˇznost´ı d´alkov´eho pˇr´ıstupu, d´alkov´eho ovl´ad´an´ı a d´alkov´e spr´avy.“ [14]
”Syst´em Tecomat Foxtrot jako takov´y je stavebnic´ı, pˇrizp˚usobitelnou a rozˇsiˇri- telnou pˇresnˇe na m´ıru kaˇzd´eho projektu poˇctem i typem senzor˚u a aktor˚u, nebo jin´ymi slovy vstup˚u a v´ystup˚u dvoustavov´ych nebo spojit´ych. Sv´ym me- chanick´ym proveden´ım je syst´em modul´arn´ı a je kompatibiln´ı s moduly kla- sick´ych jistiˇc˚u. Je urˇcen do z´astavby v technick´em z´azem´ı domu a lze jej in- stalovat do bˇeˇzn´ych jistiˇcov´ych rozvodnic na DIN liˇstu. Propojen´ı centr´aln´ıho modulu syst´emu Tecomat Foxtrot s ostatn´ımi prvky lze projektovat s cent- ralizovanou kabel´aˇz´ı, kdy vˇsechny vstupy a v´ystupy jsou soustˇredˇeny do jed- noho ˇci v´ıce rozvadˇeˇc˚u, odkud vedou sn´ımac´ı a ovl´adac´ı kabely hvˇezdicovˇe ke kaˇzd´emu vyp´ınaˇci, svˇetlu, ˇzaluzii, ovl´adan´e z´asuvce apod. Protoˇze ale je syst´em sbˇernicov´y, je moˇzno jej projektovat s distribuovan´ymi aktory a sen- zory po 2 vodiˇcov´e sbˇernici CIB d´elky aˇz 400m. Sbˇernici je moˇzno libovolnˇe vˇetvit a nepotˇrebuje na sv´em konci ˇz´adn´e zakonˇcovac´ı prvky. Oba zp˚usoby lze libovolnˇe kombinovat.“ [14]
”Velmi d˚uleˇzit´e jsou jeho komunikaˇcn´ı schopnosti na ´urovni s´eriov´ych port˚u a ethernet/internet portu. Komunikuje s tepeln´ymi ˇcerpadly s plynov´ymi kotli, syst´emy ventilace a rekuperace, klimatizaˇcn´ımi jednotkami, s osvˇetlovac´ımi a ˇzaluziov´ymi syst´emy a komunikuje i s dom´ac´ımi spotˇrebiˇci. Syst´em je do- stateˇcnˇe otevˇren´y i na to, aby se pˇres pˇr´ısluˇsn´e rozhran´ı propojil i s jin´ymi syst´emy zaveden´ymi v oblasti inteligentn´ıch budov, pˇredevˇs´ım se syst´emem KNX, a t´ımto pˇripojen´ı pˇrinese k syst´emu KNX veˇsker´e v´yhody centr´aln´ıho ˇ
r´ızen´ı, funkc´ı a komunikace do venkovn´ıho svˇeta.“ [14]
”Pro velk´e aplikace je moˇzn´e jednotliv´e centr´aln´ı jednotky syst´emu Tecomat Foxtrot mezi sebou propojit jak s´eriov´ymi linkami, tak pˇredevˇs´ım po s´ıti Ether- net. Lze tak automatizovat libovolnˇe velk´e objekty, napˇr´ıklad hotely, adminis- trativn´ı budovy, sportovn´ı are´aly apod. Centr´aln´ı jednotky si mezi sebou pak vymˇeˇnuj´ı vz´ajemnˇe data, takˇze se celek chov´a jako jeden velk´y ˇr´ıdic´ı syst´em ovl´adan´y z dispeˇcinku napˇr´ıklad vizualizaˇc- n´ım syst´emem SCADA RELI- ANCE (Supervisory Control And Data Acquisition, tedy dispeˇcersk´e ˇr´ızen´ı a sbˇer dat) z poˇc´ıtaˇce. Cel´y syst´em Tecomat Foxtrot lze volnˇe naprogramovat dle standardu IEC 61131 (t´eˇz v ˇCSN, EN). Programovat lze i za chodu apli- kace, takˇze koncov´y z´akazn´ık nez˚ustane ani vteˇrinu bez ˇr´ızen´ı.“ [14]
z centr´aln´ıho modulu a perifern´ıch prvk˚u. D´ıky instalaˇcn´ı sbˇernici CIB – Common Installation BusR – vlastn´ımu ˇreˇsen´ı firmy Teco, a. s., kter´e je chr´anˇen´e uˇzitn´ym vzorem, umoˇz- ˇnuje v budov´ach velmi snadno pˇripojovat moduly inteligentn´ıch instalac´ı. Celkovˇe lze k jednomu centr´aln´ımu modulu (ˇr´ıdic´ı jednotka) pˇripojit aˇz 320 modul˚u na sbˇernici CIB.“ [14]
4.2 Hardwarov´ a sestava
Jedn´a se o modul´arn´ı syst´em. Jednotliv´e moduly jsou propojeny pomoc´ı sbˇernice CIB (Common Installation Bus) [14]. Tato sbˇernice je dvouvodiˇcov´a.
