Research and Innovation centre

OBSAH

Poděkování 2

Ocenění-StavbaMSkraje2013 3

Předmluva 6

1.Úvod 8

2.Návrharealizaceobjektu 10 2.1. Popis objektu 10 2.1.1.Urbanismusaarchitektonickéřešeí 10 2.1.2.Dispozičníakonceptnířešeí 10 2.2.Konstrukčníamateriálovéřešeníobjektu 16 2.2.1.Základy 16 2.2.2.Hornístavba 16 2.2.3.Energetickákoncepceaparametryobjektu 20 2.2.4.Technickézařízeníobjektu 24 2.2.4.1.Vytápění 24 2.2.5.Elektroinstalace 34

3.Sledovanéměření 34 3.1Popisměřícíchčidel 34 3.2.Měřenígeotechnickýchvlastnostízeminyamechanickýchvlastnostízákladovédesky 36 3.3.Měřeníteplotvzemině 38 3.4.Měřeníteplotně-vlhkostníchvlastnostístavebníchkonstrukcí 40 3.4.1Obvodovástěnadřevostavby 42 3.4.2Střešníkonstrukcedřevostavby 46 3.5.Měřeníparametrůvnitřníhorostředí 50

4.Výsledkyměření 50 4.1.Vědaavýzkum 50 4.1.1Teoretickývýzkum 50

CONTENT

Acknowledgements 2

Award-StavbaMSkraje2013 3

Foreword 7

1.Introductorychapter 9

2.Designandrealizationofthebuilding 11 2.1.Descriptionofthebuilding 11 2.1.1.Urbanismandthearchitectonicsolution 11 2.1.2.Dispositionandconceptualsolution 11 2.2.Constructionandmaterialsolutionforthebuilding 17 2.2.1.Foundations 17 2.2.2.Topconstruction 17 2.2.3.Energyconceptandparametersofthebuilding 21 2.2.4.Technicalequipmentofthebuilding 25 2.2.4.1. Heating 25 2.2.5.Electricalfittings 33

3.Experimentalmeasurements 35 3.1 Description of measuring sensors 35 3.2.Measurementsofgeotechnicalpropertiesofthesoilandthemechanicalproperties ofthefoundationslab 37 3.3.Temperaturemeasurementsinthesoil 39 3.4.Measurementsoftemperatureandmoisturepropertiesofthebuildingstructures 41 3.4.1Peripheralwallofthetimberbuilding 43 3.4.2Roofconstructionofthetimberbuilding 47 3.5 Measurementsofparametersoftheinternalenvironmentparameters 51

4.Useofthebuilding 51 4.1Scienceandresearch 51 4.1.1Theoreticalresearch 51

2 3

Poděkování

Moravskoslezskýdřevařskýklastr,o.s.děkujevedeníspolečnostiRDRýmařov,s.r.o.avedeníFakultystavební,Vysokéškolybáňské–TechnickéuniverzityOstravazajejichnadstandardnípřístuppřirealizaciprojektuVýstavbavýzkumnéhoainovačníhocentra.Moravskoslezskýdřevařskýklastr,o.s.dáleděkujevšempartnerůmzajejichvěcnou,finanční,materiálovouatechnickoupodporupřirealizaciprojektu.

Acknowledgements

TheMoravian-SilesianWood-ProcessingClusterwouldliketothankthemanagementofRDRýmařov,s.r.o.,theManage-rialBoardoftheFacultyofCivilEngineeringoftheTechnicalUniversityofOstrava,VŠB-TUOfortheirextensivesupportduringtheprojectoftheConstructionoftheResearchandInnovationCentre.TheMoravian-SilesianWood-ProcessingClusteralsothanksallpartnersfortheirfactual,financial,materialandtechnicalsupportduringtheexecutionofthisproject.

Zvláštnípoděkovánípatřípaníprof.Ing.DarjeKubečkové,Ph.D.apanuIng.JiřímuPohloudkovizajejichosobnípodporupřipřípravěarealizaciprojektu,dálepanuIng.PetruVaškoviapaníIng.IvetěSkotnicové,Ph.D.zapřípravupodkladůproprojektavyhotovenížádostioposkytnutídotace,apanuIng.JosefuPavlíkovizatechnickévedeníprojektu.

TatopublikacebylarealizovánazafinančníhopřispěníEvropskéunievrámciprojektuCZ.1.07/2.4.00/17.0064„Partnerstvívoblastistavebnictví a architektury“.

SpecialthanksgotoProf.Ing.DarjaKubečková,PhD.andIng.JiříPohloudekfortheirpersonalsupportduringthepreparationandtherealisationoftheproject,further,alsotoIng.PetrVašekandIng.IvetaSkotnicová,PhD.forthepreparationofthesupportmaterialsfortheprojectandpreparationofthegrantapplicationandlast,butnotleast,toIng.JosefPavlíkforthetechnicalguidanceduringtheprojectwork.

Thispublicationwasco-financedbytheEuropeanUnionundertheproject‘PartnershipwithinCivilEngineeringandArchitecture’,no.CZ.1.07/2.4.00/17.0064.

Ocenění–StavbaMSkraje2013|Award–StavbaMSkraje2013

4 5

6 7

Předmluva

Dřevo jemateriál, který je ve stavitelství aarchitektuřepoužívánpo staletí. Dřevostavbya konstrukce nabázi dřevazaznamenalyzaposlednístaletípoměrněvelkývývoj.Současnédomynabázidřevavykazujířaduvynikajícíchvlastností.Dnešní trend v navrhování dřevostaveb a jejich design je již zcela odlišný oproti minulým stoletím; návrh a designsoučasnýchdřevěnýchdomůjevysoceinovační,technologickyprogresivníabydlenílzecharakterizovatjakoekologickypříznivéakomfortní.Nejinakjetomuudřevěnéhorodinnéhodomu,kterýbylrealizovánvletech2012až2013vareáluFakultystavebníVysokéškolybáňské–TechnickéuniverzitěOstrava.DůmvzniklzapodporyprojektuOperačníhoprogramuPodnikáníainovace,programŠkolícístřediska,názevprojektu:VytvořeníodbornéhoškolícíhostřediskaMoravskoslezskéhodřevařskéhoklastruvespoluprácisMoravskoslezskýmdřevařskýmklastremaRDRýmařovastalsestavbou,kteránaplnilacílprojektu,atímbylovybudováníVýzkumnéhoainovačníhocentraMoravskoslezskéhodřevařskéhoklastru,zaměřenéhonadřevostavby.Dřevěnýrodinnýdůmjedoslovanapěchovánnejmodernějšímitechnologiemi,aťjižzoblastitepelnétechniky,energetiky,informačníchtechnologiíajehoparametrysplňujípožadavkynakonstrukcetohototypůkladené,atonejenzhlediskakonstrukčníhoatechnologického,alezejménazhlediskatepelnétechnikyaenergetiky.Důmsikladezacílpředstavitmodernídřevěnébydlenínejenodborníkům,ale i laickéveřejnosti.Vrodinnémdomějsoukaždodenněmonitoroványvybrané stavebně fyzikální a technické parametry a výsledky jsou průběžně sledovány a vyhodnocovány. Běhemnásledujícíchlettakbudemožnésledovatchovánídřevostavbyvčase;dásekonstatovat,žeztohotopohledusejednáounikátvČeskérepubliceavýhledověiozískáníunikátníhopřehleduucelenýchsouborůnaměřenýchdat.

ChtělabychtoutocestoupoděkovatpanuIng.JiřímuPohloudkovi,prezidentoviMoravskoslezkéhodřevařskéhoklastru,výkonnémumanažeroviIng.JanuPoledníkovizMSDK,Ing.JosefuPavlíkovizRDRýmařov,panuřediteliIng.PetruBaborovizeSiemensuakolektivupedagogůzFakultystavebníVŠB-TUOstrava,kteříselánem,vpřátelskémakolektivnímduchutotoinovačnícentrumbudovali.PoděkovánípatřímémukolegoviIng.PetruVaškovi,kterývespoluprácisMoravskoslezskýmdřevařskýmklastremzpracovávaltentooperačníprojektEvropskéunie.

Velképoděkovánípatřítaképanurektoroviprof.Ing.IvoVondrákovi,CSc.,kterýmyšlenkuvznikuVýzkumnéhoainovačníhocentraMoravskoslezskéhodřevařskéhoklastruvareáluFakultystavebníVŠB-TUOstravaodsaméhozačátkupodporovalaprovýstavbudřevěnéhorodinnéhodomuuvolnilpozemekzmajetkuuniverzity,formousymbolickéhopronájmu.

Věřím,žesevýzkumnéainovačnícentrumdřevostavebbudedáleúspěšněrozvíjet.Jestližehovořímeopropojenívědyavýzkumuspraxí,paktotoVýzkumnéainovačnícentrumMoravskoslezskéhodřevařskéhoklastrujepříkladempropojeníuniverzitníhovýzkumuavzdělávánísklastrovýmiiniciativami.

prof.Ing.DarjaKubečková,Ph.D.Prorektorprorozvojainvestičnívýstavbu

Napřelomunovéhotisíciletí trpělMoravskoslezskýkraj jakonejprůmyslovější regionČRvleklýmiproblémyzpůsobenýmiúzkounavázanostínatěžkýprůmysl.Docházelokútlumutěžebníčinnosti,poklesuprůmyslovévýrobyvoblastitěžkéhoprůmysluastímsouvisejícímnárůstemnezaměstnanosti.Vtomtosložitémobdobíseveslovníkumnohýchznásobjevilonové slovo – klastr. Klastr jeobecněchápán jako skupinapropojených společností, jejichdodavatelů,poskytovatelůslužeb,dalších firemvpříbuznýchoborech,přidružených institucíaorganizací, kterépůsobí ve stejném regionu. Tytosubjektysimohousicekonkurovat,aletakénavzájemspolupracují.Vazbymezisubjektyklastrumohouzároveňpřispívatkezlepšeníjejichkonkurenceschopnosti.Spoluprácefiremvklastruzlepšujejejichvýsledky,umožňujezvýšitpočetinovacía export, přilákat atraktivní investice. Klastry často významným způsobem podporují výzkumnou základnu v danémregionu.Klastrytedyefektivněpřispívajíkekonomickémurůstunejenfirem,aleicelýchregionů.

Foreword

Wood isamaterialwhichhasbeenused incivilengineeringandarchitectureforcenturies.Timberconstructionsandstructuresbasedonwoodhaveundergoneconsiderabledevelopmentover the lastcenturies.Contemporaryhousesbasedonwoodshowarangeofexcellentproperties.Thecurrenttrendinplanningoftimberbuildingsandtheirdesignisentirelydifferentfrompreviouscenturies;itishighlyinnovative,technologicallyprogressiveandlivinginthistypeofabuildingcanbecharacterisedasecologicallyfavourableandcomfortable. Theabovestatedalsoappliestothetimberhouse,whichwasbuiltonthecampusoftheFacultyofCivilEngineering,TechnicalUniversityofOstrava,VŠB-TUObetween2012and2013. Thehousewasbuilt thanks to thesupport fromtheOperationalProgrammeEnterpriseandInnovation,ProgrammeforTrainingCentrescalledConstructionofaSpecialistTraining Centre for theMoravian-SilesianWood-Processing Cluster in co-operation with theMoravian-SilesianWood-ProcessingClusterandRDRýmařov.TheaimsoftheprojectwerefullyaccomplishedandtheResearchandInnovationCentrefortheMoravian-SilesianWood-ProcessingCluster,focusedattimberbuildings,wascreated.

Thistimberhouseisliterallypackedwiththemostup-to-datetechnologies,fromtheareasofe.g.heatingtechnologies,energetics,informationtechnology,anditsparameterscomplywithrequirementsonstructuresofthistype,notonlywithrespecttoconstructionandtechnologybutprimarilywithrespecttothermalengineeringandenergetics.Thehousewishestointroducemoderntimberhousingnotonlytospecialistsbutalsotolaymen.Everydayselectedphysicalconstructionandtechnicalparametersaremonitoredinthehouseandtheresultsareobservedandevaluatedcontinuously.Thankstothis,itwillbepossibletowatchthebehaviourofthetimberstructureduringthetimeandwithaprospecttoachieveauniqueoverviewofacomprehensivesetofmeasureddata.Regardingthisfact,wecanstatethatthisisauniqueprojectintheCzechRepublic.

IwouldliketousethisopportunitytothankIng.JiříPohloudek,presidentoftheMoravian-SilesianWood-ProcessingCluster,theexecutivemanagerofMSWPCIng.JanPoledník,Ing.JosefPavlíkfromRDRýmařov,IngPetrBaborafromSiemensandthelecturersattheFacultyofCivilEngineering,TechnicalUniversityofOstrava–VŠB–TUOstravawhobuiltthisinnovationcentrewithsomuchenergyandinfriendlyandcooperativespirit.Lastbutnotleast,IwouldliketothankmycolleagueIng.PetrVašekwhoworkedinco-operationwiththeMoravian-SilesianWood-ProcessingClusterontheEUoperationalprogramme.

MybigthankyoualsogoestothechancellorofVŠB-TU,Prof.Ing.IvoVondrák,CSc.,whosupportedtheideatocreatetheResearchandInnovationCentrefortheMoravian-SilesianWood-ProcessingCluster,fromtheverybeginningandwhoprovidedaplotbelongingtotheuniversity,underthetermsofasymboliclandlease,sothatthetimberhousecouldbebuiltthere.

Ibelievethattheresearchandinnovationcentrefortimberhouseswilldevelopsuccessfully.Ifwewishtospeakabouttheconnectionbetweenscience,researchandpractice,thenthisResearchandInnovationCentrefortheMoravian-SilesianWood-ProcessingCluster,isanexampleofconnectionbetweenuniversityresearchandeducationwithclusterinitiatives.

Prof.Ing.DarjaKubečková,Ph.D.Vice-rectorforDevelopmentandInvestment

At the turnof thenewmillennium, theMoravian-SilesianRegion,as themost industrial regionof theCzechRepublic,sufferedfromlong-lastingproblemscausedbyitsstrongrelianceonheavyindustry.Coalminingwasstopped,industrialactivitywithintheheavyindustrywasdecreasingandunemploymentwasconsequentlyincreasing.Anewword–cluster–appeared in theconversationsofmany in thisdifficultperiod.Clustersaregenerally seenasgroupsof intertwined

8 9

1.ÚVOD

Vznik Výzkumného a inovačního centraMoravskoslezského dřevařského klastru byl iniciován členy klastru a zástupciVysokéškolybáňské–TechnickéuniverzityOstrava.HlavnímcílemprojektubylovybudovatnapůděVŠB-TUOvýzkumnýobjekt na bázi lehké prefabrikace dřeva za účelem jeho dlouhodobého zkoumání amonitorování. Projekt výstavbyobjektubylnásledněrozšířenosystéminteligentníhořízeníbudovysmožnostíjehodalšíhotestování.

Budovavýzkumnéhoainovačníhocentramátřizákladnífunkce: -dlouhodobézkoumáníamonitorováníobjektu -unikátníučebnípomůckapostavenávměřítku1:1propotřebystudentůapedagogůstřeníchavysokýchškol -školícístřediskopropotřebyorganizaceškoleníodbornéalaickéveřejnostivoblastistavebníchkonstrukcí, izolačníchmateriálů.

Celkovénákladynavýstavbuobjektuajehovybaveníčinily8.339.000,-KčbezDPH.Ztohonákladynastavbudosáhly5,54mil.Kčanákladynavybavenívčetněstrojníhovybaveníaměřícíchpřístrojůcca2,8milKč.Prostředkynavýstavbubylypokrytyčástečnězdotačníhopříspěvkuvevýši5milKčzOperačníhoprogramupodnikánía inovace,programŠkolícístřediska.Zbyláčástdovýšecelkovýchnákladůbylapokrytazmimořádnýchpříspěvkůčlenůklastru.Samotnýobjekt jesituovánnapozemkunacházejícímsevareáluVysokéškolybáňské–TechnickéuniverzityOstrava,Fakultystavební.

1.INTrODUCTION

TheideatoestablishtheResearchandInnovationCentrefortheMoravian-SilesianWood-ProcessingClusterwasinitiatedbyitsmembersandrepresentativesoftheTechnicalUniversityofOstrava,VŠB-TUO.Theaimoftheprojectwastocreatearesearchcentre,inthegroundsofVŠB-TUO,basedonlighttimberprefabrication,thepurposeofwhichwouldbeitslong-termanalysisandmonitoring.Theprojectfortheconstructionofthisbuildingwassubsequentlyextendedbyasystemofintelligentcontrolwiththeoptiontotestthebuildingevenfurther.

Thebuildingoftheresearchandinnovationcentrehasthreefundamentalfunctions: -long-termanalysisandmonitoringofthebuilding,

Právěinovaceazvýšeníkonkurenceschopnostisejevilajakocestavenzvleklérecese,kteráMSkrajpostihla.NazákladěstudieMSkraje,bylyvytipoványoborysperspektivourůstu,kterébymohly regionupomociv jehonáslednémrozvoji.Modelklastrovéspoluprácebylvybrán jakonejvhodnější formaproakceleraci inovací,výzkumuavývojeazvyšováníkonkurenceschopnostifirem.Moravskoslezskýdřevařskýklastr,o.s.bylvroce2005druhýmzaloženýmklastremvČR.Vroce2010mělklastrzaseboutéměř6letexistence.Organizacesezaměřovalazejménanapodporuvýzkumu,vývojeainovací,podporuškolstvíaspoluprácemeziškolamiafiremnímsektoremaobecnoupropagacidřevozpracujícíhoastavebníhoprůmysluscílovýmproduktemdřevostavby.PrávětouhapoinovacíchazvýšeníkonkurenceschopnostivedlazástupceklastrukmyšlencevybudovatvespoluprácisVysokouškoloubáňskou-TechnickouuniverzitouOstravanovéVýzkumnéainovačnícentrumMoravskoslezskéhodřevařskéhoklastru.

Odprvotnímyšlenkykrealizaciuplynulopouzeněkolikměsíců.GenerálnímdodavatelembylavybránaspolečnostRDRýmařov,s.r.o.,kterásvýmvstřícnýmpřístupemkinovacímbylabezesporuhlavnímhnacímmotoremceléhoprojektu.

Projektdřevařskéhoklastruvynikáminimálněvedvoudalšíchvěcech: 1)CelástavbabylarealizovánavareáluVysokéškolybáňské–TechnickéuniverzityOstrava,Fakultystavební.Právěumístěníobjektuajehoprovázanostsvědeckouzákladnoupoložilzákladníkámenkdalšíspoluprácinavýzkumných,vývojovýchainovačníchúkolechklastru,jehočlenůatechnickéuniverzity.

2)Odvznikuvýzkumnéhoinovačníhocentradřevařskéhoklastruproběhlonespočetexkurzí,vrámcikterýchbylobjektdřevařskéhoklastruprezentovánstudentůmtechnickýchoborůscílemukázataplikacimoderníchtechnologiívpraxiapodpořitmožnouspoluprácimeziškolami,jejichstudentyafiremnímsektorem.Právěprojektyvoblastivzdělávánístudentů středních školavysokých školadálepakprojekty, jejichžcílem je zajištěnívětšíprovázanosti škol s firemnímsektoremprostřednictvímorganizacístážíapraxíprostudentystředníchškol,středníchodbornýchškol,učilišťavysokýchškolřadímemezitynejvýznamnější.

Ing.JanPoledníkVýkonnýmanažerMoravskoslezskéhodřevařskéhoklastru,o.s.

companies, their suppliers, service providers and other subjects from neighbouring fields, adjacent institutions andorganisationswhichcooperatewithinthesameregion.Thesesubjectsmayactascompetitorsbuttheyalsocooperate.Connectionsbetweensubjectswithinaclustermayhelptheircompetitiveness.Cooperationofcompaniesinsideaclusterimprovestheirresults.Itenablestoincreaseinnovationandexportandtoattractinvestments.Clustersoftenconsiderablysupportresearchanddevelopmentintheregion.Therefore,clusterseffectivelycontributetoeconomicgrowthofboththeinvolvedcompaniesbutalsoofwholeregions.Itwas innovationandtheneedto increasecompetitivenesswhichseemedtobetheremedyfora lengthyrecessionthataffected theMoravian-SilesianRegion.Basedon the studyof theMS region,certain sphereswithapotential togrowwereidentifiedasthemostsuitablefieldswhichcouldhelptheregiontodevelop.Amodelofclusterco-operationwasselectedasthemostappropriateformtoaccelerateinnovation,researchanddevelopmentandtoincreasethecompetitivenessofcompanies.In 2005, the Moravian-SilesianWood-Processing Cluster became the second cluster to be established in the CzechRepublic. In2010 theclusterhadexisted fornearly6years. Theorganisation focusedmainlyon support for research,developmentandinnovation,supportforeducationandco-operationbetweenschools,firmsandthegeneralpromotionofwood-processingandcivilengineeringindustrieswiththegoalproduct–timberconstruction.Thedesiretoinnovateandtoincreasethecompetitivenessledtheclusterrepresentativestowardstheideatoestablish,inco-operationwithVŠB-TechnicalUniversityofOstrava,anewresearchandInnovationCentrefortheMoravian-SilesianWood-ProcessingCluster.Onlyafewmonthspassedbetweentheinitialideaanditsactualrealisation.ThecompanyofRDRýmařov,s.r.o.wasselectedasthegeneralsupplier.Itssupportiveattitudetowardsinnovationwas,withoutdoubt,themaindrivingforceofthewholeproject.

Theprojectorganisedbythewood-processingclusterisexceptionalatleastinanothertwopoints: 1) The whole construction was realised on the campus of VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty ofCivilEngineering.It isthelocationofthebuildinganditstightconnectionwiththebaseofscientificworkthatlaidthefoundationstoneoffurtherco-operationonresearch,developmentandinnovationtasksofthecluster,itsmembersandtheTechnicalUniversity.

2)Sincethefoundationoftheresearchand innovationcentreforthewood-processingcluster,manyguidedtourshave takenplaceduringwhich thebuildingwas introduced to studentsof technicaldisciplineswith theaim topresenthowmoderntechnologyisappliedinpracticeandtosupportapotentialco-operationamongstschools,theirstudentsandfirms.Weconsiderprojects intheareaofsecondaryanduniversityeducationtobethemost important.Equallyimportantarealsoprojectswhichsecureabetterconnectionbetweenschoolsandtheprivatesectorthroughtheorganisationofplacementsandinternshipexperienceforsecondaryschoolstudents,apprenticecentresstudentsanduniversitystudents.

Ing.JanPoledníkExecutiveManagerMoravian-SilesianWood-ProcessingCluster

10 11

V roce 2013 získal objektCenuodbornéporoty zapřínos apropojení s vědoua výzkumemv rámci soutěže StavbaMoravskoslezskéhokraje2012.Adresaobjektu:

Vysokáškolabáňská–TechnickáuniverzitaOstrava,FakultastavebníLudvíkaPodéště1875/1770800Ostrava–PorubaČeskárepublika

Termínrealizaceprojektu:od1.1.2011do31.12.2012

Bližšíinformacenawww.msdk.cz

2.NÁVrHArEALIZACEOBJEKTU

2.1.POPISOBJEKTU

2.1.1.UrBANISMUSAArCHITEKTONICKÉŘEŠENÍ

Dvoupodlažníbudova jesituovánavareáluFakultystavebníVŠBTU-Ostrava,včástisměřovanéna jih.Určenýprostorje rovinatýa travnatý.Objekt výškověa tvarověnenarušujeokolní zástavbuapultový tvar střechy s nízkým sklonemdoplňuje zastřešeníokolníchdomů.Orientací jedům směřován téměř ideálněpropotřeby solárních zisků.Vchoddoobjektuspolusezádveřím,komunikačnímiasociálnímiprostoryjeumístěnzesevernístrany.Prostoryučebenahalysměřujínajih.Ktomutoúčelujsoupřizpůsobenyivelikostivýplníotvorů.Fasádutvoříkombinacenejčastějipoužívanýchmateriálů– kontaktní zateplovací systém s tenkovrstvouomítkou, provětrávaná fasáda s dřevěnýmobloženímaprovětrávanáfasádasobkladovýmifasádnímideskami.Střešníkrytinutvoříplechovákrytinasbarevnýmpovlakem.Důmorozměru12,1x8,2masklonemstřechy15°stojísamostatněbezpodsklepenísosazenímhornístavbynaplovoucíželezobetonové (ŽB) desce. Horní stavba domu je řešena v technologii moderní dřevostavby, využívající maximálníprefabrikacestavebníchdílů.Stavebnípozemektímnenídlouhodobězatíženarychlesedostávádopůvodníkondice.

2.1.2.DISPOZIČNÍAKONCEPČNÍŘEŠENÍ

-uniqueteachingaidbuiltinthescaleof1:1whichwillservetheneedsofsecondaryanduniversitystudents andtheirteachers, -trainingcentrewherebothspecialistandlaymenpubliccouldbeeducatedinthefieldofbuildingstructures andinsulationmaterials.

The totalcoston theconstructionof thebuildingand itsequipmentwasCZK8,339,000withoutVAT. Thecostsof theconstruction reachedCZK5.54mil.andtheexpenditureson theequipment includingmachineryandmeasuring toolswereapprox.CZK2.8mil.AsubsidyfromtheOperationalProgrammeEnterpriseandInnovation,ProgrammeforTrainingCentres ofCZK 5mil. partly funded theconstruction. The remaining fundingwascovered from special contributionsdonatedbymembersofthecluster.

ThebuildingitselfissituatedonaplotlocatedonthegroundsoftheFacultyofCivilEngineering,TechnicalUniversityofOstrava,VŠB-TUO.

In2013thebuildingwasgiventheSpecialistCommitteeAwardforContributiontowardstheConnectionbetweenScienceandResearchwithinthecontest‘StavbaMoravskoslezskéhokraje2012’.

Theaddress: Vysokáškolabáňská–TechnickáuniverzitaOstrava,FakultastavebníLudvíkaPodéště1875/1770800Ostrava–PorubaCzechRepublic

Theprojectwascarriedoutbetween1.1.2011and31.12.2012

Detailedinformationcanbefoundon:www.msdk.cz

2.DESIGNANDrEALIZATIONOFTHEBUILDING

2.1.DESCrIPTIONOFTHEBUILDING

2.1.1.UrBANISMANDTHEArCHITECTONICSOLUTION

Thetwo-storeybuildingissituatedonthecampusoftheFacultyofCivilEngineeringVŠB–TUOstrava,inthepartfacingthesouth.Thedesignatedareaisflatandgrassy.Withrespecttoitsheightanditsshape,thebuildingdoesnotdisturbthe surrounding development and the low-sloping shed roof complements the roofing of other houses in the area.Theorientationof thehouse isalmost ideal for solargains. Theentrance to thebuilding togetherwith thevestibule,communicationpremisesandsanitaryfacilitiesarelocatedinthenorth.Thepremisesforclassroomsandthehallfacethesouth.Sizesofpanesareadaptedtothisfact.Thefacadeiscombinedfromthemostcommonlyusedmaterials–acontact insulationsystemwitha thin-layeredplaster,aventilated facadewithwoodenpanellingandaventilatedfacadewithfacadeboards.Theroofingconsistsofmetalroofingwithacoatofpaint.Thisdetached12.1x8.2mbuildingwitharoofslopingat15°andwithoutabasementissetonafloatingreinforcedconcreteslab.Amoderntimberconstructiontechnology,usingmaximumprefabricationofconstructionparts,wasappliedonthetopconstruction.Thisdoesnotrepresentalong-termstrainfortheplot,whichcanquicklygainitsoriginalcondition.

2.1.2.DISPOSITIONANDCONCEPTUALSOLUTION

12 13

11 390 28000

11 390

5700

7 470

3 300

2 300 700

1 600

17 2

93

1 505 3 180

24 357

6 38

530

03

994

600

5 80

9

450

13 736

15 85712 474

4500

0

4 753

19 899

7 009

P/1'P/1

P/2'P/2

P/4

P/4'

TEPELNÁ IZOLACE SOKLU 340 mm

TEPELNÁ IZOLACE SOKLU 340mm

TEPE

LNÁ

IZOL

ACE

SOKL

U 34

0 m

m

TEPE

LNÁ

IZOL

ACE

SOKL

U 34

0 m

m

Z.EL

.T.

ZÁKLAD PRO TEP.ČERPADLO

K1

K5

K6

-0,250

4460/16

3751/24

PT -0,500

UT -0,500 UT -0,500

≥1%

HRANICE POZEMKU

LEGENDA SÍTÍ:- kanalizace - cca 12m- vodovod - cca 100m- kabel NN - cca 52m- NTL plynovod - cca 60m

LEGENDA PLOCH:- objekt školícího střediska- sadové úpravy a okolní zeleň- přístupová komunikace - cca 80m2

KG 2000 POLYPROPYLEN

TRASA ZEMNÍHO VÝMĚNÍKU TEPLA

HLOUBKA 1,8-2,0m pod UT

K2

PLYN

-0,200280,0 m.n.m

ø100

UT -0,550

PT -0,500UT -0,550

PT -0,500UT -0,550

PT -0,500UT -0,550

45°-125

125/125

125/100

DN 100

DN 125

DN 125

DN 125

45°-1

25

125/125 DN 125

150/125

45°-1

25

150/125125/150

DN 125

K3

K4

4460/9

VODOMĚRNÁ ŠACHTAS VODOMĚRNOU SOUSTAVOUØ 315mm, TUBUS

KANALIZAČNÍ ŠACHTAØ 600mm

PŘÍPOJKA SPLAŠKOVÉ KANALIZACEPVC KG DN 150

VODOVODNÍ PŘÍPOJKAHDPE 100 DN 32

HUP600x600x250

VODOVODNÍ PŘÍPOJKAHDPE 100 DN 32

PŘÍPOJKA SPLAŠKOVÉKANALIZACE PVC KG DN 150

PŘÍPOJKA PLYNUHDPE 100 SDR11DN 25

SVOD DEŠŤOVÉ VODYTITANZINEK DN100

SOLÁRNÍ TRUBICOVÉ KOLEKTORY2ks - z toho 1ks jen příprava

PŘÍPOJKA SPLAŠKOVÉ KANALIZACEPVC KG DN 150

KANALIZAČNÍ ŠACHTAØ 600mm, místo napojenípro zkušebnu

PŘÍPOJKA SPLAŠKOVÉ KANALIZACEPVC KG DN 200

PŘÍPOJKA PLYNUHDPE 100 SDR11DN 25

PŘÍPOJKA ELEKTROCYKY 3x120+70mm2

místo napojenípro zkušebnu

VODOVODNÍ PŘÍPOJKAHDPE 100 DN 32

Elektroměrovýrozvaděč

PŘÍPOJKA ELEKTROPRO ZKUŠEBNUCYKY 3x120+70mm2

VODOVODNÍ PŘÍPOJKAHDPE 100 DN 32

PŘÍPOJKA PLYNUHDPE 100 SDR11DN 63

místo napojenípro zkušebnu

PŘÍPOJKA ELEKTROCYKY J 4x10mm2

CYKY J 3x1,5mm2

Výkresč.2:SituacespřípojkamiDrawingno.2:Situationwithconnections

Výkresč.3:Půdorys1.NPDrawingno.3:Groundplanofthegroundfloor

Výkresč.4:Půdorys2.NPDrawingno.4:Groundplanofthe1stfloor

12m

cca

39,9

m7,

47m

5,7m 11,39m 28,0m cca 16000

ø100

SO 02

SO 01

SO 03

PLOCHY: - stavební pozemek

- objekt školícího střediska- přístupová komunikace

LEGENDA:SO 01 - přístupová komunikace pro pěší

SO 02 - objekt školícího střediska

SO 03 - sadové úpravy

Výkresč.1:KoordinačnísituacestavbyDrawingno.1:Co-ordinationsituationofthebuilding

14 15

Výkresč.6:PohledyDrawingno.6:Views

1 20

010

08

166

750

200

300

200

3 00

043

72

765

751

739

5 86

5

825

1 44

073

52

130

635

1 89

8

±0,000

+3,437

+6,202

+8,016

+5,512

±0,000-0,200

-1,450

+3,317

-0,150-0,250

+8,350+8,350

2 10

0

752

PT

UT

PT

UT

≥1%

≥1%≥1%

≥2% ≥1%

A3

B

C

DG

A2

A1

800

200

300

200

3 00

031

712

02

765

75

G -STŘEŠNÍ KONSTRUKCE

NOSNÍK 60/240 mmTEPELNÁ IZOLACE Steico Flex

TLOUŠŤKA CELKEM

STŘEŠNÍ LATĚ 50/50KONTRALATĚ 60/60

NADKR. IZOLACE Steico Therm

SÁDROKARTON GKF 1xTEPELNÁ IZOLACE Steico Flex

15 mm

240 mm

652 mm

60 mm50 mm

TLOUŠŤKA CELKEM

TLOUŠŤKA CELKEM

D -ZAVĚŠENÝ PODHLED

F -VNITŘNÍ NENOSNÁ PŘÍČKA

150 mm

STROPNÍ NOSNÍK (240mm)

KONSTRUKCE PODLAHY

E -VNITŘNÍ NOSNÁ STĚNA

TEPEL. IZOLACE Orsil UniFERMACELL

TLOUŠŤKA CELKEM

FERMACELL

ROŠT Z LATÍSÁDROKARTON GKB 2x12,5

TEPEL. IZOLACE Orsil Uni

RÁM (120mm)

TLOUŠŤKA CELKEM

VZDUCHOVÁ MEZERA

DTD

120 mm15 mm

22 mm120 mm

30 mm

~437 mm

25 mm

120 mm120 mm

15 mm

TEPEL. IZOLACE Orsil UniFERMACELL

FERMACELL

ROŠT Z CW-PROFILŮSÁDROKARTON GKF

RÁM (60mm)

A2 -OBVODOVÁ STĚNA

C -STROP NAD PŘÍZEMÍM

60 mm15 mm

90 mm

15 mm

~75 mm

15 mm60 mm

U= 0,12 Wm K

~700 mm

B -PODLAHA PŘÍZEMÍ

PODLAH. KRYTINA

KONSTRUKCE ÚLOŽNÉ DESKY

POLYST. PODLAHOVÝ EPS 200SLITÝ POTĚR Z BETONU

TLOUŠŤKA CELKEM

FOLIE PE

~5 mm

140 mm60 mm

-2 -1

PLECHOVÁ KRYTINA

100 mm

FERMACELL VaporLATĚ 120/60

120 mm

DIFÚZNÍ FÓLIE

U= 0,10 Wm K-2 -1

15 mm

300 mmTEPELNÁ IZOLACE 200 mm

O - OKNAProfil rámu 92 mm

Uw= 0,71 Wm K-2 -1

DV - VCHODOVÉ DVEŘEProfil rámu 78 mm

Uw= 1,0 Wm K-2 -1

A1 -OBVODOVÁ STĚNA

-2 -1 U= 0,10 Wm K

TLOUŠŤKA CELKEM

FERMACELL 15 mm

~512 mm

60 mm

FASÁDA Baumit open

RÁM I NOSNIK (300mm)TEPEL. IZOLACE Steico Flex

FERMACELL

TEPEL. IZOLACE Steico Flex

~7 mm

300 mm

15 mm

FERMACELL Vapor 15 mm

A3 -OBVODOVÁ STĚNA

IZOLACE Steico Therm 100 mm

-2 -1 U= 0,10 Wm K

TLOUŠŤKA CELKEM

FERMACELL 15 mm

~552 mm

60 mm

FASÁDA Dřevěná nebo Cetris

RÁM I NOSNIK (300mm)TEPEL. IZOLACE Steico Flex

FERMACELL

TEPEL. IZOLACE Steico Flex

~50 mm

300 mm

15 mm

FERMACELL Vapor 15 mm

IZOLACE Steico Special 100 mm

-2 -1 U= 0,10 Wm K

TLOUŠŤKA CELKEM

FERMACELL 15 mm

~552 mm

60 mm

FASÁDA Baumit open

RÁM I NOSNIK (300mm)TEPEL. IZOLACE Steico Flex

FERMACELL

TEPEL. IZOLACE Steico Flex

~7 mm

300 mm

15 mm

FERMACELL Vapor 15 mm

IZOLACE Steico Therm a Protect 80 a 60 mm

NADKR. IZOLACE Steico Universal 52 mm

175 mm

V1 - VNITŘNÍ STĚNA VELOX

ŠTĚPKOCEMENT. DESKATEPEL. IZOLACE

TLOUŠŤKA CELKEM

ŠTĚPKOCEMENT. DESKATEPEL. IZOLACE

25 mm50 mm

25 mm50 mm

ŠTĚPKOCEMENT. DESKA 25 mm

175 mm

V2 - VNITŘNÍ STĚNA VELOX

ŠTĚPKOCEMENT. DESKA

TLOUŠŤKA CELKEM

ŠTĚPKOCEMENT. DESKATEPEL. IZOLACE

25 mm

25 mm50 mm

Výkresč.5:ŘezseskladbamiDrawingno.5:Cross-sectionwithcompositions

16 17

Objemovéparametry:Obestavěnýprostor hornístavba(termofasáda) 668,0m3 Zastavěnáplocha hornístavba(termofasáda) 96,92m2 Plochyvpřízemí základní(obytná) 52,87m2 užitkováplocha 74,57m2 Plochyvpodkroví základní(obytná) 51,35m2 užitkováplocha 68,95m2

Vpřízemíjekdispozicistrojovnatopnéhosystému,hala,učebna,zádveříasociálníprostory.Vpodkrovídvěučebnypro12 studentů,kancelář,koupelnaachodba.Užíváníosobami somezenouschopnostípohybuaorientace je řešenovcelémpřízemí.

2.2.KONSTrUKČNÍAMATErIÁLOVÉŘEŠENÍOBJEKTU

2.2.1.ZÁKLADY

Nazákladěgeologickéhoprůzkumublízkopostavenýchstojícíchstavebneníspodnístavbazaloženanasesuvnémnebopoddolovanémúzemí,natekutýchpíscíchneboplastických jílech.Vpůdorysustavbyseneměnícharakterpodložíadalšífaktoryovlivňujícístabilituanerovnoměrnésedánízákladů.Podnásypemzdrcenéhokamenivajezemina,kterámáúnosnostvícenež100kPa.SpodnístavbutvoříplovoucíŽBmonolitickádeskatl.200mm.ŽBdeskajeuloženanahutněnémpodsypuzdrcenéhokameniva,tl.800mm.PřímopoddeskoujeprovedenatepelnáizolacezXPSpolystyrenutl.200mmazhutněnanaE2,def=40MPa.Vrstvakamenivajeodvodněnadrenážíasvedenadomístníležatékanalizace.HydroizolacejenavrženaveskladběprotizemnívlhkostiajeprovedenanahornímlíciŽBdesky.Průzkumembylozjištěnonízkézatíženíradonem.

Navrženévýrobky,materiályahlavníkonstrukčníprvky: BetonovákonstrukceC25/30–XC1–S2 BetonářskávýztužB500A(10505(R))aKARIsítě

Podkladníextrudovanýpolystyrentl.200mm:StyrodurC,typ3035CS Dovolenétrvalétlakovénapětípodzákladovýmideskamiσ=130kPa ModulpružnostiE=20MPaNásyppodzáklady:Drcenékamenivo,značkaG2-G3,štěrkšpatnězrněný,frakce16-32,hutněnépovrstváchnaE2,def=40MPa(ověřenonamístězkouškou)vcelévrstvěnásypu.Bylopožadováno,abyrelativníulehlostaktivnízónydohloubky0,8mpodpolystyrenem(násypu)bylamin.Id=0,85.Hutněnínásypubyloprováděnopovrstváchtl.200mm.

Krytívýztužebylostavebnímdozorempředbetonážířádnězkontrolováno.Samotnábetonáž,tvrdnutíazráníbetonunebyloprováděnopřiteplotěpod5°C.Projistotubylydosměsipřidánypřísadyprotipromrznutí.Betonbylzakrytprotipřípadnémudeštiamrazu.

2.2.2.HOrNÍSTAVBA

Horní stavba domu je řešena v technologiimoderní dřevostavby, používající přimontáži stěnové, příčkové a stropnípanelovédílcenabázidřeva.Skladbaobvodovýchkonstrukcíjeprovedenavdifúzněotevřenémsystémusparobrzdou.Venkovní fasáda je tvořena kombinací nejčastějších zateplovacích systémů. Tvoří ji kontaktní zateplovací systém,provětrávaná fasáda s dřevěnýmobloženímaprovětrávaná fasáda s fasádními deskami. Plošná hmotnost nosnýchpanelůnepřesahujehodnotu100kg/m2.Přinavrhovánídispozicesevyužívámodulovékoordinaceaunifikacestavebníchdílů.Základnímrozměremjestavebnímodulšířky600mm.Ztěchtopravidelnásledněvyplývajípůdorysnéavýškové

Volumeparameters:Enclosedarea topconstruction(thermalfacade) 668,0m3 Built-uparea topconstruction(thermalfacade) 96,92m2 Groundfloorarea: basic(livingarea) 52,87m2 utility 74,57m2 Attic basic(livingarea) 51,35m2 utility 68,95m2

Onthegroundfloorthereareanengineroomoftheheatingsystem,ahall,aclassroomandsanitaryfacilities.Intheatticthereare2classroomsfor12students,anoffice,abathroomandacorridor.Thewholegroundfloorisdesignedwithrespecttouserswithimpairedmobilityandorientation.