Srdcem cel´eho ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu je z´akladn´ı modul PLC Foxtrot CP-1000.
Pˇripojen´ı z´akladn´ıho modulu na CIB sbˇernici ukazuje obr. 4.1. Nap´ajec´ım zdrojem je modul DR-60-24. Pro instalaci sbˇernice byly navrˇzeny st´ınˇen´e kroucen´e kabely typu J-Y(St)Y1x2x0,8.
Obr´azek 4.1: Z´akladn´ıho modul Foxtrot CP-1000 k a jeho pˇr´ıpojen´ı na CIB linku [14]
”T´ımto ´usporn´ym dvouvodiˇcov´ym veden´ım je CIB sbˇernice (CIB moduly) nap´a- jena i je na nˇem realizov´ana (modulov´ana) komunikace. Sbˇernice CIB
je vˇzdy tvoˇrena jedn´ım ˇr´ıd´ıc´ım masterem sbˇernice a aˇz 32 podˇr´ızen´ymi slave perifern´ımi moduly (jednotkami). Master sbˇernice m˚uˇze b´yt realizov´an jako intern´ı modul centr´aln´ı jednotky, nebo jako extern´ı modul pro mont´aˇz na liˇstu rozvadˇeˇce. CIB perifern´ı moduly jsou realizov´any v nˇekolika proveden´ıch, jak pro instalaci do interieru, tak v proveden´ı pro mont´aˇz na liˇstu do rozvadˇeˇc˚u.“
[14]
”CIB master realizuje komunikaci s CIB perifern´ımi jednotkami a z´ıskan´a data pˇred´av´a po syst´emov´e komunikaˇcn´ı sbˇernici TCL2 do nadˇr´ızen´e centr´aln´ı jednotky. Modul CIB mastera je realizov´an ve dvou podob´ach. Bud’ jako in- tern´ı master, nebo extern´ı master. Intern´ı master je pˇr´ımou souˇc´ast´ı centr´al- n´ıch jednotek CPU Tecomat Foxtrot (CP-10xx), kde je oznaˇcen jako modul CF-1140. Intern´ı master obsahuje 1 CIB linku (aˇz 32 CIB slave jednotek), extern´ı master obsahuje 2 CIB linky (2x aˇz 32 CIB slave jednotek). CPU Te- comat Foxtrot umoˇzˇnuj´ı kromˇe intern´ıch CIB master˚u obslouˇzit aˇz 4 extern´ı CIB mastery.“ [14]
Hardwarov´a sestava je ˇclenˇena podle pater, v kaˇzd´em patˇre je um´ıstˇen roz- vadˇeˇc, ke kter´emu jsou hvˇezdicovˇe pˇripojeny akˇcn´ı ˇcleny (napˇr. VZT klapky).