2.2.CONSTrUCTIONANDMATErIALSOLUTIONFOrTHEBUILDING

2.2.1.FOUNDATIONS

Basedonthegeologicalexplorationofnearbybuildings,thebottomstructureisnotlocatedonalandslideorunderminedarea,onquicksandorplasticclay.Thecharacterofthesubsoilandotherfactors influencingthestabilityandunevensettlingoffoundationsdonotchangeinthegroundplan.Thereissoilwithcarryingcapacityofmorethan100kPaunderafillfromcrushedstones.Thebottomstructureconsistsofafloatingmonolith200mmreinforcedconcreteslab.Itislaidonthe800mmcompactedsub-baseofcrushedstones.A200mmXPSpolystyrenethermal insulationcompactedtoE2,def=40MPaisplaceddirectlyundertheslab.Thestonelayerisdrainedandthedrainagerunsintothelocalhorizontalsewerage.Thehydro-insulation,designedwithrespecttogrounddampness,islocatedonthetopsideofthereinforcedconcreteslab.Aninvestigationshowedonlyaverylowradonpresence.

Designedproducts,materialsandmainconstructionfeatures: ConcreteconstructionC25/30–XC1–S2 ReinforcementB500A(10505(R))andKARInets

200mlunderlayextrudedpolystyrene:StyrodurC,type3035CS Permittedpermanentcompressivetensionunderfoundationslabσ=130kPa FlexibilitymodulusE=20Mpa

Thefillunderthefoundations:G2–G3crushedstones,coarse-grainedgravel,fraction16–32,compactedinlayerstoE2,def=40Mpa(verifiedthroughchecksinthelocation)inthewholelayerofthefill.Therelativecompactnessoftheactivezoneupto0,8munderthepolystyrene(ofthefill)wasmin. Id=0,85.Thecompactingprocessofthefillswasperformedinindividuallayersof200mm.

The construction supervision properly checked the cover of the reinforcement prior to concreting. The concreting,hardeningandageingoftheconcretewasnotperformedduringtemperaturesbelow5°C.Asasafetyprecaution,anti-freezingagentswereaddedtothemixture.Theconcretewascoveredtobeprotectedfrompotentialrainandfrost.

2.2.2.TOPCONSTrUCTION

Amodern timber-construction technologywasused for the topconstructionof thebuilding,whichmeans thatwall,partitionandceilingpanelsbasedontimberwereusedfortheassembly.Thecompositionoftheperipheralstructuresisperformedthroughadiffusionwithavapourbarrier.Theexternalfacadeconsistsofacombinationofthemostcommoninsulationsystems. Itcontainsacontact insulationsystem,aventilatedfacadewithwoodenpanellingandventilatedfacadewithfacadepanels.Thesurfaceweightofload-bearingpanelsdoesnotexceed100kg/m2.

18 19

proporcedomu.Spojováníjeprovedenosponkovými,vrutovýmiahřebíkovýmispoji.Použitýstavebníaizolačnímateriáljezpřírodníchproduktůsdůrazemnaekologii.

StěnyobvodovéNosnoukonstrukciobvodovýchstěntvořídřevěnárámovákonstrukcezΙ-nosníků(60x300mm,90x300mm),opláštěnázvnějšístranysádrovláknitoudeskoutl.15mmazvnitřnístranyparobrzdnousádrovláknitoudeskoutl.15mm.Totoopláštěnípřenáší horizontální a diagonální zatížení ze stropní konstrukce do úložné desky. Dutiny rámové konstrukce stěn jsouvyplněnytepelnouizolacízdřevěnýchvláken.Zvnitřnístranyjestěnaopatřenapředstěnou(rámzdřevěnýchprofilů60x60mmopláštěnýsádrovláknitoudeskoutl.15mm)opětvyplněnoutepelnouizolacízdřevěnýchvláken.Vnějšístranutvořízateplovacísystémzdřevovláknitýchdesekopatřenýtenkovrstvouomítkou.Celkovátloušťkaobvodovéstěnyje552mm.

StěnyvnitřníVnitřnínosnéstěnyjsouzdřevěnérámovékonstrukce(tl.120mm)aoboustrannéhoopláštěnísádrovláknitýmideskami(tl.15mm).Rámjevyplněntepelnouizolacízminerálníplsti.Celkovátloušťkastěnyje150mm.Vnitřní dělící stěny (nenosné) jsou z dřevěné rámové konstrukce (tl. 60 mm, tl. 120mm) a oboustranného opláštěnísádrovláknitýmideskami(tl.15mm).Rámjevyplněntepelnouizolacízminerálníplsti.Celkovátloušťkastěnyje90nebo150 mm.

Whendesigningthedisposition,amodularcoordinationandunificationofconstructionpartsareused.A600mmwideconstructionmodelsisusedasthebasicdimension.Consequently,theground-planandheightproportionsofthehousearederivedfromtheseregulations.Clamps,screwsandnailsareusedtoconnecttheparts.Theusedconstructionandinsulationmaterialismadefromnaturalproductswithrespecttoecologyandenvironment.

PeripheralwallsTheload-bearingconstructionoftheperipheralwallsconsistsofaframestructurefroml-beams(60x300mm,90x300mm),itsexternalsurfaceiscoveredwitha15mmgypsumfibre-boardandtheinternalsurfacewitha15mmvapourbarrierboard.Thispanellingtransfersthehorizontalanddiagonalloadfromtheceilingstructureontothebearingslab.Cavitiesoftheframestructurearefilledwithwood-fibreinsulation.Fromtheinside,thewallconsistsofapre-wall(60x60mmtimberframeprofilepanellingwitha15mmgypsumfibre-board)andfilledwithwood-fibrethermalinsulation.Theexternallayerconsistsofwood-fibrepanelswithathinlayerofplaster.Thetotalwidthoftheperipheralwallis552mm.

InternalwallsInternalload-bearingwallsaremadefroma120mmthicktimberframeconstructionanddouble-sidedpanellingfrom15mmthickgypsumfibre-boards.Theframeisfilledwithmineral-feltinsulation.Thetotalwidthofthewallis150mm.Internalpartitionwalls(notload-bearing)aremadefromatimberframeconstruction(60mmand120mmthick),double-sidedpanellingfrom15mmthickgypsumfibre-boards.Theframeisfilledwithmineral-feltinsulation.Thetotalwidthofthewalliseither90mmor150mm. Stropynadpřízemím

Nosnoučástí stropumezipřízemímapodkrovím jsoudřevěné stropní nosníky 60x240 mm, na kterých jepoložen záklop z dřevotřískové desky 22 mm. Mezinosníky je v tloušťce 120 mm umístěna akustickáizolacezminerálníplsti.Podhledzesádrokartonovýchdesek (2x12,5 mm) je přichycen do dřevěnéholaťování(30x60mm).Konstrukcepodlahyjesloženazkročejovéizolace,anhydritovéhopotěruapodlahovékrytiny.Celkovátloušťkastropujecca467mm.

StřešníkonstrukceKonstrukce střechy nad podkrovím využívá prostorumezidřevěnýmiΙ-nosníky(90x180mm)kuloženítepelnéizolace tl. 180mm z dřevěných vláken. Na krokvíchje v celé ploše připevněné další tepelně izolačnísouvrstvíurčenépronadkrokevníaplikace.Nadizolacíje větraná vzduchovámezera a střešní laťování proupevnění plechové krytiny. Zespodu je na krokvíchzavěšenýsádrokartonovýpodhledvyplněnýtepelnouizolacízdřevěnýchvlákentl.60mm.Funkciparobrzdyzajišťuje sádrovláknitá deska s nakašírovanou folií.Celková tloušťka šikmého stropu (krovu) bez střešníkrytinyje652mm.

Ceilingsabovetheground-floorThe load-bearing parts of the ceilings betweenthe ground-floor and the attic consist of 60x240mm wooden ceiling beams, on which 22 mmhardboard decking is laid. A 120 mm acousticmineral–felt insulation is placed between thebeams.Theceilingmadefrom2x12,5mmdrywallpanels isattachedtotimberbattens(30x60mm).Thefloorconstructionconsistsofsound insulation,anhydritecoatandfloorcover.Thetotalwidthoftheceilingis467mm.

TheroofconstructionThermalwood-fibre insulation is placedbetweenthe wooden l-beams (90x180 mm) of the roofconstruction above the attic. Another layer ofthermalinsulationisattachedtorafterstoinsulatetheabove-rafterapplications.Abovetheinsulationthere isaventilatedairgapand roofbattings toattach themetal roofing to. From thebottom,adrywall ceiling filled with 60 mm thick thermalwood-fibre insulation isattachedto the rafters.Agypsumfibre-boardwithafoamedfilmactsasavapourbarrier.Thetotalwidthoftheslopingceiling(rooftruss)withouttheroofingis652mm.

Detail1:SkladbaobvodovéstěnyDetail1:Compositionoftheperipheralwall

Detail1:SkladbaobvodovéstřechyDetail1:Compositionoftheperipheraltheroof

20 21

SchodištěJeprovedenojakotříramenné,dřevěnébezpodstupňůsedvěmabočnímischodnicemi,donichžjsouosazenyschodišťovéstupně.

VýplněotvorůOknajsoudřevěná,lepenýprofilsezasklenímjeurčenpronízkoenergetickédomy.SoučinitelprostuputeplaUw=0,71W/m2.K.Vstupnídveřejsoudřevěné.SoučinitelprostuputeplaUw=1,0W/m2.K.

NAVrHOVANÉMATErIÁLYAJEJICHOHLEDNAŽIVOTNÍPrOSTŘEDÍAZDrAVOTNÍNEZÁVADNOST •ŽBdeska-navýrobujepotřebaméněbetonu,nežpřizaloženínazákladovýchpasech •nosnéprvky–stavebnísmrkovéřezivo •opláštění-sádrovláknitéasádrokartonovédesky •Izolace-dřevovláknitédesky,polystyrenjeztechnickýchdůvodůpoužitpouzepodspodnístavbou •výplněotvorů-dřevěné •fasáda–dřevovláknitédesky,zesevernístranydřevěnéobložení,zestranyzápadnícementovláknitéfasádní desky.

Přidodržovánípravidelnéběžnéúdržbyježivotnosthornístavbystanovenana100avícelet.

2.2.3.ENErGETICKÁKONCEPCEAPArAMETrYOBJEKTU

ENErGETICKÁKONCEPCEOBJEKTUZ hlediska základníchpožadavků je tvarováa konstrukční koncepce řešena ve shodě se zásadamiapravidly, kteréjsoupropasivnídomydefinoványvČSN750540-2(2002).Vnížeuvedenémtextujsoupopsányparametry,kterébylypřinávrhuarealizacizohledněny.

Celkovákoncepcebudovy: •tvarovéřešeníbudovy(kompaktnostačlenitostbudovy)-poměrA/Vvnízkýchhodnotách •maximálníomezenípříčintepelnýchmostůvkonstrukciavýraznýchtepelnýchvazebmezikonstrukcemi •uspořádánívnitřnídispoziceatepelnýchzónsohledemnaorientacikesvětovýmstranám •volbaumístěníprosklenýchplochfasádyajejichpřiměřenávelikostpropasivnísolárníziskyaomezené přehřívánívnitřníhoprostoru Vytápěníachlazení: •vhodnákoncepceapropojenísystémůtechnickéhozařízeníbudovy •účinnáregulaceprosníženíspotřebyenergienavytápěníachlazení •rekuperaceodváděnéhotepléhoachladnéhovzduchusvyužitímchlazenínočnímvzduchemnebo zemnímregistremamaximálníomezenístrojníhochlazení •ubudovsvyššímiprosklenýmiplochamizabezpečenívnitřníhoprostoruprotipřehřívání •využitístínícíchprostředků(žaluzieaslunolamy)

Tepelnécharakteristikyobvodovýchkonstrukcí:Součinitelprostuputeplavšechobvodovýchkonstrukcínahranicivytápěnéhoprostoru: •StřešníkonstrukceU≤0,10W/m2.K •ObvodovástěnaU≤0,10W/m2.K •PodlahapřilehlákzeminěU≤0,12W/m2.K •OknaUw≤0,8W/m2.K

StaircaseThestaircaseisthree-flight,wooden,withoutsubstepswithtwostairstringersonthesidesintowhichthestepsarehoused.

WindowpanesanddoorsThewindowswithtimberframeshaveagluedprofilewithglazingdesignatedforlow-energyhouses.ThecoefficientofheattransferisUw=0,71W/m2.KTheentrancedoorismadeofwood.ThecoefficientofheattransferisUw=1,0W/m2.K

PrOPOSEDMATErIALSWITHrESPECTTOENVIrONMENT,HEALTHANDSAFETY •Reinforcedconcreteslab–lessconcreteisnecessarytomaketheslabcomparedtofoundationstrips •Supportingelements–engineeringsprucetimber •Panelling–gypsumfibre-boardpanelsanddry-wallpanels •Insulation–wood-fibrepanels,fortechnicalreasonspolystyrenewasusedonlyunderthebottomstructure •Panes–madeofwood •Facade–wood-fibrepanels,woodenpanellingfromthenorth,cement-fibrefacadepanelsfromthewest

Ifregularmaintenanceissustained,thelife-spanofthetopstructureissetatover100years.

2.2.3.ENErGYCONCEPTANDPArAMETErSOFTHEBUILDING

EnergyconceptofthebuildingWith respect to thebasic requirements, theshapeandconstructionconcept is solved in linewith theprinciples andregulationsdefinedforpassivehouses inČSN750540-2(2002).Thebelowlistedtextdescribesparameterswhichweretakenintoaccountduringtheprocessofdesigningthebuildinganditsconstruction.

Theoverallconceptofthebuilding •theshapeofthebuilding(compactnessandsegmentationofthebuilding)–thesurfaceareatovolumeratio haslowvalues •maximumrestrictionsofthermalbridgecausesanddistinctthermalconnectionsbetweenconstructions •thelayoutofinternalpremisesandthermalzoneswithrespecttotheorientationtowardsthefourcardinal directions •chosenlocationsofglassedareasinthefacadeandtheirappropriatesizeforpassivesolargainsandlimited overheatingoftheinterior Heatingandcooling: •asuitableconceptofconnectionsbetweenthetechnicalequipmentsystemsofthebuilding •effectiveregulationtoreducetheenergyconsumptionnecessaryforheatingandcooling •recuperationofextractedwarmandcoldairwherecoolingwithnight-timeairorgroundregisterwith amaximumreductionofmechanicalcoolingisused •forbuildingswithhigherglassedsurfacestheinternalpremisesaresecuredagainstoverheating •useofshading(verticalsidebarsandsunscreens)

Thermalcharacteristicsofperipheralconstructions:Thecoefficientofheatpenetrationofallperipheralconstructionsontheborderofheatedpremises:: •TheroofconstructionU≤0,10W/m2.K •TheperipheralwallU≤0,10W/m2.K •TheflooradjacenttothesoilU≤0,12W/m2.K •WindowsUw≤0,8W/m2.K

22 23

•VstupnídveřeUw≤1,2W/m2.K •Propustnostsolárníhozářenívýplněmiotvorů:Oknag≥0,5 •PrůměrnýsoučinitelprostuputeplaUem ≤0,21W/m2.KLineárníčiniteleprostuputepla: •Vnějšístěnanavazujícínadalšívnějšíkonstrukci,např.základ,stropnadnevytápěnýmprostorem,jinouvnější střechu,střechu,lodžii,balkón,arkýř,atd.ψk ≤0,2W/m.K •Vnějšístěnanavazujícínavýplňotvoruψk ≤0,03W/m.K •Střechanavazujícínavýplňotvoruψk ≤0,10W/m.K

Kvalitavnitřníhoprostředíatepelnáztrátavýměnouvzduchu:

Zpětnézískávánítepla •Účinnostzpětnéhozískáváníteplazodváděnéhovzduchuη≥85%Spárováprůvzdušnost •Neprůvzdušnostobálkybudovyvefázihrubéstavbyn50≤0,6h-1

•Neprůvzdušnostobálkybudovypodokončenístavbyn50≤0,6h-1

Teplotnípohodavinteriéruvpřechodnémaletnímobdobí •nejvyššíteplotavzduchuvletnímobdobíθi ≤27˚C

Potřebateplanavytápění •MěrnápotřebateplanavytápěníEA≤15kWh/m2.a

Potřebaprimárníenergie •Potřebaprimárníenergiezneobnovitelnýchzdrojůnavytápění,přípravutepléužitkovévodyatechnické systémybudovyPEA≤60kWh/m2.a

•TheentrancedoorUw≤1,2W/m2.K •Thesolarradiationpermeabilitythroughwindowpanesanddoors:Windowsg≥0,5 •PrůměrnýsoučinitelprostuputeplaUem≤0,21W/m2.KLinearfactorsofheatpenetration: •Theexternalwalladjoininganotherexternalstructure,e.g.foundations,ceilingaboveunheatedspace, anotherexternalroof,roof,loggia,balcony,baywindow,etc.ψk≤0,2W/m.K •Theexternalwalladjoiningawindoworadoorψk≤0,03W/m.K •Theroofadjoiningawindoworadoorψk≤0,10W/m.K

Qualityofexternalenvironmentandheatlossthroughairrecuperation:

Heatrecovery •Recoveryefficiencyofheatfromextractedairη≥85%Jointairpermeability •Non-permeabilityofthebuildingenvelopeinthestagepriortointernalcompletion50≤0,6h-1

•Non-permeabilityofthebuildingenvelopeafterthecompletionn50≤0,6h-1

rangeoftemperaturecontentmentintheinterimperiodandinthesummerperiod •Thehighestairtemperatureinthesummerθi ≤27˚C

Heatrequirementforheating •SpecificconsumptionforheatingEA≤15kWh/m2.a Potřebaprimárníenergie •Requirementofprimaryenergyfromnon-renewablesourcesforheating,heatingservicewaterand thetechnicalsystemofthebuildingPEA≤60kWh/m2.a

BASICTECHNICALANDENErGYPArAMETErSOFTHEBUILDINGThebuildingcomplieswithenergyparametersforpassivehousesunderČSN730540-2(2002).Afterincludingsolargainsandtemperaturereleasedbyoccupantspresentinthebuilding,wecanpredictonlyasmalldifferencebetweentheenergyusedandneededforheating. It ispossibletoachieveparametersofazero-energybuildingbyaddingphotovoltaicpanelsinfuture,forwhichthecentreisprepared.

Calculationparameters: •SpecificenergyconsumptionofthebuildingEPa :35kWh/m2.a •SpecificheatconsumptionforheatingthebuildingEa :10kWh/m2.a •AveragecoefficientofheatpenetrationofthebuildingenvelopeUem :0,13W/m2.K •HeatlossΦi :do2kW

Dalšískutečnéparametry: •Coefficientofheatpenetrationthroughroofstructure:U≤0,09W/m2.K •Coefficientofheatpenetrationthroughperipheralwall:U≤0,10W/m2.K •Coefficientofheatpenetrationthroughtheflooradjacenttothesoil:U≤0,12W/m2.K •Coefficientofheatpenetrationthroughthewindow:Uw≤0,71W/m2.K •Coefficientofheatpenetrationthroughtheentrancedoor:Uw≤1,0W/m2.K •Permeabilityofsolarradiationthroughwindowpanesanddoors:g≥0,5 •Recoveryefficiencyofheatfromextractedair:η≥85% •Non-permeabilityofthebuildingenvelopeafterthecompletion:n50=0,52h-1

•Thehighestairtemperatureinthesummerθi≤27˚C

ZÁKLADNÍTECHNICKÉAENErGETICKÉPArAMETrYOBJEKTUObjekt splňuje energetické parametry pro pasivní domy dle ČSN 730540-2(2002). Při započítání solárních zisků a uvolňovaného tepla přítomnýmiobyvateli lze uvažovat o malém rozdílu mezi spotřebovanou a potřebnouenergiínavytápění.Přidánímfotovoltaickýchpanelů,nakteréjestřediskodobudoucnapřipravenojemožnédosáhnoutparametrůnulovéhodomu.

Výpočtovéparametry: •MěrnáspotřebaenergiebudovyEPa :35kWh/m2.a •MěrnápotřebateplanavytápěníbudovyEa :10kWh/m2.a •PrůměrnýsoučinitelprostuputeplaobálkybudovyUem :0,13W/m2.K •TepelnáztrátaΦi :do2kW

Dalšískutečnéparametry: •Součinitelprostuputeplastřešníkonstrukce:U≤0,09W/m2.K •Součinitelprostuputeplaobvodovéstěny:U≤0,10W/m2.K •Součinitelprostuputeplapodlahypřilehlékzemině:U≤0,12W/m2.K •Součinitelprostuputeplaokna:Uw≤0,71W/m2.K •Součinitelprostuputeplavstupníchdveří:Uw≤1,0W/m2.K •Propustnostsolárníhozářenívýplněmiotvorů:g≥0,5 •Účinnostzpětnéhozískáváníteplazodváděnéhovzduchu:η≥85% •Neprůvzdušnostobálkybudovypodokončenístavby:n50 =0,52h-1

•Nejvyššíteplotavzduchuvletnímobdobíθi≤27˚C

PRŮKAZ ENERGETICKÉNÁROČNOSTI BUDOVY

Odborné školící středisko MSDK 70833 Ostrava, ul. Ludvíka Podéště 1875/17

Hodnocení budovy stávající

stav po realizaci doporučení Celková podlahová plocha: 154,8 m2

A

Měrná vypočtená roční spotřeba energie v kWh/m2rok 35

Celková vypočtená roční dodaná energie v GJ 19,77

Podíl dodané energie připadající na:

Vytápění Chlazení Větrání Teplá voda Osvětlení

28,0 % 15,0 % 17,0 % 27,0 % 13,0 %

Doba platnosti průkazu do 2.6.2021

Průkaz vypracoval Ing. David Ondra Osvědčení č. 750

A B

C

D

E

F

G

Obr.2:PrůkazenergetickénáročnostibudovyFig.2:Energyperformancecertificate

24 25

2.2.4.TECHNICKÉZAŘÍZENÍOBJEKTU

2.2.4.1.VYTÁPĚNÍ

Systémvytápěníobsahujenadřazenouregulacinavrženýchtepelnýchzdrojůsmožnostívyužitíprovýzkumnéavýukovéúčely.Systémumožňujeměřenívšechpotřebnýchveličin,toků,výkonůatepelnéenergie.VýstupyMaRjsouvyvedenynaPCsgrafickýmzobrazenímdanéhoschématu,zvolenéhozdrojeiotopnésoustavy.Jelikožsejednáonízkoenergetickoustavbu, je nutnopři prováděnévýuceapotřebnýchměřeních zajistit chlazení topnévody tak,abybyl zajištěn vždyodvod přebytečné tepelné energie. Toto platí zejména při vytápění objektu zdrojem s vyšším výkonem, které se vnízkoenergetických domech zpravidlanepoužívají (plynový kotel, peletkovákamna). Základním zdrojem pro vytápěníobjektu byl zvolen elektrický kotel. VZTje možné používat dvěma způsoby –teplovzdušné vytápění a řízené větrání.Oboje s rekuperací odpadního tepla(koupelna,soc.zařízení)smožnostísledovánívýznamu přívodního podzemního registru.Rozvodypotrubíprovytápěníavzduchotechniku jsou v prostoru strojovnyviditelné. Navíc je v prostoru strojovnyprovedena možnost připojení vlastníhozdroje skrze komín. Pro studijní účely jemožná ukázka a demonstrace vnitřníhozařízení tepelných zdrojů. Mezi zdroji lzeporovnatúčinnostavlivnavnitřníprostředívytápěnéhoobjektu.

POPISSYSTÉMU

Celkový popis systému i následující podrobné řešení navazuje na výkres schématu celkové navržené technologie.Základem zařízení je akumulátor tepelné energie o objemu 800 litrů s integrovanou funkcí chladiče topné vody připřebytkutepelnéhovýkonu.Tepelnáenergiejedodávánazinstalovanýchtepelnýchzdrojůoteplotědanévyužívanýmzařízením.Výstupzakumulátorujeodebíránvnejnižšímboduoteplotěcca35°C.pomocísměšovačejemožnonastavitpožadovanouteplotuzpětnévodyvrozmezí35–65°C.Odvod ztrátového tepla je zajištěn pomocí trubkového tepelného výměníku osazeného ve spodní 1/3 akumulátoru.Náplňnemrznoucíkapalinou(např.30%etylenglykol)umožníceloročníprovozvenkovníhochladičeovýkonucca12kWsfrekvenčněřízenýmventilátoremtak,abyteplotasměsipřiprovozunepokleslapod0°C.

Tepelné zdroje (elektrokotel, plynový kondenzační kotel, kotel na biomasu a tepelné čerpadlo) jsou napojeny dospolečného sběrnéhopotrubí.Při výuceaprovozech sepředpokládáchodvždypouze jednoho tepelnéhozdroje. Ztohotodůvodujeřízeníteplotyvstupnívodyaměřeníteplaprovšechnyzdrojespolečné.

Solárnísystémvyužívá(prozjednodušeníschématu)napojenídosystémunemrznoucísměsi.Přiměřeníjechladícíventilátorvypnut,vpřípaděpřebytkuvýkonusolárníchpanelů(cožnastanevletnímobdobí imimoprovozstřediska)jepomocíventilátoruzajištěnceloročníodvodpřebytečnéhoteplaanedojdetakkpřehřívánísolárníhosystémuaniakumulačnínádrže.Prozdrojchladuprovzduchotechnikujevyužitotepelnéčerpadlo,chladjeodebíránzprimárníhosystémuTČ.Nemrznoucí

2.2.4.TECHNICALEQUIPMENTOFTHEBUILDING

2.2.4.1.HEATING

Theheating system includesa superior regulationof thedesignedheat sourceswith thepossibility toutilise them forresearchandeducationalpurposes.Thesystemenablestomeasureallnecessaryquantities,flows,powersandthermalenergy.BMSoutputsareconnectedtoaPCwithagraphicdisplayofthegivenscheme,theselectedsourceandtheheatingsystem.Itisnecessarytoensurethecoolingoftheheatingwatertoprovidetheremovalofthethermalenergyduringlessonsandduringnecessarymeasurements,sincethisisanenergy-efficienthouse.Thisisespeciallythecasewhenthebuildingisheatedbyasourcewithahigherpower,whichisnottypicallyusedinenergy-efficienthouses(gasboiler,pelletstove).Anelectricboilerwasselectedasaprimaryheatingsourceforthebuilding.Mechanicalventilationcanbeusedintwoways-theairheatingandthecontrolledventilation.Bothwiththewasteheatrecovery(bathroom,sanitaryfacilities)andwiththepossibilitytomonitortheimportanceoftheundergroundsupplyregister.Distributionpipesfortheheatingandtheventilationarevisible intheengineroom.Further, it ispossibletoconnectone‘sownsourcethroughthechimneyinthepremisesoftheengineroom.Itispossibletoillustrateanddemonstratetheinternalequipmentoftheheatingsourcesforstudypurposes.Theeffectivenessandtheimpactofthesourcesontheenvironmentinsidetheheatedbuildingcanbecompared.

DESCrIPTIONOFTHESYSTEM

Theoveralldescriptionof thesystemandthe followingdetailedsolutionareconnectedto thedesignschemeof theoverallproposedtechnology.Thebasisoftheunitisathermalenergyaccumulatorwiththecapacityof800litreswithanintegratedcoolerofheatingwaterduringthetimesofanexcessiveheatoutput.Thethermalenergyissuppliedfrominstalledheatsourceswiththetemperaturespecifiedbytheuseddevice.Theoutputoftheaccumulatoristakenatthelowestpointattemperatureofabout35˚C.Returnwatertemperaturecanbeadjustedwithamixerbetween35and65˚C.

Theremovaloflossheatisprovidedwithatubularheatexchangerfittedinthebottomthirdoftheaccumulator.Antifreezeliquid(e.g.30%ethyleneglycol)allowsanallyear-roundoperationofanoutdoorcoolerwithcapacityofabout12kWwithafrequency-controlledfansothatthetemperatureofthemixturedoesnotfallbelow0˚Cduringitsoperation.Theheat sources (electricboiler,gascondensingboiler,biomassboilerandheatpump)areconnected toa sharedmanifold.Itisexpectedthatonlyoneheatsourcewillberunduringlessonsandintheoperationmode.Forthisreason,controllingsystemoftheincomingwatertemperatureandtheheatmeasurementissharedbyallheatsources.Thesolarsystemuses(tosimplifythediagram)aconnectiontotheantifreezemixturessystem.Thecoolingfanisoffduringmeasurements.Incaseofexcessiveproductionofsolarpanels(whichoccursinthesummerandoutsideoftheopeninghoursofthecentre),anallyear-roundsurplusheatremovalisprovidedbyafan;thereforeneitherthesolarsystemnortheaccumulationtankwilloverheat.

Aheatpumpisusedacoolingsourcefortheairconditioningsystem.Heatisremovedfromtheprimarysystemoftheheatpump.Theantifreezeofarequiredtemperatureisbroughtintothecooleroftheairconditioningunit.Ifwereducetheairflowto3/6˚C,itispossibletoreducedtheairtemperatureto12˚Cinthesummerandsubsequentlyitispossibletowarmitupagain.Inthisway,itispossibletoillustratedehumidificationoftheairtotherelativehumiditylevelofabout60%underanyoutdoorconditionsaswell.

Obr.3:SchémastrojovnytopnéhosystémuaVZTFig.3:Schemeoftheheatingandmechanicalventilationintheengineroom

26 27

Výukovásestavatepelnýchzdrojů: •přímotopnýelektrokotelopříkonu6kW •elektrickáspirálaopříkonu2kW •plynovýkondenzačníkoteloregulovatelnémvýkonuvrozsahu2–10kW •automatickýkotelnaspalovánípeletovýkonudocca12kW •tepelnéčerpadlozemě/vodaovýkonu6kW •solárnísystémsvakuovýmitrubicemioplošecca4m2

Otopnésoustavyobjektu: •deskováotopnátělesadimenzovánanatepelnýspád50/43°C •podlahovévytápěnídimenzovanénatepelnýspád40/35°C •vytápěníVZTdimenzovanénateplenáspád50/43°C •chlazeníVZTdimenzovanénatepelnýspád6/12°C •ohřevteplévody(TV)dimenzovanýnatepelnýspád55/48°C

Topnésoustavyodebírajípotřebnoutepelnouenergiizhorníchvrstevtepelnéhoakumulátoru,zpětnávodajevracenadoakumulátorunadúrovnívloženéchladícívložky.Každýokruhjevybavencirkulačnímčerpadlemselektronickouregulacítlakovédiferenceasměšovačempronastavenípožadovanéteplotytopnévody.SohledemnaprovozTČjsounavrženyivýpočtovéparametrytopnýchsystémů.Provytápěníobjektumimodobuvýukysepředpokládávyužitínaakumulovanétepelnéenergiezvýukovéhoprovozutepelnýchzdrojů,popřípaděsolárníenergií.Sohledemnanavrženýpasivnídůmsetrvalýprovozdefinovanéhotepelnéhozdrojenepředpokládá(jevšakmožný).

PODrOBNÝPOPISJEDNOTLIVÝCHTEPELNÝCHZDrOJŮ

Akumulátortepla800litrůAtypický akumulátor 800 litrů zajišťuje dokonalé kvantitativní i tlakové oddělení okruhu tepelných zdrojů od topnýchokruhů.Proakumulacijevyužitahorníčástakumulátoruoobjemucca500l,kteráumožnípřirozdíluteplot10°Cakumulacicca6kWcožplněpostačujeakumulovathodinovývýkonosazenýchtepelnýchzdrojů.Přívodnípotrubíjenapojenovhorníčásti,výstupnípotrubívyvedenéktepelnýmzdrojůmjevyvedenozespodníčástiakumulátoru.Vakumulátorujeinstalovánaelektrická topnávložkaopříkonu4 kWvybavenávlastnímprovozním termostatemnastavenýmna50°Ca havarijním termostatem nastaveným na 80°C. Tato vložka bude použita pro temperaci objektu při dlouhodobémodstavenívzimnímobdobí(prázdninymezisemestry).Prodosaženívýstupní teplotycca35°Cdosystémuokruhutepelnýchzdrojů jevespodní1/3akumulátoru instalovántrubkovývýměník (chladič)vyvedenýnasuchývenkovníchladič. Tentookruh je sohledemnačástumístěnoumimoobjekt naplněn nemrznoucí kapalinou s bodem tuhnutí pod -25°C. Tento výměník slouží i pro využití tepelnéenergiezesolárníchkolektorů.Akumulátor tepla jevybaven jímkamipro instalaci teploměrůateplotníchčidel regulace.Jsouosazeny4ksčidelprokontroluteplotyvodyamnožstvíakumulovanétepelnéenergie.Dalšídvěčidlajsouosazenanavstupnímavýstupnímpotrubíokruhuzdrojů.

ChladičaokruhnemrznoucísměsiTentookruh zajišťuje chlazení topné vody ve spodní části akumulátorua s ohledemnaceloroční provoz je naplněnnemrznoucísměsí30%etylenglykol(koncentracena-25°C).Pokudjenutnochladittopnouvodu(signálodteplotníchčidel)jespuštěnocirkulačníčerpadlonemrznoucísměsiafrekvenčnímřízenímventilátorujeudržovánateplotavýstupnízpětnévodynahodnotěcca35°C.Suchýchladičovýpočtovémvýkonucca12kWpřiteplotěvenkovníhovzduchu25°Cjeinstalovánzaobjektemnadvoubetonovýchpasech.Frekvenčníregulacíotáčekventilátorujeudržovánapotřebnáteplotavodyvespodníčástiakumulátoru.

Educationsetofheatsources: •direct-heatingelectricboilerwiththepowerof6kW •electricalcoilwiththepowerof2kW •gascondensingboilerwithanadjustablepowerintherangeof2to10kW •automaticpelletboilerwiththeoutputofupto12kW •heatpumpground/waterthepowerof6kW •solarsystemwithvacuumtubeswiththeareaofapprox.4m2

Theheatingsystemsofthebuilding: •panelradiatorsratedatthethermalgradientof50/43°C •floorheatingratedatthethermalgradientof40/35°C •ventilationheatingratedatthethermalgradientof50/43°C •ventilationcoolingratedatthethermalgradientof6/12°C •hotwaterheating(HW)ratedatthethermalgradientof55/48°C

Theheatingsystemscollectthenecessarythermalenergyfromtheupperlayersoftheheataccumulator.Returnwaterissentbackintotheaccumulatorabovetheleveloftheinsertedcoolingpad.Eachcircuitisequippedwithacirculationpumpwithanelectronicallycontrolleddifferentialpressureandwithamixersothatadesiredheatingwatertemperaturecouldbeset.Calculationparametersof theheatingsystemsaredesignedwith respect to theheatpumpoperationaswell.Sothatthepremisescouldbeheatedoutsideofthelessons,itisexpectedthattheaccumulatedheatenergyfromtheeducationaloperationmodeoftheheatsourcesorsolarenergywillbeused.Wedonotpresumeacontinuousoperationofthedefinedheatsource(althoughitispossible)withrespecttotheproposedpassivehouse.

DETAILEDDESCrIPTIONOFPArTICULArHEATSOUrCES

800litreheataccumulator800littersatypicalheataccumulatorprovidesaperfectquantitativeandpressureseparationoftheheatsourcescircuitfromtheheatingcircuits.Theupperpartoftheaccumulator,withthecapacityofapprox.500lwhichallowsaccumulationofapprox.6kWatthedifferenceoftemperaturesof10°C,isusedforsuchaccumulationwhichissufficienttoaccumulateanhourlyoutputoftheinstalledheatsources.Theinletpipeisconnectedattheupperpart.Theoutletpipeleadingtotheheatsourcesisbroughtoutfromthebottompartoftheaccumulator.Anelectricimmersionheaterwiththepowerof4kWequippedwithitsownoperatingthermostatsetat50°Candasafetythermostatsetat80°Cisinstalledintheaccumulator.Thisimmersionheaterwillbeusedtomaintainmoderateheatingofthebuildingduringalong-termshutdownperiodinthewinter(holidaysbetweensemesters).Toachievetheoutlettemperatureofabout35°C,atubularheatexchanger(cooler)leadingintoadryoutdoorcoolerisinstalledintothesystemofheatsourcescircuitsinthelowerthirdoftheaccumulator.Thiscircuitis,withrespecttothepartlocatedoutsidethebuilding,filledwithantifreezewithafreezingpointbelow-25°C.Thisexchangeralsousesheatenergyfrom solar connectors. The heataccumulator haspools for installationof thermometers andcontrolling temperaturesensors.Fourpiecesofsensorstocontrolwatertemperatureandtheamountofaccumulatedthermalenergyarefitted.Anothertwosensorsarefittedattheinletandoutletpipingofresourcescircuits.

CoolerandantifreezecircuitThiscircuitcoolsdowntheheatingwaterinthelowerpartoftheaccumulatorandit isfilledwithantifreezemixtureof30%ethyleneglycol(concentrationat-25°C)withrespecttotheallyear-roundoperation.If it isnecessarytocooltheheatingwater(thesignalfromthetemperaturesensors),theantifreezecirculatingpumpisswitchedonandafanwithfrequencyspeedcontrolmaintainsthetemperatureoftheoutletreturnwateratapproximately35°C.Adrycoolerwiththecomputationalpowerofabout12kWduringtheoutsideairtemperatureof25°Cisinstalledbehindthebuildingontwoconcretestrips.Therequiredwatertemperatureatthelowerpartoftheaccumulatorismaintainedbythefanwithfrequencyspeedcontrol.

směsopožadovanéteplotějevyvedenodochladičeVZTjednotky,sníženímtepelnéhospádunateplotu3/6°Cjemožnosnížitv letnímobdobíteplotuvzduchuažna12°Canásledněohřát.Tímtozpůsobemlzenázornéilustrovatiodvlhčenívzduchunahodnoturelativnívlhkosticca60%přilibovolnýchvenkovníchpodmínkách.

28 29

Okruhnemrznoucísměsijedálevyužívániprodalšítechnologickézařízení: -odvodchladuzprimárníhookruhutepelnéhočerpadla -přenosteplazesolárníchvakuovýchkolektorůdoakumulátoru,popřípadědochladiče (připřebytkutepelnéenergie) -chlazeníklimatizacezprimárníhookruhutepelnéhočerpadla

NapojenítepelnýchzdrojůTepelnézdrojejsounapojenynaspolečnépotrubízapředpokladuprovozuvždypouzejedinéhozdroje.Nastaveníteplotyzpětnévodyvstupujícídotepelnýchzdrojů jeprovedenasměšovačem.Tatoregulaceumožňujestabilizaciteplotynapožadovanou hodnotu podle provozovaného zdroje. Tuto teplotu lze při provozuměnit a tím sledovat u tepelnéhočerpadlahodnotuCOPaukondenzačníhokotleúčinnostpřikondenzaci(vstupcca40°C)abezkondenzace(vstupcca55°C).Natotopotrubíjsoujednotlivézdrojenapojenypřesuzavíracíkulovékohoutyazpětnéklapky(zamezenozpětnécirkulacipřiodstavení).

MěřenívyrobenéaspotřebovanéenergieVezpětnémpotrubíokruhuzdrojůjeosazenprůtokoměrultrazvukovéhoměřičetepla,naoboupotrubíchpakpárovanésnímačeteploty.Měřičtepelnéenergieumožňujeodečítatveškeréhodnotynutnéprourčeníúčinnostivdanémokamžikuprovozovanéhotepelnéhozdroje.Napájeníel.energiítepelnýchzdrojůbudevybavenospolečnýmtřífázovým elektroměrem umožňujícím odečítání spotřebované elektrické energie provozovaného tepelného zdroje(součástelektroinstalaceaMaR).

ElektrokotelJe navržen elektrokotel s elektrickýmpříkonem 6 kW vybavený veškerým zařízenímpro autonomní provoz (cirkulačníčerpadlo,exp.nádoba,provozníazabezpečovacíprvky).Provozelektrokotle je řízenznadřazené regulaceapodlepotřebvýuky.

PlynovýkotelJenavrženkondenzačnínástěnnýplynovýkotelsmodulovanýmvýkonemhořákucca2–10kW.vybavenýveškerýmzařízenímproautonomníprovoz (cirkulační čerpadlo, exp. nádoba,provozní a zabezpečovací prvky).Odvod spalinipřívod spalovacíhovzduchu jeproveden třívrstvýmocelovýmkomínempřesobvodovou stěnudovnějšíhoprostoru(odvodspalinprovedennadúroveňstřechy).Provozplynovéhokotlejeřízenznadřazenéregulaceapodlepotřebvýuky.Spotřebazemníhoplynujeodečítánazfakturačníhoplynoměru(jednáseojedinýspotřebičzemníhoplynu).

Kotelnaspalováníbiomasy-peletkyJsouumístěnamaláautomatickápeletkovákamnashořákemnaspalovánídřevníchpeleteksregulovatelnýmtepelnýmvýkonemdo12kW.Prosledovánípřesnéspotřebypalivajenutnézváženíspálenéhomnožství.Přisledováníúčinnostijetakznámaspotřebapaliva,spotřebaelektrickéenergieproventilátoryanaměřičiteplapakbudeodečítánavýrobatepla.