R´ıd´ıc´ı modul CP-1000 nedisponuje tolika vstupy a v´ˇ ystupy, proto je nutn´e pouˇzit´ı rozvadˇeˇc˚u, druhotnou v´yhodou je kratˇs´ı kabelov´e veden´ı. Master mo- dul CF-1140 na rozvadˇeˇci je pˇripojen´y na sbˇernici CIB a ta je tak´e vedena do ˇr´ıd´ıc´ıho modulu CP-1000. Pˇripojen´ı Master modulu CF-1140 je zobrazeno na obr. 4.2. Podrobnˇejˇs´ı popis pˇripojen´ı a modul˚u na CIB sbˇernici je pops´an v pˇr´ıloze: TXV00413 01 Foxtrot PerifCIB CFox cz v elektronick´e podobˇe. Je zde kr´asnˇe patrn´e topologie s´ıtˇe ˇr´ıd´ıc´ıho syst´emu.
Pˇred zaˇc´atkem psan´ı programu mus´ı pˇripojen´e moduly nejprve nastavit v hardwarov´e konfigurac´ı (jde pˇredevˇs´ım o spr´avn´e nastaven´ı komunikace mezi moduly), aˇz pot´e lze pˇrej´ıt k vlastn´ımu programov´an´ı.
V´yˇcet modul˚u v rozvadˇeˇci na 3.NP:
• C-JC-0006M x5 ovl´ad´an´ı VZT klapky
• C-JC-0201B x3 ovl´ad´an´ı venkovn´ıch ˇzaluzi´ı
• C-HM-1113M x1 ovl´ad´an´ı rozdˇelovaˇce podlahov´eho vyt´apˇen´ı
• Master modul CF 1140
Obr´azek 4.2: Pˇripojen´ı extern´ıho modulu mastera k ˇr´ıd´ıc´ımu CP-1000 [14]
V´yˇcet modul˚u v rozvadˇeˇci na 2.NP:
• C-JC-0006M x4 ovl´ad´an´ı VZT klapky
• C-JC-0201B x4 ovl´ad´an´ı venkovn´ıch ˇzaluzi´ı
• C-HM-0308M x1 ovl´ad´an´ı rozdˇelovaˇce podlahov´eho vyt´apˇen´ı
• Master modul CF 1140
V´yˇcet modul˚u na rozvadˇeˇc v 1.NP:
• C-JC-0006M x3 ovl´ad´an´ı VZT klapky
• Z´akladn´ı modulu Foxtrot CP-1000
Vzduchotechnick´a jednotka ATREA DUPLEX 1100 Flexi je pˇripojena pˇr´ımo na modul CP-1000 po Ethernetu a na tepeln´e ˇcerpadlo, protoˇze ˇr´ıd´ıc´ı mo- dul obsahuje pouze jednu Ethernetovou pˇr´ıpojku, je tedy potˇreba Ether- netov´eho switche (rozboˇcovaˇce) - v tomto pˇr´ıpadˇe byl vybr´an komunikaˇcn´ı modul 105FX viz Katalog produkt˚u [14].
Zaˇr´ızen´ım pro mˇeˇren´ı kvality vzduchu v m´ıstnosti je interi´erov´y sn´ımaˇc kon- centrace CO2, vlhkosti a teploty C-RQ-0600R-CH. Nab´ızen´a pouzdra k to- muto sn´ımaˇci jsou v nˇekolika barv´ach, z´akazn´ık si tedy m˚uˇze vybrat pro nˇej vhodnou barvu. Dohromady je potˇreba dev´ıti sn´ımaˇc˚u C-RQ-0600R-CH.
Sn´ımaˇce jsou pˇripojeny k ˇr´ıd´ıc´ımu syst´emu jsou pomoc´ı CIB sbˇernice.
Sch´ematick´e zapojen´ı prvk˚u cel´eho syst´emu viz obr. 4.3, m˚uˇzeme vidˇet, jak´e moduly jsou pˇripojeny na patrov´ych rozvadˇeˇc´ıch. Moduly od Teca jsou pˇripojeny na jedn´e sbˇernici. Tepeln´e ˇcerpadlo a VZT jednotka komunikuj´ı s ˇr´ıd´ıc´ı jednotkou CP-1000 pˇres Ethernet.