TepelnéčerpadloJezapojenomaléteplenéčerpadlovprovedenízemě/vodaotepelnémvýkonucca6kWselektrickýmpříkonemcca2kW,vybavenéveškerýmzařízenímproautonomníprovoz(cirkulačníčerpadlaprimárníisekundárnístrany,provozníazabezpečovacíprvky).Připojenísekundárnístrany(výstupdosystému)jeprovedenovdimenziDN20.Pomocísměšovačenastranětopnévodylzenastavovatteplotuvstupujícívodyod35do50°C.Odvodchladujeprovedendochladícíhookruhunaplněnéhonemrznoucísměsí(30%etylenglykol).Tepelnáenergieječerpánazesystémuchlazeníakumulátoruazvenkovníhovzduchu.TeplotavstupujícívodynaprimárnístraněTČjepodlepotřebregulovatelnávcelémprovoznímpásmuTČvrozsahu-5až+15°C.Nazákladěsnímanýchenergií–spotřebovanáelektrickáenergieavyrobenátepelnáenergielzevrelativněkrátkýchčasovýchúsecíchsledovatvlivzměnteplotprimárníisekundárnístranynavelikostfaktorunásobnostiCOP.Provoztepelnéhočerpadlajeřízenznadřazenéregulaceapodlepotřebvýuky.Tepelnéčerpadlolze

Antifreezecircuitisalsousedforothertechnologicalequipment: -removaloftheheatfromtheprimarycircuitoftheheatpump -transferoftheheatfromthevacuumsolarcollectorsintotheaccumulatororintothecooler(duringthe surplusofthermalenergy) -coolingofairconditionfromtheprimarycircuitoftheheatpump

ConnectionsofheatsourcesTheheatsourcesareconnectedtoasharedpipelineprovidedthatonlyonesourceisalwaysrunning.Amixersetsthetemperatureofthereturnwaterenteringtheheatsources.Thiscontrolallowstostabilisethetemperatureonadesiredlevelaccordingtothesourcewhichiscurrentlyrun.Thistemperaturecanbealteredduringtheoperation.Therefore,itispossibletomonitorthecoefficientofperformance(furtherasCOP)oftheheatpump;forthecondensingboiler it ispossibletomonitortheefficiencywiththecondensation(inputofabout40°C)andwithoutthecondensation(inputofabout55°C). Individual sourcesareconnected to thispipeline through isolatingball valvesandbackflowvalves (thispreventsthere-circulationwhenthesystemisshutdown).

MeasurementsofproducedandconsumedenergyAflow-meterforanultrasonicheatmeterisfittedinthecircuitofthereturnpipesofthesourcesonbothlines,followedbypairedtemperaturesensors.Athermalenergymeterallowstoreadallvaluesnecessarytoestablishtheefficiencyofanoperatingheatsourceinaparticularmoment.Thesupplyofelectricityintotheheatsourceswillbefittedwithasharedthree-phaseelectricitymeterallowingto readtheconsumedelectricityof theoperatedheatsource(apartofwiringandBMS).

ElectricboilerAnelectricboilerwiththeelectricityinputof6kWequippedwithallfacilitiesforautonomousoperation(circulationpump,expansionvessel,operatingandsafetyelements) isdesigned.Theoperationof theelectricboiler iscontrolledbythesuperiorcontrolsystemandaccordingtotheeducational/trainingneeds.

GasboilerAwallmountedcondensinggasboilerwiththemodulatedoutputoftheburnerofabout2–10kWequippedwithallfacilitiesfortheautonomousoperation(circulationpump,expansionvessel,operatingandsafetyelements)isproposed.Boththeflueandthecombustionairsupplyisprovidedbyathree-layersteelchimneythroughtheperipheralwallintotheouterspace(theflueisperformedabovetheroof).Thegasboileroperationiscontrolledbythesuperiorcontrolsystemandaccordingtotheeducational/trainingneeds.Thenaturalgasconsumptionissubtractedfromreadingsofthegasmeter(thisistheonlynaturalgasappliance).

Boilerforthecombustionofbiomass-pelletsAsmallautomaticpelletstovewithaburnerforwoodenpelletscombustionwiththeadjustableheatoutputofupto12kW isplaced inthebuilding. It isnecessarytoweightheburnedquantity tomonitor theprecisefuelconsumption.Therefore,whenwemonitortheefficiency,wecanidentifythefuelconsumption,theelectricityconsumptionforfansandthenwecanreadtheheatproductionontheheatmeter.

HeatpumpAsmallground/watertypeheatpumpwiththeheatoutputofabout6kWandwiththeelectricalinputpowerofabout2kWequippedwithallfacilitiesforanautonomousoperation(bothprimaryandsecondarycirculationpumps,operatingandsafetyelements)isconnected.Theconnectionofthesecondaryside(outputintothesystem)isperformedinDN20dimension. The heatingwatermixer can adjust the temperature of the inletwater between 35 and 50°C. The heatisextracted into thecoolingcircuit filledwithantifreeze (30%ethyleneglycol). The thermalenergy isdrawn from theaccumulatorcoolingsystemandfromtheoutdoorair.Thewatertemperatureenteringontheprimarysideoftheheatpumpisadjustableaccordingtotheneedsacrossthewholeoperatingrangeoftheheatpumpbetween-5and+15°C.

30 31

využítvletnímobdobíikvýroběchladuprovzduchotechniku.Chladičvstupujícíhovzduchujenapojennaprimárníokruhtepelnéhočerpadlasnastavenímteplotyprimárnívodynahodnotucca+3/+6°C.Tatonízkáteplotaumožníiaplikacisušení vstupního vzduchu v letníchměsících na kondenzační teplotucca+12°Canáslednýohřev napožadovanouteplotucca20°C.Tepelnáenergiebudepři tomtoprovozuodváděnadoakumulátoru,kdebudečástečněvyužitakdohřevuvzduchupoodvlhčení,přebytekbudeodvedenchladičemdovenkovníhovzduchu.

SolárnísystémSohledemnanázornostvýukyjsouinstaloványsolárnípanelynazemvedleobjektu.Vakuovétrubicovékolektoryjsouvesklonucca70°-80°.Tentosklonsnižujetepelnývýkonv letnímobdobíanaopaknavyšujetepelnývýkonvzimnímobdobí.Přenosteplabudeprovedennemrznoucísměsíumožňujícíceloročníprovoz.Sohledemnazjednodušeníceléhosystémujetepelnáenergiezesolárníchpanelůpřevedenadookruhuchladičeapřesvloženýtrubkovývýměníkpakdoakumulátorutepla.Proměřenívyrobenétepelnéenergiesloužíinstalovanýsystém.Proletníchlazenípřipřebytkutepelnéenergie jevyužitdostatečnědimenzovanýchladič.Jehochod(včetněcirkulačníhočerpadla)spínánvobdobímimovýukuautomatickypřidosaženíteplotyvakumulátoru70°C.

POPISTOPNÝCHSYSTÉMŮ

Zdůvodůvýukyaodvoduteplaztepelnýchzdrojůjsouinstaloványnejčastějipoužívanétopnésystémy,vzduchotechnikaaohřevTV.Tepelnáenergieprotytosystémyjeodebíránazvýukovýchtopnýchprovozůuvedenýchzařízení.Odběrjeprovedenzhorníhovýstupuakumulátoru,zpětnávodajevracenado1/3výškytak,abypřiodstavenízdrojůnedocházelok jejímuochlazování.Všechny systémy jsou vybavenyvlastnímicirkulačnímičerpadlya samostatnou regulací teplotysměšováním.

DeskováotopnátělesaVeprostorech2.N.P.jsouinstalovánadeskováotopnátělesa(vkoupelnětrubková)navrženánatepelnýspád50/43°C(s ohledemnaparametry TČ). Rozvod jeproveden v kombinacíchměděnéhoaplastovéhopotrubí.Otopná tělesabudouvybavenatermostatickouhlavicí.Chodcirkulačníhočerpadlaisměšovačokruhuovládácentrálnířídícísystém.

PodlahovýtopnýsystémPodlahovévytápěníjenavrženopouzev1.N.P.Topnýsystémjenavrženýnatepelnýspád40/35°C.Konstrukcepodlahyjeuspořádánapodlezvolenéhosystémupodlahovéhovytápění.Regulacebudeprovedenapodlevnitřníteploty.Rozvodjeprovedenvečtyřechokruzích:sociálnízařízení,technickámístnost,učebnaahala.

VzduchotechnikaVlastnívzduchotechnika je řešenasamostatnýmprojektem.VsystémuVZT jepoužitoddělenývýměníkprochlazeníaohřevvzduchu.Navržený systémzdrojů teplaachladuumožňuje realizovatvevzduchotechnicenásledujícíprovoznístavy: -větráníprostorůobjektasociálníhozařízenívdoběmimoprovoz -zajištěnípožadovanévýměnycca600m3připrovozuzařízení(20m3/osoba)zapředpokladuminimálně 50%rekuperace -vzimnímobdobívytápěnís80%recirkulacívzduchu -vletnímobdobíchlazenívzduchucca600m3umožňujícíodvodtepelnýchzisků -vextrémníchletníchdnechumožnujeodvlhčovánívzduchuanáslednýohřevnapožadovanouvstupní teplotu.Kdispozicijechlad3/6°Catopnávoda50/43°CzprovozuTČ.

Basedonscannedenergies-theconsumedelectricenergyandtheproducedthermalenergy,itispossibletomonitortheimpactoftemperaturechangesinboththeprimaryandsecondarysideonthemultiplicityCOPfactorinrelativelyshort intervals. The operation of the heat pump is controlled from the superior control systemandaccording to theeducational/trainingneeds.Theheatpumpcanproducecoldairforthemechanicalventilationinthesummeraswell.Theinletaircoolerisconnectedtothecircuitoftheprimaryheatpumpwiththeprimarywatertemperaturesettingtoapprox.+3/+6°C.Thislowtemperatureallowsalsodryingtheinletairtothecondensationtemperatureofabout+12°Candsubsequentheatingtothedesiredtemperatureofabout20°Cinthesummermonths.Thethermalenergywillbeextractedintotheaccumulatorwhereitwillbepartiallyusedtoreheattheairafterdehumidification.Theexcesswillbeextractedbythecoolerintotheairoutside.

SolarsystemSinceitisnecessarytoillustratethefunctioningofsolarpanelsduringtrainingandeducation,thesolarpanelsareinstalledonthegroundnexttothebuilding.Theslopeofthevacuumedtubecollectorsisabout70°-80°.Thisgradientreducesthethermalperformancein summersand,onthecontrary, it increasesthethermalperformanceinwinters.Theheattransferwillbeprovidedviaantifreezetoallowallyear-roundoperation.Tosimplifythewholesystem,thethermalenergyistransferredfromthesolarpanelsintotheradiatorcircuit,nextthroughaninsertedtubeheatexchangerandthenintotheheataccumulator.Theinstalledsystemmeasurestheproducedthermalenergy.Anadequatelydimensionedcoolerisusedforcoolingwhenthereisexcessivethermalenergyinthesummer.Itsoperation(includingthecirculationpump)isautomaticallyswitchedonwhenthetemperatureintheaccumulatorreaches70°Cduringthetimesoutsidethelessons/trainingperiod.

DESCrIPTIONOFTHEHEATINGSYSTEMS

Themostcommonlyusedheatingsystems,i.e.mechanicalventilationandhotairheating,areinstalledforthepurposesoftrainingandeducationandalsoforthepurposeofheatremoval.Thethermalenergyforthesesystemsisdrawnfromthetrainingheatingoperationsofthosefacilities.Itisextractedfromthetopoutputoftheaccumulator.Thereturnwaterisfilledtoonethirdoftheheightsothatitwouldnotcooldownwhenthesystemisshutdown.Allsystemsareequippedwiththeirowncirculationpumpsandaseparatetemperaturecontrolthroughmixing.

PanelradiatorsPanelradiators(tuberadiatorsinthebathroom)designedforthethermalgradientof50/43°C(andwithrespecttotheheatpumpparameters)areinstalledonthesecondfloor.Distributionpipescombinecopperandplastic.Theradiatorswillbefittedwiththermostaticheads.Theoperationsofthecirculatingpumpandofthecircuitmixerarecontrolledbythecentralcontrolsystem.

FloorheatingsystemsThefloorheatingisplannedforthe2ndflooronly.Theheatingsystemisdesignedforthetemperaturegradientof40/35°C.Thefloorconstructioncomplieswiththeselectedfloorheatingsystem.Theheatingwillbecontrolledaccordingtotheinternaltemperature.Itwillbedistributedinfourareas:sanitaryfacilities,theutilityroom,theclassroomandthehall.

MechanicalventilationThere isa separateproject for themechanicalventilation.A separateheatexchanger foraircoolingandheating isusedinthemechanicalventilationsystem.Thedesignedheatingandcoolingsystemsenabletoimplementthefollowingoperatingmodi:-ventilationofthebuildingandsanitaryfacilitiesoutoftheopeninghours -securingtherequiredexchangeofapprox.600m3duringtheoperation(20m3/person), assumingatleast50%heatrecovery -heatingwith80%airre-circulationinthewinter -enablesdehumidifyingandsubsequentheatinguptotherequiredinlettemperatureinextremesummerdays. Theheatof3/6°Candtheheatingwaterof50/43°Cfromtheheatpumpoperationareavailable

32 33

OhřevTV(teplévody)Ohřevteplévodyjeprovedenvakumulačnímkombinovanémzásobníkuoobjemu200lsteplovodnívložkoudimenzovanounatepelnýspád55/48°C.Topnávodaproohřevjeodebíránazakumulátorutepla,cožumožnujeohřevtepelnouenergiízevšechdostupnýchtepelnýchzdrojů.PronázornostjeumístěnTVscirkulačnísmyčkou.JakodruhávariantaohřevujeTVohřívánaprůtočněvevloženétrubcevhorní1/3akumulátoru.Lzevyužíttepelnouenergiízevšechzdrojů,avšakbez možnostiregulaceteploty(teplotavakumulátorumůžedosáhnoutaž80°C).Ztohotodůvodujenavýstupnímpotrubíosazenautomatickýsměšovačsvlastnímtermickýmpohonemnastavenýmnateplotu50°C.Obazdrojebudouzapojenyparalelně,ozpůsobuohřevurozhodneobsluhazařízení.

HotwaterheatingThehotwaterheatingisprovidedinacombinedaccumulationtankwiththevolumeof200lwithahotwaterinsertionratedfortheheatgradientof55/48°C.Theheatingwaterfortheheatingisremovedfromtheheataccumulatorwhichallowsheatingwiththermalenergyfromallavailablethermalsources.Thehotwaterdistributionwithacirculationloopisinstalledforillustration.Asanotheroption,thehotwaterisheatedbyaflowintheinsertedpipeintheupperthirdoftheaccumulator.Thethermalenergyfromallsourcescanbeusedbutwithoutanoptionoftemperaturecontrol(thetemperatureintheaccumulatormayreachupto80°C).Forthisreason,theoutletpipeisfittedwithanautomaticmixerwithitsownthermaldrivesetat50°C.Bothsourceswillbeconnectedinparallel.Themaintenancestaffwilldecideonthemethodofheating.

HYDrAULICCONFIGUrATIONOFTHEHEATINGSYSTEM

Thehydraulicsystemenablestoconnectthesimplifiedheatingsetswithvariousregulatoryfittingsandtoobservetheirbehaviour.Apracticalexampleofhowtobalanceheatingsetsandhowtoidentifycharacteristicsofthecontrollingandsafetyfittingsonthemeasuringstoolisavailable.Itispossibletodemonstratetheconnectionoftheboilercircuit,thecascadeoftwoboilers,theconnectioninthesplitter/combiner,THRorabypassintheengineroom.

rEMArK

Theproposedsystemofthermalsourcesandthesystemsforcoolingandheatingareessentialandtheyarebasedonsuchrequirementsofteachingandtrainingthatapracticaldemonstrationofindividualheatingsystemsandfunctioningofthermalsourcesisnecessary.Thesystemcanbefurtherexpandedandaltereddependingonteachingandresearchpurposes.Theconnectionusessomeaspectsthatcannotbeappliedinnormalheatingsystems(returnwatercooling,thwartingtheoutputof the heatpump,extractionof theheat intotheaccumulator,etc.)However, thisconnectionallowstousethesurplusforheatingandhotwaterheating.Further,thissystemallowstosetthereturnwatertemperaturefor thethermalsourcesaccordingtothe requirementsandthetemperaturesof theprimarycircuitof theheatpumpregardlessofexternalconditions.

Also,thesolarsystemisconnectedinanunconventionalway,but,thisisdonewithrespecttotheessentialrequirementtosecurethefunctioningandtodemonstratethesystem.Thesolarcollectorstransmitthethermalenergytothecoolingcircuitantifreeze.Alloftheenergyistransmittedintothelowerpartoftheaccumulatorwhenthecoolershutsdown.Thewhole systemassumesaperfectcontrolby the superiorpanel,ordirectly throughaPC. Thiscanbedoneeitherthroughasuitablecooperationwithauniversitydepartmentwithanappropriatefocus,alternatively,commonlyusedregulatorysub-panels(JohnsonControls,AMIT,Siemens,etc.)withacommunicationlinktoaPCcanbeusedforthesystem.

Only thatpartof thedevicewhich iscurrently inoperationand is showingallmeasuredanddesiredvaluescanbedisplayedinvisualization.Thisvisualizationcanbeviewedonalargerdisplayorprojector.ItwillbepossibletochangetherequiredparametersfromaPC.CalculationscanbeperformedautomaticallyforefficiencyoftheboilersandfortheCOPoftheheatpump.Itwillbepossibletoobservechangesintheparametersduringchangesoftemperaturesoftheheatingmedium,andfortheheatpumpalsotoobservetemperaturechangesintheprimarycircuit-allthisinrealtime.TherequirementsforthecontrolofthewholesystemaredescribedinthepartElectricalfittings.

2.2.5.ELECTrICALFITTINGS •GENERALINFORMATION •KNX-INTELLIGENTOPERATIONOFABUILDING •MEASUREMENTSANDCONTROLLING •EZS •EMERGENCYLIGTING

HYDrAULICKÁSESTAVAOTOPNÉHOSYSTÉMU

Obr.4:SchémahydraulickéstěnyFig.4:Hydraulicwalldiagram

Hydraulická sestava umožňuje zapojovatzjednodušené otopné sestavy s různýmiregulačními armaturami a sledovat jejichchování. K dispozici je praktická ukázkavyvažování otopných sestav a na měřícístolici určení charakteristik regulačních apojistných armatur. V prostorách strojovnyje možné ukázat zapojení kotlovéhookruhu, kaskádu dvou kotlů, zapojení dorozdělovače/slučovače,THRnebobypassu.

POZNÁMKA

Navrženýsystémtepelnýchzdrojů,chlazeníaotopnýchsystémůjezákladníavycházízpožadavků na výuku a praktickou ukázkufunkce jednotlivých otopných systémua tepelných zdrojů. Systém lze nadálerozšiřovat a měnit dle potřeby výuky avýzkumu.Zapojenívyužíváněkterýchprvků,kterénelzevnormálníchtopnýchsystémechaplikovat (chlazení zpětné vody, mařenítepelnéhovýkonuTČ,odvodchladudoakumulátoruapd.)TotozapojenívšakumožňujepřebytkyvyužítkvytápěníaohřevuTV.DáletentosystémumožňujenastavováníteplotzpětnévodyktepelnýmzdrojůmpodlepožadavkuiteplotyprimárníhookruhuTČbezohledunavnějšípodmínky.

Rovněž solární systém jezapojennetradičně, zde jevšak rozhodující zajištění funkceaukázka tohotosystému.Solárníkolektorypředávají tepelnouenergiinemrznoucí směsichladícíhookruhuapřiodstaveníchladiče jeveškeráenergiepředávánadospodníčástiakumulátoru.Celý systémpředpokládádokonalou regulacinadřazenoucentrálou,popřípaděpřímopomocíPC.Toto lze řešitbuďvhodnouspolupráciskatedrouodpovídajícíhozaměření,popřípadě lzeprosystémpoužítběžněpoužívanéregulačnípodcentrály(JohnosonControls,AMIT,Siemensapd.)skomunikačnímpropojenímnaPC.Při vizualizaci lze zobrazit pouze část zařízení, které je v dané době v provozu s vyznačením všech měřených apožadovanýchhodnot.Tutovizualizacilzezobrazitnavětšímmonitoru,popřípaděprojektorem.ZPCbudetakémožnoměnitpožadovanéparametry,znaměřenýchúdajůjemožnoautomatickyprovádětvýpočtyúčinnostíukotlů,COPutepelnéhočerpadlaasledovatpřímovčasezměnutěchtoparametrůpřizměnáchteplottopnéhomédiaauTČiteplotvprimárnímokruhu.Požadavkynaregulaciceléhosystémujsoupopsányvčástielektroinstalace.

34 35

3.EXPErIMENTÁLNÍMĚŘENÍ

Jakjižbylozmíněnovpředcházejícíchkapitolách,jednímzhlavníchúčelůpasivnídřevostavbyjedlouhodobémonitorováníavyhodnocování fyzikálně-technickýchvlastností stavebníchkonstrukcíavnitřníhoprostředícelébudovyza reálnýchvnějšíchpodmínek.Odsrpna2012,kdybylcelýměřícísystémzprovozněn,jsoukontinuálnězaznamenáványnásledujícíveličiny: •povrchovéteplotyobvodovýchkonstrukcí, •teplotyarelativnívlhkostiuvnitřobvodovýchkonstrukcí, •teplotyvzduchuarelativnívlhkostivzduchuvevnitřnímavenkovnímprostředíbudovy, •teplotyvzeminěpodzákladovoudeskou, •změnytotálníhonapětívzeminěvúrovnizákladovéspáryapodzákladovoudeskou, •mechanickénapětívŽBdescezískanénepřímýmměřenímpomocídeformaceodporovýchtenzometrů.

Mezidalší fyzikální veličiny, které jsouměřenypouzevurčitýchčasovýchobdobíchnebo jednorázově,patří: hustotatepelného toku na vnitřním povrchu obvodových konstrukcí, globeteplota vnitřního vzduchu (měřena kulovýmteploměrem),akustickévlastnostistavebníchkonstrukcí,vzduchotěsnostobálkybudovy,termovizníměření.Proúčelyvýzkumujsouvyužívánaidatazměřícíchčidel,kteréjsousoučástísystémuměřeníaregulace–např.koncentraceCO2vjednotlivýchmístnostech,osvětlenostvjednotlivýchmístnostech,datazmeteostaniceumístěnénastřešeobjektu,teplotyvzduchuvzemnímvýměníkuapod.

Obr.3.1TeplotníavlhkostnísnímačHC2-C04

Obr.3.2TeplotníavlhkostnísnímačHC2-S4

3.EXPErIMENTALMEASUrEMENTS

Asithasbeenmentionedinpreviouschapters,oneofthemainpurposesofapassivetimberconstructionisalong-termmonitoringandevaluationofphysical-technicalpropertiesofbuilding structuresand the internalenvironmentof theentirebuildingunder realexternalconditions. The followingvariableshavebeencontinuously recorded sinceAugust2012,whenthewholesystemofmeasurementswaslaunched: •surfacetemperatureoftheperipheralstructures, •temperatureandrelativehumidityinsidetheperipheralstructures, •airtemperatureandrelativehumidityinsideandoutsidethebuilding, •temperaturesinthesoilunderthefoundationslab, •changesintotaltensioninthesoilatthelevelofthefoundationbaseandunderthefoundationslab, •mechanicaltensioninthereinforcedconcreteslabobtainedbyindirectmeasurementsusingdeformation of resistance strain gauges.

Heatfluxdensityontheinternalsurfaceoftheperipheralstructures,globetemperatureoftheinteriorair(measuredbyballthermometer),acousticpropertiesofthebuildingconstruction,airtightnessofthebuildingshell,andthermovisionmeasurementsbelongtootherphysicalquantitiesthataremeasuredonlyincertainperiodsorasone-off.Datafromthemeasuringsensorsthatarepartofthemeasurementandcontrolsystem-forexample,theconcentrationof CO2inindividualrooms,lightinginindividualrooms,datafromtheweatherstationlocatedontheroofofthebuilding,theairtemperatureinthegroundheatexchanger,etc.arealsousedforresearchpurposes.

Fig.3.2 TemperatureandhumiditysensorHC2-S4

Fig.3.1TemperatureandhumiditysensorHC2-S4

3.1Popisměřícíchčidel

Základníměřícízařízeníprokontinuálnímonitorováníjednotlivých teplotních a vlhkostních vlastnostístavebníchkonstrukcíavnitřníhoprostředídodalafirmaTRinstrumentsspol.sr.o.Proměřenívnějšíchavnitřníchpovrchovýchteplotkonstrukcí jsou použity teplotní snímače TG 68-60Pt1000aTG7Pt1000,proměřeníteplotyarelativnívlhkostiuvnitřkonstrukcístěn,střechyastropujsoupoužity snímačeHC2-C04RH/TRotronic (Obr.3.1),pro měření teplot a relativní vlhkosti vzduchu vevnitřním prostředí jsou použity teplotní snímačePt1000aHC2-SRH/TRotronic(Obr.3.2),proměřeníteplot v zemině jsou použity odporové platinovéteplotnísnímačeTR087B-60Pt1000.

Pro dlouhodobé zaznamenávání naměřených hodnot je použita vícekanálová měřící ústředna dataTaker DT80Gse4modulyCEM20,kterázaznamenávávšechnyhodnotyměřenýchveličinvkonstrukcíchavevnitřnímprostředívnastavenémčasovémintervalu15minut.Hodnotyteplotvzeminějsouzaznamenáványvčasovémintervalu1hodiny.

3.1Descriptionofmeasuringsensors

The basic measuring devices for continuous monitoring ofthe individual temperature and humidity in the constructionstructures and in the internal environment were supplied bycompanyTRinstrumentsspol.s.r.o.TemperaturesensorsTG68-60 Pt1000 and Pt1000 TG7 are used for external and internaltemperatures measurements of structure surfaces. Sensor HC2-C04RH/ TRotronic (Fig.3.1) isused for temperatureandrelative humidity measurements in the construction of walls,roofs andceilings. Temperature sensors Pt1000andHC2-S RH/TRotronic(Fig.3.2)areusedformeasuringthetemperatureand relativehumidity in the in internalenvironments.PlatinumresistancetemperaturesensorsTR087B-60Pt1000areusedforsoiltemperaturemeasurements.

Multi-channelmeasuringpaneldataTakerDT80Gwith4CEM20modules,whichrecordsallmeasuredfiguresinstructuresandintheinternalenvironmentinthedefaultintervalof15minutes,isusedforlong-termrecordingofmeasuredfigures.Figuresofthetemperaturesinthesoilarerecordedin1hourintervals.

2.2.5.ELEKTrOINSTALACE •VŠEOBECNĚOELEKTROINSTALACI •KNX–INTELIGENTNÍŘÍZENÍBUDOVY •MĚŘENÍAREGULACE •EZS •NOUZOVÉOSVĚTLENÍ

36 37

Měření geotechnických vlastností zeminy pod základovoudeskou je zajištěno pomocí zemních tlakových buněk - typ4800(Obr.3.3)proměřenítotálníhonapětívzemníchzásypecha typ 4810proměření kontaktumezi zeminouapovrchembetonovézákladovédesky.

Mechanickénapětívbetonovézákladovédescejezjišťovánonepřímým měřením pomocí deformace odporovýchtenzometrůtypu4200(Obr.3.4).

3.2Měřenígeotechnickýchvlastnostízeminyamechanickýchvlastnostízákladovédesky

Měřicí senzory byly umístěny ve dvou místech půdorysudomu (ve středu a na okraji základové desky) a ve dvouhloubkových úrovních pod horním povrchem podlahy. Vhloubce -1,45mpodhornímpovrchempodlahy (±0,000m)bylyumístěnydvězemnítlakovébuňkytypu4800proměřenítotálníhonapětívzemnímzásypu(sondač.2a4).Vhloubce-0,5mpodpovrchempodlahybylypřímopod základovoudeskouumístěnydvězemnítlakovébuňkytypu4810(sondač.1a3)proměřeníkontaktumezitepelnouizolacíabetonovouzákladovoudeskou (Obr. 3.5). Přímona výztuž v základovédescebylyumístěnydvakusyodporovýchtenzometrů(sondač.5a6).

Počáteční měření byla provedena ještě před vlastnívýstavbouobjektu.NaObr.3.6aObr.3.7jeznázorněnnárůsttlakuv zeminěvprůběhuvýstavby.Podokončenívýstavbyje jižzřejmástabilizacenapětívevšechvýškovýchúrovních.Senzory tenzometrů zaznamenaly první nárůst relativníchdeformacíběhemtvrdnutíbetonuzákladovédeskyaběhemvýstavby nosných zdí objektu. Další nárůst deformací nebylpozorován.

Obr.3.3Zemnítlakovábuňka-typ4800

Obr.3.4Odporovýtenzometr-typ4200Fig.3.4Resistancestraingauge-Type4200

Fig.3.3Earthpressurecells-type4800

Themeasurementofgeotechnicalpropertiesofthesoilunderthefoundationslabisprovidedbymeansofgroundpressurecells.Type4800(Fig.3.3)measuresthetotalvoltageinearthbackfills and type 4810 is used for themeasurementof thecontact between the soil and the surface of the concretefoundationslab.

Mechanical tension in the concrete foundation slab isprovidedbyusingan indirectmeasurementofdeformationofresistancestraingaugestype4200(Fig.3.4).

3.2Measurementsofgeotechnicalpropertiesofthesoilandthemechanicalpropertiesofthefoundationslab

Themeasuringsensorswereplacedintwolocationsinthefloorplanofthehouse(inthecentreandontheedgeofthefoundationslab)andintwodepthlevelsbelowthetopsurfaceofthefloor.Twoearthpressurecellstype4800measuringthetotaltensionofthesoilbackfill(probesno.2and4)wereplacedinthedepthof-1,45munderthetopfloor level(±0,000m).Twoearthpressurecellstype4810(probes1and3)measuringthecontactbetweentheinsulationandtheconcretefoundationslab(Fig.3.5)wereplacedinthedepthof-0.5mbelowthesurfaceofthefloordirectlyunderthefoundationslab.Twopiecesofresistancestraingauges(probes5and6)wereplaceddirectlyontothereinforcementofthefoundationslab.

Initialmeasurementswereperformedbeforethecommencementoftheconstructionofthebuilding.TheincreaseofthepressureinthesoilduringtheconstructionperiodisshowninFig.3.6andFig.3.7.Stabilisationofthetensioninallheightlevelsisalreadyapparentafterthecompletionoftheconstruction.Thestraingaugessensorsrecordedthefirstincreaseofrelativedeformationduringhardeningoftheconcreteofthefoundationslabandduringtheconstructionof load-bearingwallsofthebuilding.Furtherincreaseofdeformationwasnotobserved.Obr.3.5Umístěnízemníchtlakovýchbuněkaodporových

tenzometrůFig.3.5Locationoftheearthpressurecellsandresistancestrain gauges

Obr.3.6MěřenítotálníhonapětívzeminěFig.3.6Measurementoftotaltensioninthesoil

Obr. 3.7Měření relativníchdeformacízákladovédeskyFig. 3.7 Measurement of relativedeformationsinthefoundationslab

38 39

3.3Měřeníteplotvzemině

Cílemměřeníteplotvzeminěpodzákladovoudeskoujeověřeníteplotníchvlastnostízeminy,kteréovlivňujítepelnéztrátyprostupempřespodlahovoukonstrukci.Teplotníčidlapromonitorováníprůběhůteplotvzemině jsou rozmístěnave4pozicích(S1-1ažS1-4)podzákladovoudeskouobjektu(vizobr.3.8).Nakaždépozicijsouvzeminězabudovánatřiteplotníčidlavetřechhloubkovýchúrovníchpodhornímpovrchempodlahy(±0,000m): 1)-0,7m 2)-1,5m 3)-3,0m

Měřícíteplotníčidlamuselabýtzabudovánadozeminyjižvdoběprováděnízemníchprací.NaObr.3.10aObr.3.11jeukázkainstalacečideldozeminy.

Obr.3.8PůdorysnérozmístěníteplotníchsonddozeminypodzákladovoudeskouFig.3.8Floorplanlocationoftemperatureprobesintothesoilunderthefoundationslab

Obr.3.9HloubkovéumístěnítepotníchsonddozeminypodzákladovoudeskouFig.3.9In-depthlocationoftemperatureprobesinthesoilunderthefoundationslab

3.3Temperaturemeasurementsinthesoil

Theaimofmeasuringthetemperatureinthesoilunderthefoundationslabistoverifythethermalpropertiesofthesoilthataffectheatlossthroughthefloorstructure.Temperature sensors formonitoring of the temperature in the soil are located in 4 positions (S1-1 to S1-4) under thefoundationslaboftheobject(seeFig.3.8).Threetemperaturesensorsareincorporatedinthreedepthlevelsbelowtheuppersurfaceofthefloor(±0.000m)ateachpositioninthesoil: 1)-0,7m 2)-1,5m 3)-3,0m

Themeasuringtemperaturesensorshadtobeincorporatedintothesoilwhenearthworkwasexecuted.Figure3.10andFigure3.11illustratetheinstallationofthesensorsintothesoil.

Obr.3.10Přípravaumístěníčidelvhloubce3,0mpodpovrchemterénuFig. 3.10 Preparation for placing the sensors at thedepthof3.0mbelowthegroundsurface

Obr. 3.11 Umístění čidel v hloubce 1,5m pod povrchemterénu(úroveňzákladovéspáry)Fig.3.11Sensor locationat thedepthof1.5mbelow theground(levelofthefoundationbase)

Naobr.3.12jeznázorněnprůběhprůměrnýchměsíčníchteplotvzeminěběhemobdobíprosinec2012ažlistopad2013.Teplotyvzeminěvykazujísrostoucíhloubkoustabilnějšíhodnotyakolísajípouzevzávislostinapoziciumístěnísondypodzákladovoudeskouanaročnímobdobí.Průměrnáteplotavhloubce0,7mpodpovrchemterénunaokrajizákladovédeskysepohybovalaběhemrokuvrozmezí5,5˚Caž17,41˚C,zatímcopodstředemdeskybylodosaženoteplotvrozmezí11,2˚Caž15,2̊ C.Průměrnáteplotavhloubce3,0mpodpovrchemterénusepohybovalaběhemrokunaokrajizákladovédeskyvrozmezí7,7˚Caž13,2˚C,zatímcopodstředemdeskybylodosaženoteplotvrozmezí10,0˚Caž13,1˚C.Zatímconejnižšíprůměrnáteplotavenkovníhovzduchubyladosaženavměsícilednu(-2,7˚C),vzeminěbyladíkyměrnétepelnékapacitěnejnižšíprůměrnáteplotadosaženaažvměsícibřeznu(vhloubce0,7m,okrajdesky)avdubnu(vhloubce3,0m,okrajdesky).

Figure3.12showsthecourseoftheaveragemonthlytemperatureinthesoilbetweenDecember2012andNovember2013.Thetemperaturesinthesoilshowmorestablevalueswithincreasingdepthandtheyfluctuatedependingonlyonthepositionoftheprobeunderthefoundationslabanddependingontheseasonoftheyear.Theaveragetemperaturemovedbetween5.5°Cand17.41°Catthedepthof0.7mbelowthegroundsurfaceattheedgeofthefoundationslab,whiletemperaturesbetween11.2°Cand15,2°Cwereachievedunderthecentreoftheslab.Theaveragetemperatureatthedepthof3.0mbelowthegroundsurfacevariedbetween7.7°Cand13.2°Cattheedgeofthefoundationslabduringtheyear,whileunderthecentreofthefoundationslabthetemperaturerangebetween10.0°Cand13.1°C.WhilethelowestaverageoutdoorairtemperaturewasreachedinJanuary(-2.7°C),thelowestaveragetemperatureinthesoilwasreachedaslateasinthemonthsofMarch(attheadepthof0.7m,theedgeoftheslab)andApril(atthedepthof3.0m,theedgeoftheslab)-andthiswasduetothespecificheatcapacity.

40 41

Nejvyšší průměrná teplota venkovního vzduchubyla dosažena v měsíci červenci (20,8˚C), vzeminěbylanejvyššíprůměrnáteplotadosaženavměsícisrpnu(vhloubce0,7m,okrajdesky)avzáří(vhloubce3,0m,okrajdesky).

ThehighestaverageoutdoorairtemperaturewasreachedinJuly(20.8˚C).Inthesoil,thehighestaveragetemperaturewasreachedinthemonthsofAugust(atthedepthof0.7m,theedgeoftheslab)andSeptember(atthedepthof3.0m,edgeoftheslab).

Obr.3.12Průběhprůměrnéteplotyvzduchuateplotyvzeminěvedvouhloubkovýchúrovníchnaokrajizákladovédesky(S1-1)apodstředemzákladovédesky(S1-4)Fig. 3.12Courseof theaverageair temperatureandthetemperatureofthesoilintwodepthlevelsat theedgeof the foundation slab (S1 - 1)andunderthecentreofthefoundationslab(S1-4)

3.4Měřeníteplotně-vlhkostníchvlastnostístavebníchkonstrukcí

Cílemměřeníprůběhůteplotarelativníchvlhkostínapovrchuauvnitřobvodovýchkonstrukcídřevostavby jeověřeníteplotně-vlhkostníhochováníkonstrukcízareálnýchpodmínek.Zejménajevěnovánapozornostmožnémurizikuvznikukondenzacevodnípáryuvnitřkonstrukcevzimnímobdobíatakévlivuslunečníhozářenínapřehříváníkonstrukcívletnímobdobí.Teplotní čidlaproměření povrchových teplot konstrukcí a teplot a relativních vlhkostí uvnitř konstrukcí jsou umístěnacelkemv8pozicíchvobvodovéstěněave2pozicíchvestřešníkonstrukci(vizobr.3.13).

3.4Measurementsoftemperatureandmoisturepropertiesofthebuildingstructures

Theobjectiveoftemperatureandrelativehumiditymeasurementsonthesurfaceandinsidetheperipheralstructuresofthetimberbuildingistoverifythetemperature-humiditybehaviourofstructuresunderrealisticconditions.Inparticular,attentionispaidtoapotentialriskofcondensationofwatervapourinsidethestructureduringthewinterseasonandalsototheimpactofsolarradiationonoverheatingofstructuresinthesummer.Temperaturesensorsformeasuringthesurfacetemperaturesofthestructuresandthetemperaturesandrelativehumidityinsidethestructuresareplacedin8positionsintheperipheralwallandintwopositionsintheroofstructure(seeFigure3.13).

5sensorsarealways locatedineachpositionand theymonitor the course of temperatureandrelativehumidityinthecrosssectionofthestructure(Fig.3.14).

Particular positions of sensors are to enablemonitoring of the temperature-humiditybehaviour of the structure with respect todifferentfactors: •theimpactofthestructure composition, •theimpactofthecompass orientationofconstructiontowards thecardinaldirections, •theimpactofthethermalbridge, •theimpacteffectofthethermal coupling(corner), •theimpacteffectoftheventilated spaceontheouterexternalsideof thestructure, •theimpacteffectsofinternaland externalenvironmentsparameters.

Other temperature-humidity sensors areplaced in the attic and in the interior of theroomsforthepossibilityofmonitoringsothatthe parameters of the internal environmentcouldbemonitored.

Obr.3.13UmístěníteplotníchavlhkostníchčidelvobvodovýchkonstrukcíchFig.3.13Locationoftemperatureandhumiditysensorsinthewalls

Obr. 3.14 Pozice teplotních a vlhkostních čidel uvnitř konstrukceobvodovéstěnyastřešníkonstrukceFig.3.14Locationofthetemperatureandhumiditysensorsinsidetheperipheralwallstructureandtheroofstructure

Vkaždépozicijeumístěnovždy5čidel,kterémonitorujíprůběhyteplotarelativníchvlhkostívpříčnémprofilukonstrukce(Obr.3.14).

Jednotlivépozicečidelmajíumožnit sledováníteplotně-vlhkostního chování konstrukce sohledemnarůznéfaktory:•vlivskladbykonstrukce,•vlivorientacekonstrukcenasvětovéstrany,•vlivtepelnéhomostu,•vlivtepelnévazby(kout),•vliv odvětrávané mezery na vnější straněkonstrukce,•vlivparametrůvnitřníhoavenkovníhoprostředí.Další teplotně-vlhkostní čidla jsou umístěnado půdního prostoru a do vnitřních prostorůmístností pro možnost sledování parametrůvnitřníhoprostředí.Umístění teplotních a vlhkostních čidel dovnitřstavebních konstrukcí muselo být realizovánosoučasně s výrobou jednotlivých obvodovýchdílců.Naobr.3.15jeukázkamontážeteplotně-vlhkostních čidel do obvodové stěnovékonstrukcevmontážníhalevRýmařově.

Thetemperatureandhumiditysensorshadtobeplacedinsidethebuildingstructureswhilethestructuresofindividualperipheralpartsweremanufactured.Figure3.15illustratesfittingthetemperature-humiditysensorintotheperipheralwallconstructionintheassemblyhallinRýmařov.

42 43

3.4.1Obvodovástěnadřevostavby

Obvodovástěnadřevostavby je řešena jakodifúzněotevřenákonstrukce(skladbakonstrukcívizKap.2.2)vedvoukonstrukčníchvariantách: •obvodovástěnaskontaktnímzateplením, •obvodovástěnasodvětrávanouvzduchovou mezerou.V Tab. 3.1 jsou uvedeny základní tepelně technické vlastnostipoužitých stavebních materiálů, které mají rozhodující vliv naprůběhyteplotavlhkostiuvnitřkonstrukcí.

Obr.3.15Montážteplotně-vlhkostníchčideldodílceobvodovéstěny

Fig.3.15Installationoftemperature-humiditysensorsintoapartofaperipheralwall

3.4.1Peripheralwallofthetimberbuilding

The peripheral wall of the timber building is designed as adiffusionstructure(forcompositionof thestructures seeChap.2.2)intwodesignoptions: •externalwallwithcontactinsulation, •externalwallwithaventilatedairgap.Tab. 3.1. shows basic thermal properties of used buildingmaterialswhichhaveadecisiveinfluenceonthecourseofthetemperatureandhumidityinsidethestructure.

Stavební materiály Objemová hmotnostρ [kg/m3]

Součinitel tepelné vodivosti

λ [W/(m.K)]

Měrnátepelná kapacita

c [J/(kg.K]

Součinitel teplotní vodivostia [m2/s]

Faktor difúzního odporu

µ [-]

sádrovláknitá deska Fermacell 1250 0,320 1000 2,56 . 10-7 13

Sádrovláknitá deska Fermacell Vapor 1250 0,32 1000 2,56 . 10-7 200

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Flex 50 0,039 2100 3,7 . 10-7 2

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Therm 160 0,043 2100 1,28 . 10-7 5

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Protect 250 0,053 2100 1,00 . 10-7 5

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Special 240 0,047 2100 0,93 . 10-7 5

Dřevěný nosník 400 0,180 2510 1,8 . 10-7 157

omítka Baumit 1800 0,800 850 5,23 . 10-7 12

Building materials Bulk densityρ [kg/m3]

Coefficient of thermal conductivityλ [W/(m.K)]

Specific heat capacity

c [J/(kg.K]

Coefficient of thermal conductivity

a [m2/s]

Water vapourresistance factor

µ [-]

Fermacell gypsum fibre-board 1250 0,320 1000 2,56 . 10-7 13

Fermacell Vapor gypsum fibre-board 1250 0,32 1000 2,56 . 10-7 200

Steico Flex wood-fibre thermal insulation 50 0,039 2100 3,7 . 10-7 2

Steico Therm wood-fibre thermal insulation 160 0,043 2100 1,28 . 10-7 5

Steico Protect wood-fibre thermal insulation 250 0,053 2100 1,00 . 10-7 5

Steico Special wood-fibre thermal insulation 240 0,047 2100 0,93 . 10-7 5

timber beam 400 0,180 2510 1,8 . 10-7 157

Baumit plaster 1800 0,800 850 5,23 . 10-7 12

Tab.3.1Tepelnětechnickévlastnostistavebníchmateriálů Tab.3.1Thermalpropertiesofbuildingmaterials

Rychlostvyrovnáváníteplotvmateriálu(např.vletnímobdobípřipřehříváníkonstrukce)jezávislánasoučiniteliteplotnívodivostia,kterýseodvodízmateriálovýchcharakteristik:

kde:λ jesoučiniteltepelnévodivosti[W/(m2K)],ρ objemováhmotnost[kg/m3],c měrnátepelnákapacita[J/(kgK)].

λa = _______

c . ρ

Thespeedequalizationofthetemperatureinthematerial(e.g.inthesummerduringoverheatingofthestructure)dependsonthecoefficientofthermalconductivitya,whichisderivedfromthematerialcharacteristics:

where:λ isthethermalconductivitycoefficient[W/(m2K)],ρ thebulkdensity[kg/m3],c thespecificheatcapacity[J/(kgK)].

λa = _______

c . ρ

44 45

Čím jehodnotasoučinitele teplotnívodivostimateriáluvyšší, tím rychleji semění teplotauvnitřmateriáluvzhledemkezměněteplotynajehopovrchu.NaObr.3.16aObr.3.17jsouuvedenynaměřenéprůběhyteplotarelativníchvlhkostívobvodovéstěnědřevostavbyorientovanénajižnístranuvzimnímobdobívměsíciprosinci2012.Hodnotyteplotarelativníchvlhkostíuvnitřkonstrukceoznačenépozicí1až5znázorňujíumístěníměřícíchčidelsměremodvnitřnístranykonstrukceven.

Thehigherthecoefficientofthermalconductivityofthematerialis,thefasterthetemperatureinsidethematerialaltersduetochangesoftemperaturesonitssurface.Fig.3.16andFig.3.17showthemeasuredcoursesoftemperatureandrelativehumidityintheperipheralwallofthesouthfacingtimberbuildinginthewinter,inDecember2012.Thetemperatureandrelativehumidityinsidethestructuremarkedwithpositions1-5showthelocationofthemeasuringsensorsleadingfromtheinternalsideofthestructureout.

Obr.3.16Průběhnaměřenýchteplotvkonstrukciobvodovéstěnyskontaktnímzateplením-orientacejihFig.3.16Courseofmeasuredtemperaturesintheconstructionofexternalwallswithcontactinsulation-southfacing

Obr.3.17Průběhnaměřenýchrelativníchvlhkostívobvodovéstěně-orientacejihFig.3.17Courseoftherelativehumiditymeasuredintheperipheralwall-southfacing

Naměřenéprůběhyteplotukazují,jakýmzpůsobemsekonstrukcedíkysvýmtepelněizolačnímvlastnostemvyrovnávásrozdílemvnitřníchavenkovníchteplotvzimnímobdobí.Zatímcovnějšípovrchkonstrukcejezatěžovánvelkýmrozdílempovrchovýchteplotvprůběhuměsíceledna(od-15,3˚Caž9,1˚C),vnitřnívrstvykonstrukcevčetněpovrchuvykazujívelicemalévýchylkyv teplotách (15,2˚Caž21,2˚C).Přičemžprůběhvnitřnípovrchové teploty konstrukce jeovlivněnvnitřníteplotouvzduchuaprovoznímrežimemvytápění.Průběhrelativníchvlhkostíuvnitřkonstrukceprokazuje,ževprůběhuměsíceprosincenedocházíkevznikukondenzaceuvnitřtétodifúzněotevřenékonstrukce.

NaObr.3.18jsouuvedenynaměřenéprůběhyteplotvobvodovéstěnědřevostavbyorientovanénajižnístranuvletnímobdobívměsícisrpnu2013.

Thecurvesofmeasured temperatures showhow the structure, thanks to its thermal insulationproperties, copeswithdifferencesbetweenindoorandoutdoortemperatures inwinter.WhiletheexternalsurfaceofthestructureisstrainedwithlargedifferencesofbetweensurfacetemperaturesduringJanuary(from-15.3°Cto9.1°C),theinternallayersofthestructureincludingthesurfaceshowonlyverysmallvariationsoftemperatures(15.2°Cto21.2°C).However,thecourseoftheinternalstructuresurfacetemperatureisaffectedbytheindoorairtemperatureandbytheoperatingmodeoftheheating.Thecourseoftherelativehumidityinsidethestructureprovesthatthereisnocondensationinsidethisdiffusion-openstructureduringDecember.

46 47

Naměřenéprůběhyteplotukazují, jakýmzpůsobemsekonstrukcedíkysvýmtepelněizolačnímvlastnostemvyrovnávástepelnouzátěžív letnímobdobí.Zatímcovnějšípovrchkonstrukcejezatěžovánvelkýmrozdílempovrchovýchteplotvprůběhuměsícesrpna(od44,7˚Cdo7,1˚C),vnitřnívrstvykonstrukcevčetněpovrchuvykazujívelicemalévýchylkyvteplotách(32,9˚Caž26,8˚C).Naměřenévyššívnitřníteplotyvzduchubylyovlivněnyprovoznímrežimem,kdyvrámcizajištění stejných okrajových podmínek proměření nebyl vnitřní prostor ochlazován větráním venkovního vzduchu vnočníchhodináchaninucenouvýměnouvzduchu.NaObr.3.18a3.19 jeznázorněnočasovézpožděnímezidosaženímmaximální teplotynavnějšímavnitřnímpovrchukonstrukcevevybranédvadnyvsrpnu(8.8.-9.8.),kterédosáhlo26hodin.

3.4.2Střešníkonstrukcedřevostavby

Střešníkonstrukcedřevostavbyjeřešenajakodifúzněotevřenákonstrukce(skladbakonstrukcevizKap.2.2).V Tab. 3.2 jsou uvedeny základní tepelně technické vlastnosti použitých základních stavebníchmateriálů, kterémajírozhodujícívlivnaprůběhyteplotavlhkostiuvnitřstřešníkonstrukce.

Obr.3.18Průběhnaměřenýchteplotvkonstrukciobvodovéstěny-orientacejihFig.3.18showsthemeasuredtemperaturecurvesintheperipheralwallofthesouthfacingtimberbuildinginthesummerperiod-inAugust2013.

Obr.3.19Průběhnaměřenýchteplotvkonstrukciobvodovéstěny-orientacejihFig.3.19Courseoftemperaturemeasurementsintheconstructionoftheperipheralwall-southfacing

Obr.3.20Průběhnaměřenýchteplotvkonstrukciobvodovéstěny-orientacejihFig. 3.20 Course of temperature measurements in the constructionoftheperipheralwall-southfacing

Themeasured temperaturecurves showhow, thanks to its thermal insulationproperties, theconstructioncopeswiththeheat strain in the summer.While theexternal structure is strainedwitha largedifferenceof surface temperaturesduringthemonthofAugust(from44.7°Cto7.1°C),theinternalstructurelayers includingtheirsurfacesshowonlyverysmallvariationsoftemperatures(32.9°Cto26.8°C).Themeasuredhigherinternalairtemperatureswereaffectedbytheoperatingmodewhentheinternalspacewasnotcooledbyexternalairventilationatnightorbyaforcedairexchangeinordertoensurethesamemarginalconditionsforthemeasurement.Fig.3.19and3.20showthetimedelaybetweenreachingthemaximumtemperatureontheexternalandinternalsurfacesofthestructureinthetwoselecteddaysinAugust(8.8.-9.8.),whichreached26hours.

3.4.2roofconstructionofthetimberbuilding

Theroofconstructionofthetimberbuildingisdesignedasadiffusion-openstructure(forthestructurecompositionseeChap.2.2).Tab.3.2containsthebasicthermaltechnicalpropertiesofthebasicusedbuildingmaterials,whichhaveadecisiveinfluenceonthecourseofthetemperatureandthehumiditywithintheroofstructure.

Stavební materiályObjemová hmotnostρ [kg/m3]

Součinitel tepelné vodivosti

λ [W/(m.K)]

Měrnátepelná kapacita

c [J/(kg.K]

Součinitel teplotní vodivostia [m2/s]

Faktor difúzního odporu

µ [-]

Sádrokartonová deska GKF 800 0,220 1060 2,59 . 10-7 2,5

Sádrovláknitá deska Fermacell Vapor 1250 0,32 1000 2,56 . 10-7 200

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Flex 50 0,039 2100 3,7 . 10-7 2

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Therm 160 0,043 2100 1,28 . 10-7 5

dřevovláknitá tepelná izolace Steico Universal 270 0,048 2100 0,85 . 10-7 5

Dřevěný nosník 400 0,180 2510 1,8 . 10-7 157

Tab.3.2Tepelnětechnickévlastnostistavebníchmateriálů

Building Materials Bulk densityρ [kg/m3]

Coefficient of ther-mal conductivity

λ [W/(m.K)]

Specific heat capacity

c [J/(kg.K]

Coefficient of ther-mal conductivity

a [m2/s]

Water vapour resistance factor

µ [-]

GKF gypsum-fibre board 800 0,220 1060 2,59 . 10-7 2,5

Fermacell Vapor gypsum - fibre board 1250 0,32 1000 2,56 . 10-7 200

Steico Flex wood-fibre thermal insulation 50 0,039 2100 3,7 . 10-7 2

Steico Therm wood-fibre thermal insulation 160 0,043 2100 1,28 . 10-7 5

Steico Universal wood-fibre thermal insulation 270 0,048 2100 0,85 . 10-7 5

timber beam 400 0,180 2510 1,8 . 10-7 157

Tab.3.2Thermalpropertiesofthebuildingmaterials

48 49

Naobr.3.21jeukázkamontážeteplotněvlhkostníchčidel(poziceč.4a5)dostřešníkonstrukceprováděnéběhemrealizacestavby.

NaObr.3.22aObr.3.23jsouuvedenynaměřenéprůběhyteplotarelativníchvlhkostivestřešníkonstrukcidřevostavbyv zimním období v měsíci prosinci. Hodnoty teplot arelativníchvlhkostíuvnitřkonstrukceoznačenépozicí1až5znázorňujíumístěníměřícíchčidelsměremodvnitřnístranykonstrukceven.

Obr.3.21Montážteplotně-vlhkostníchčideldostřešníkonstrukceFig.3.20Installationofthetemperature-humiditysensorsinto the roof structure

Obr.3.22PrůběhnaměřenýchteplotvestřešníkonstrukciFig.3.22Courseofthemeasuredtemperaturesintheroofconstruction

Obr.3.23PrůběhnaměřenýchrelativníchvlhkostívestřešníkonstrukciFig.3.23Courseoftherelativehumiditymeasuredintheroofconstruction

Figure3.21showsaninstallationoftemperatureandmoisture sensors (positions 4 and 5) intotheroofstructureduringtheconstruction.

Fig. 3.22 and Fig. 3.23 show the measuredcourses of the temperature and the relativehumidityintheroofconstructionofthetimberbuildinginwinter-inDecember.Thefiguresofthe temperature and relative humidity insidethe structure labelledwith positions 1-5 showthelocationofthemeasuringsensors leadingfromtheinternalsideofthestructureout.

Themeasuredcoursesof temperatures show,similartothecaseoftheperipheralstructure,how the roof deck, thanks to its thermalinsulationproperties,copeswiththecoursesoftemperatures inthewinter.Whiletheexternalsurfaceof thestructure is strainedwith largedifferencesbetweenthesurfacetemperaturein the month of December (from 16.1°C to8.4°C), the internal structure layers includingthesurfacehaveanaveragesurfacestructuretemperatureof20.5°C.However,thecourseoftheinternalsurfacetemperatureisaffectedbythe insideair temperatureand theoperatingmodeoftheheating.The course of the relative humidity insidethe roof structure shows that there is nocondensation inside the diffusion-openstructureduringthemonthofDecember.Themaximumvalueoftherelativehumidity,whichwasobtainedinthestructureinDecember, is98.2% (measuredatpositionNo. 4 - on theexternalsideofthestructureintheplaceofaventilatedgap).

The maximum external structure surfacetemperatureof51.1°Cintheventilatedairgapandtheminimumtemperatureof3.9°Cweremeasured in the summer period - in August(Fig. 3.24). However, the internal surfacetemperaturerangedfrom33.7°Cto27.5°Contheinternalsideofthestructure.Themeasuredhigherinternalairtemperatureswereaffectedby the operating mode where the internalspacewasnotcooledbyoutsideairventilationatnightinordertoensurethesamemarginalconditionsforthemeasurement.

Naměřenéprůběhy teplot ukazují podobně jakouobvodové konstrukce, jakým způsobem se střešní plášť díky svýmtepelně izolačním vlastnostem vyrovnává s průběhem teplot v zimním období. Zatímco vnější povrch konstrukce jezatěžovánvelkýmrozdílempovrchovéteplotyvprůběhuměsíceprosince(od-16,1˚Caž8,4˚C),vnitřnívrstvykonstrukcevčetněpovrchuvykazujíprůměrnoupovrchovouteplotukonstrukce20,5˚C.Přičemžprůběhvnitřnípovrchovéteplotyjeovlivněnvnitřníteplotouvzduchuaprovoznímrežimemvytápění.

Průběh relativních vlhkostí uvnitř střešní konstrukce prokazuje, že v průběhu měsíce prosince nedochází ke vznikukondenzaceuvnitřtétodifúzněotevřenékonstrukce.Maximálníhodnotarelativnívlhkostivzduchu,kterábylavměsíciprosincivkonstrukcidosaženaje98,2%(změřenovpozicič.4–navnějšístraněkonstrukcevmístěodvětrávanémezery).

V lením období v měsíci srpnu (Obr. 3.24)bylanaměřenamaximálnívnějšípovrchováteplota konstrukce v odvětrávanévzduchové mezeře 51,1˚C a minimálníteplota 3,9˚C . Zatímco na vnitřní straněkonstrukce se vnitřní povrchová teplotapohybovalavrozmezíod33,7˚Cdo27,5˚C.Naměřenévyššívnitřníteplotyvzduchubylyovlivněnyprovozním režimem, kdy v rámcizajištění stejnýchokrajovýchpodmínekproměření nebyl vnitřní prostor ochlazovánvětráním venkovního vzduchu v nočníchhodinách.

Obr.3.24PrůběhnaměřenýchteplotvestřešníkonstrukciFig. 3.24 Course of the temperatures measuredintheroofconstruction

50 51

3.5Měřeníparametrůvnitřníhoprostředí

Měřeníparametrůvnitřníhoprostředí zahrnujeměření teplotya relativnívlhkostivzduchu(Obr.3.24).Teplotavnitřníhovzduchu jemonitorovánadvěma snímači – teplotním snímačem Pt1000 a teplotně-vlhkostnímsnímačem HC2-S RH/T Rotronic. Snímače jsou umístěny ve všechmístnostechve2.nadzemnímpodlažívevýškovéúrovnicca1,8mnadpodlahou(výškovouúroveňjemožnéměnit).Proúčelyvýzkumujsouvyužívánaidatazměřícíchčidel,kteréjsousoučástísystému měření a regulace – např. koncentrace CO2 v jednotlivýchmístnostech,osvětlenostvjednotlivýchmístnostech,datazmeteostaniceumístěnénastřešeobjektu,teplotyvzduchuvzemnímvýměníkuapod.

Na teplotě a relativní vlhkosti vnitřního vzduchu se podílí řada faktorů:venkovní teplota vzduchu, vytápění, chlazení, větrání, zastínění okenapod.Naobr.3.25jeznázorněnprůběhvnitřníteplotyvzduchuvedvoustejnýchmístnostech ve 2.NP (vizObr. 3.12), které seodlišují rozdílnýmnastavením stínících žaluzií na oknech orientovaných na jižní stranu.MístnostM204mělaplnězastíněnáokna(zastíněníoken100%),MístnostM203mělastínícížaluzievevodorovnépoloze(zastíněníoken0,4%).Vlivzastínění oken se projevil snížením vnitřní teploty vzduchu vmístnosti o2,5˚C.Vmístnostiběhemměřenínebylazajišťovánanucenáanipřirozenávýměnavzduchu.

3.5Measurements of the internal environmentparameters

Themeasurementof the internal environmentparameters includes measurements oftemperatures and relative humidity (Figure3.25). The indoorair temperature ismonitoredby two sensors - temperature sensor Pt1000and temperature-humidity sensor HC2-S RH /TRotronic.Thesensorsareplaced inall roomson the2ndfloorat theheightofabout1.8mabovethefloor(theheightcanbechanged).Thedata from themeasuring sensors thatarepart of the measurement and control system- for example the concentration of CO2 in individual rooms, lighting in individual rooms,datafromtheweatherstation locatedontheroofofthebuilding,theairtemperatureintheground heat exchanger, etc. - are used forresearchpurposesaswell.

Obr.3.25TeplotníavlhkostníčidlaproměřeníparametrůvnitřníhoprostředíFig.3.25Temperatureandhumiditysensorsformeasuringoftheindoorenvironmentparameters

Obr.3.26VlivzastíněníokennaprůběhvnitřníteplotyvzduchuFig.3.26Effectofwindowshadingontheprogressoftheinternalairtemperature

A number of factors, such as external air temperature, heating, cooling, ventilation, blinds, etc., contribute to thetemperatureand relative humidity of the indoor air. Figure 3.26 shows the course of the internal air temperature inthesametworoomsonthe1stfloor(seeFig.3.13),whichvaryaccordingtodifferentsettingsofshadingblindsonthewindowsfacingthesouth.Thewindows inroomM204werefullyshaded(windowsshadedfrom100%),shadingblindswereinhorizontalpositioninroomM203(windowsshadedfrom0.4%).Theeffectoftheshadingledtoadecreaseoftheinternaltemperatureintheroomby2.5°C.Theroomwasnotprovidedwitheitherforcedornaturalairexchangeduringthe measurement.

4.VYUŽITÍOBJEKTU

4.1Vědaavýzkum

4.1.1Teoretickývýzkum

Současněsexperimentálnímměřenímfyzikálně-mechanickýchvlastnostístavebníchkonstrukcídřevostavbyprobíhátakéteoretickývýzkum.Cílemteoretickéhovýzkumujeověřenípřesnostipoužívanýchvýpočtovýchmetodprostanovenínapř.teplotníhopolevestavebníkonstrukcivporovnánísreálnýmivýsledkyzexperimentálníhoměření.Účelem výzkumu je ověření vhodnosti použití numerické simulační metody pro predikci teplotního chování lehkýchstavebníchkonstrukcínabázidřeva,kterémávýznamnývlivnatepelnoupohoduvnitřníhoprostředí.

Proteoretickouanalýzutepelnéhochováníobvodovékonstrukcebylazvolenanumerickáimplicitnímetoda–metodakonečnýchprvků,která jepro řešení zejménanestacionárníchvícerozměrnýchtepelnýchúlohvhodnějšínežmetodaanalytická. Podstata metody spočívá v diskretizaci prostoru, resp. času. Numerické metody umožňují získat řešenítepelného(resp.teplotního)problémuvkonečnémpočtudiskrétníchmíst(uzlů)zvolenésítěatovceléoblasti,nebojejíčásti.PronumerickýsimulačnívýpočetbylpoužitprogramANSYS12aAREA2011.

Numerickásimulaceteplotníhochováníobvodovýchkonstrukcídřevostavbybylaprovedenapro3vybranékonstrukčnídetailydřevostavby,kteréseodlišujímateriálovouskladbouaorientacívůčisvětovýmstranám: •detail1(obvodovástěna,jižnífasáda), •detail2(koutobvodovýchstěn,severozápadnífasáda), •detail3(střešníkonstrukce).Všechnydetailybylyhodnocenyprozimníaletníobdobí.Teoretickáanalýzavšechdetailůbylaprovedenaproreálnéokrajovépodmínkyprozimníaletníobdobízískanéexperimentálnímměřením.

4.USEOFTHEBUILDING

4.1Scienceandresearch

4.1.1Theoreticalresearch

Theoreticalresearchtakesplacesimultaneouslywithexperimentalmeasurementsofphysicalandmechanicalpropertiesoftheengineeringstructureofthetimberconstruction.Theaimofthetheoreticalresearchistoverifytheaccuracyofappliedcalculationmethodstodefinee.g.atemperaturefieldinsideanengineeringstructureincomparisonwithrealresultsfromexperimentalmeasurements.Thepurposeoftheresearchistoverifythesuitabilityoftheappliednumericalsimulationmethodtopredictthethermalbehaviouroflightengineeringstructuresbasedontimber,whichhasasignificantimpactontemperaturecontentmentinsideabuilding.

Animplicitnumericalmethodwasselectedtoanalysethethermalbehaviourofthecircumferentialconstructiontheoretically. This numerical implicitmethodof finiteelements ismore suitable for non-stationarymulti-measurementthermalcalculationsthantheanalyticalmethod.Themethodisbasedondiscretizationofthespace(resp.thetime).Numericalmethodsallowustoobtainasolutionforthethermal(ortemperature)problemwithafinalnumberofdiscreteplaces(junctions)inaselectednetworkcoveringeitherthewholeareaorjustaselectedpart.ProgrammesANSYS12andAREA2011wereusedforthenumericalsimulationcalculation.

52 53

Obr.4.2NumerickýmodeltypuPLANE55Fig.4.2PLANE55NumericalModelroof(detail3)

Celý proces přípravy a výpočtu simulačníhomodelu v programuANSYS lzerozdělitdotřízákladníchfází:

1. Preprocessing–přípravavstupníchdat.Řešenémodelyobvodovýchkonstrukcí byly vytvořeny pomocí plošných konečných prvků typu PLANE55(Obr.4.1,Obr.4.2).Každýmateriálbyldefinovánpomocítepelnětechnickýchvlastností: objemovéhmotnosti,měrné tepelné kapacity, součinitele tepelnévodivosti.Vrámcitvorbysítěbylypřiřazenyjednotlivýmplochámmodelujejichatributy,celýprvekbylrozdělensítíabylyvytvořenyuzly.

2. Processing – výpočet (numerické jádro), Analýza výpočtu bylařešena jako dvourozměrná stacionární a nestacionární úloha, Nestacionárníúlohavyžadujezadáníčasuačasovéhokroku.Provýpočetbylpoužitminimálníčasovýkrok100samaximálníčasovýkrokshodnýsčasovýmkrokemměření(3600s).Celkovádélkahodnocenéhočasovéhoúsekubylazvolena24hodin.Počáteční podmínka výpočtu, která popisuje rozložení teploty v tělese napočátku děje v čase t0, byla do výpočtu pro letní období řešena pomocíreferenčníteplotyθ=30˚C.Tatoteplotabylaověřovánasimulačnímivýpočty,aby počáteční teplotní stav konstrukce odpovídal skutečným naměřenýmteplotámvčaset0.Prozimníobdobíbylapočátečnípodmínkarozloženíteplotyuvnitřkonstrukcenejdřívenastavenapomocísimulačníhovýpočtuteplotníhopolezastacionárníchpodmínek(prodetail1:θse=-6,5˚C,θsi=18,8˚C,prodetail2:θse=-5,0˚C,θsi=17,1˚C)atentostavbyldálepoužitjakopočátečnípodmínkapronestacionárnívýpočet.Počátečnípodmínkarozloženíteplotníhopolebylaověřovánasimulačnímivýpočty,abypočátečníteplotnístavkonstrukcevčaset0odpovídalskutečnýmnaměřenýmteplotám.

Okrajové podmínky nestacionárního výpočtu pro zimní období byly definovány pro vnější stranu konstrukce pomocípodmínky1.druhuDirichletovy-vnějšípovrchovéteplotykonstrukcebylydosazenyzreálnýchnaměřenýchhodinovýchhodnotvčasovémúsekuod6,00hod.dne26.1.do5,00hod.dne27.1.2013.Provnitřnístranukonstrukcebylanastavenaokrajovápodmínka 1.druhuDirichletova –průměrnávnitřní povrchová teplota konstrukceθsim = 18,8 ˚C, která bylauvažovánakonstantnívcelémčasovémúseku24hodinprodetail1aprodetail2bylauvažovánakonstantnípovrchováteplotaθsim=17,1˚C.

Okrajové podmínky nestacionárního výpočtu pro letní období byly definovány pro vnější stranu konstrukce pomocípodmínky1.druhuDirichletovy-vnějšípovrchovéteplotykonstrukcebylydosazenyzreálnýchnaměřenýchhodinovýchhodnotproden8.8.2013(od1,00hod,do24,00hod.),Provnitřnístranukonstrukcebylanastavenaokrajovápodmínka1.druhuDirichletova–vnitřnípovrchováteplotakonstrukceθsi=32,1̊ C,kterábylauvažovánakonstantnívcelémčasovémúseku24hodinprodetail1aprodetail2bylauvažovánakonstantnípovrchováteplotaθsi=33,2˚C.

3. Postprocessing – zpracování dat. NaObr. 4.3 až 4.5 jsou uvedeny vypočtené průběhy teplotního pole vkonstrukčníchdetailechve14hodindne8.8.

The numerical simulation of the temperature behaviour of the circumferentialconstructionofthetimberbuildingwasperformedfor3selectedconstructiondetailsof the timber building which differ in their material composition and orientationtowardsthefourcardinaldirections: •detail1(circumferentialwall,thesouthfacade) •detail2(thecornerofcircumferentialwalls,thenorth-westfacade) •detail3(roofconstruction)

Alldetailswereevaluatedforboththesummerandwinterseasonsof theyear.Atheoreticalanalysisofalldetailswasperformedforrealboundaryconditionsin the summer and in the winter which were obtained through experimentalmeasurements.

The whole process of the preparation and calculation of the simulationmodelinANSYSprogrammecanbedividedintothreebasicstages:

1) Pre-processing – preparation of input data. The solved models ofcircumferentialstructureswerecreatedusingtypePLANE55surfacefiniteelements(Fig. 4.1, Fig. 4.2). Each material was defined using thermo-technical properties:volumetric weight, specific heat capacity, coefficient of thermal conductivity.Particularattributeswereallocatedtoindividualsurfacesunderthenetworkcreation;thewholeelementwasdividedwithanetworkandjunctionswerecreated.

2. Processing –calculation (numericalcore). Theanalysisof thecalculationwas solvedasa two-dimensionalstationaryandnon-stationarytask.Thenon-stationarytaskrequiresaninputofthetimeandthetimestep.Theminimumtimestepof100sandthemaximumtimestep,identicalwiththetimestepofthemeasurements(3,600s),wereusedforthecalculation.Thetotallengthoftheevaluatedtimesegmentwassetat24hours.Theinitialconditionofthecalculation,whichdescribesadistributionoftemperaturewithinabodyatthebeginningofanactionwithtimet0,wascalculatedwithareferencetemperatureθ=30°Cforthesummerseason.Thistemperaturewasverifiedwithsimulationcalculationssothattheinitialthermalconditionofthestructurecouldcorrespondwithrealmeasured temperatures in time t0. For thewinter season, the initialcondition for the temperaturedistributionwithinaconstructionwasfirstsetthroughasimulationcalculationofathermalfieldunderstationaryconditions(fordetail1:θse =-6,5°C,θsi=18,8°C,fordetail2:θse=-5,0°C,θsi=17,1°C)andthisstatewasfurtherusedasaninitialconditionforanon-stationarycalculation.Theinitialconditionofatemperaturefielddistributionwasverifiedthroughsimulationcalculationssothattheinitialthermalconditionofthestructureintimet0couldcorrespondwithrealmeasuredtemperatures.

Theboundaryconditionsforthenon-stationarycalculationforthewinterseasonweredefinedfortheexternalsideoftheengineeringstructureusingtheDirichletfirst-typecondition–theexternalsurfacetemperaturesofthestructurewereusedfromtherealmeasuredhourlyratesfrom6:00o’clockon26.1.until5:00o’clockon27.1.2013.Fortheinternalsideoftheengineeringstructure,theDirichletfirst-typeconditionwasset–theaverageinternalsurfacetemperatureofthestructureθsim=18,8°C,whichwasconsideredtobeconstantoverthewholetimesegmentfordetail1andtheconstantsurfacetemperatureθsim=17,1°Cwasconsideredconstantfordetail2.

Theboundaryconditionsforthenon-stationarycalculationforthesummerseasonweredefinedfortheexternalsideoftheengineeringstructureusingtheDirichletfirst-typecondition–theexternalsurfacetemperaturesofthestructurewereusedfromtherealmeasuredhourlyrateson8.8.2013(from1:00o’clockuntil24:00o’clock).Fortheinternalsideoftheengineeringstructure,theDirichletfirst-typeconditionwasset–theinternalsurfacetemperatureofthestructureθsim =32,1°C,whichwasconsideredtobeconstantoverthewholetimesegmentof24hoursfordetail1andtheconstantsurfacetemperatureθsim=33,2°Cwasconsideredconstantfordetail2.

54 55

Obr.4.3Teplotnípolevobvodovéstěně(detail1)Fig.4.3Temperaturefieldinthecircumferentialwall(detail1)

Obr.4.4Teplotnípolevkoutu(detail2)Fig.4.4Temperaturefieldinthecorner(detail2)

4.1.2Ověřenívýsledkůteoretickéhovýzkumuaexperimentálníhoměření

Vtab.4.1a4.2jsouprosrovnáníuvedenyvýsledkynumerickéhovýpočtuteplotníhopoleaexperimentálníhoměřenívdetailu1(vmístechměřícíchčidel)vevybranýletníden8.8.avevybranýzimníden26.-27.1.Obadnybylyvybránysohledemnavnějšíteploty,kterévesvémmaximu(minimu)seblížilynormovýmhodnotámteplotdle[1,2].

časčíslo pozice teplotního čísla

teploty [°C]

[hod] 1 2 3 4 5

1:00 Experim. 32,0 31,1 30,1 29,7 21,7

Ansys 32,1 30,1 30,0 29,9 21,7

5:00 Experim. 31,7 31,1 30,1 28,8 19,8

Ansys 32,1 30,5 30,0 29,8 19,8

9:00 Experim. 31,6 31,1 29,8 29,3 27,1

Ansys 32,1 30,8 30,1 27,7 27,1

13:00 Experim. 31,9 31,0 29,5 29,3 41,6

Ansys 32,1 31,1 30,1 29,9 41,6

15:00 Experim. 32,3 31,0 29,5 28,3 43,8

Ansys 32,1 31,1 30,1 29,1 43,8

19:00 Experim. 32,9 31,2 29,9 29,8 34,4

Ansys 32,1 31,3 30,2 29,9 34,4

23:00 Experim. 32,7 31,5 30,5 30,5 24,8

Ansys 32,1 31,4 30,5 30,6 24,8

3. Post-processing – data processing. Figure 4.3. shows thecourseoftemperaturefieldintheconstructiondetailsat14:00on8.8.

4.1.2Verifyingresultsfromthetheoreticalresearchandexperimentalmeasurements

Tables 4.1 and 4.2 compare results of numerical calculations of thetemperature field and experimental measurements in detail 1(inplaces of sensors) on the selected summer day of 8.8. and on theselectedwinterdayof26.–27.1.Bothdayswereselectedwithrespecttooutsidetemperatureswhosemaximumandminimumreadingswereapproachingstandardtemperaturereadingsaccordingto[1,2].

Obr.4.5Teplotnípolevkoutu(detail2)Fig.4.5Temperaturefieldintheroof(detail3)

Tab.4.1Výsledkyexperimentálníhoměřeníanumerickéhovýpočtuteplotníhopolevdetailu1vletnímobdobí(8.8.2013)

time no. of the temperature sensor position

temperatures [°C]

[o‘clock] 1 2 3 4 5

1:00 Experim. 32,0 31,1 30,1 29,7 21,7

Ansys 32,1 30,1 30,0 29,9 21,7

5:00 Experim. 31,7 31,1 30,1 28,8 19,8

Ansys 32,1 30,5 30,0 29,8 19,8

9:00 Experim. 31,6 31,1 29,8 29,3 27,1

Ansys 32,1 30,8 30,1 27,7 27,1

13:00 Experim. 31,9 31,0 29,5 29,3 41,6

Ansys 32,1 31,1 30,1 29,9 41,6

15:00 Experim. 32,3 31,0 29,5 28,3 43,8

Ansys 32,1 31,1 30,1 29,1 43,8

19:00 Experim. 32,9 31,2 29,9 29,8 34,4

Ansys 32,1 31,3 30,2 29,9 34,4

23:00 Experim. 32,7 31,5 30,5 30,5 24,8

Ansys 32,1 31,4 30,5 30,6 24,8

Tab.4.1Resultsfromtheexperimentalmeasurementsandnumericalcalculationsofthetemperaturefieldindetail1inthe summer season (on8.8.2013)

56 57

Zuvedenýchvýsledků jezřejmýshodnýprůběhteplotnaměřenýchavypočtenýchv jednotlivýchpozicíchteplotníchsnímačů.Výsledkyvýzkumuprokázalyvhodnostpoužitídynamickýchsimulačníchmetodproteplotníanalýzustavebníchkonstrukcí.

časčíslo pozice teplotního čísla

teploty [°C]

[hod] 1 2 3 4 5

6:00 Experim. 18,7 15,6 8,4 1,2 -7,3

Ansys 18,8 15,5 8,3 1,1 -7,3

10:00 Experim. 18,8 15,8 8,4 1,1 -7

Ansys 18,8 15,7 8,8 1,0 -7

14:00 Experim. 18,8 15,6 8,4 1,0 -3,2

Ansys 18,8 15,5 8,5 0,9 -3,2

18:00 Experim. 18,8 15,6 8,3 1,1 -7,6

Ansys 18,8 15,5 8,4 1,0 -7,6

22:00 Experim. 18,8 15,6 8,4 1,2 -12,9

Ansys 18,8 15,5 8,3 1,1 -12,9

2:00 Experim. 18,8 15,6 8,4 0,9 -13

Ansys 18,8 15,5 8,3 1,0 -13

5:00 Experim. 18,7 15,6 8,2 0,4 -10,1

Ansys 18,8 15,7 8,5 0,2 -10,1

Tab.4.2Výsledkyexperimentálníhoměřeníanumerickéhovýpočtuteplotníhopolevdetailu1vzimnímobdobí(26.-27.1.)

VTab.4.3jeuvedenoporovnánívýsledkůnumerickéhovýpočtuteplotníhopoleprorůznéokrajovépodmínkyaprovybranouhodinu(normovénestacionárnípodmínky[2]askutečnénestacionárnípodmínkyzískanéměřením)aexperimentálníhoměřenívevšech3konstrukčníchdetailech.

time no. of the temperature sensor position

temperatures [°C]

[o‘clock] 1 2 3 4 5

6:00 Experim. 18,7 15,6 8,4 1,2 -7,3

Ansys 18,8 15,5 8,3 1,1 -7,3

10:00 Experim. 18,8 15,8 8,4 1,1 -7

Ansys 18,8 15,7 8,8 1,0 -7

14:00 Experim. 18,8 15,6 8,4 1,0 -3,2

Ansys 18,8 15,5 8,5 0,9 -3,2

18:00 Experim. 18,8 15,6 8,3 1,1 -7,6

Ansys 18,8 15,5 8,4 1,0 -7,6

22:00 Experim. 18,8 15,6 8,4 1,2 -12,9

Ansys 18,8 15,5 8,3 1,1 -12,9

2:00 Experim. 18,8 15,6 8,4 0,9 -13

Ansys 18,8 15,5 8,3 1,0 -13

5:00 Experim. 18,7 15,6 8,2 0,4 -10,1

Ansys 18,8 15,7 8,5 0,2 -10,1

Theaboveresultsshowidenticalcourseoftemperaturesmeasuredandcalculatedinindividualpositionsoftemperaturesensors.Theresearchresultsprovedthatdynamicsimulationmethodsaresuitablefortemperatureanalysisofengineeringstructures.

Tab.4.2Resultsfromtheexperimentalmeasurementsandnumericalcalculationsofthetemperaturefieldindetail1inthewinterseason(on26.-27.1.)

Table.4.3comparesresultsofthenumericalcalculationofthetemperaturefieldforvariousborderconditionsandforaselectedhouroftheday(standardnon-stationaryconditions[2]andrealnon-stationaryconditionsobtainedthroughmeasurements)andexperimentalmeasurementsinall3constructiondetails.

číslo pozice teplotního čidla 1 2 3 4 5

Teploty v detailu 1 [°C]

Experimentální měření 32,1 31,0 29,5 28,0 43,0

ANSYS – a) normové podmínky 21.7. ve 14 hodin 27,1 28,5 29,3 29,0 47,8

ANSYS – b) naměřené podmínky 8.8. ve 14 hodin 32,1 31,1 30,1 29,0 43,0

Teploty v detailu 2 [°C]

Experimentální měření 34,1 33,0 30,8 29,0 37,9

ANSYS – a) normové podmínky 21.7. ve 14 hodin 27,1 28,5 29,1 28,3 37,9

ANSYS – b) naměřené podmínky 8.8. ve 14 hodin 34,1 32,2 30,3 29,1 37,9

Teploty v detailu 3 [°C]

Experimentální měření 33,2 31,4 29,2 28,2 47,9

No. of the temperature sensor position 1 2 3 4 5

Temperatures in detail 1 [°C]

Experimental measurements 32,1 31,0 29,5 28,0 43,0

ANSYS – a) standard conditions at 14:00 hrs of 21.7. 27,1 28,5 29,3 29,0 47,8

ANSYS – b) measured conditions at 14:00 hrs of 8.8. 32,1 31,1 30,1 29,0 43,0

Temperatures in detail 2 [°C]

Experimental measurements 34,1 33,0 30,8 29,0 37,9

ANSYS – a) standard conditions at 14:00 hrs of 21.7. 27,1 28,5 29,1 28,3 37,9

ANSYS – b) measured conditions at 14:00 hrs of 8.8. 34,1 32,2 30,3 29,1 37,9

Temperatures in detail 3 [°C]

Experimental measurements 33,2 31,4 29,2 28,2 47,9

58 59

Tab.4.3Porovnánívýsledkůnumerickéhovýpočtuteplotníhopoleaexperimentálníhoměřenívletnímobdobí

Výsledky prokazují, že výpočtové postupy při uvažování naměřených nestacionárních okrajových podmínek se vícepřibližují svýmihodnotamiknaměřenýmveličinámnežvýpočtypřiuvažovánínormovýchnestacionárníchokrajovýchpodmínek.

V Tab. 4.4 je uvedenoporovnání výsledkůnumerickéhovýpočtupro různéokrajovépodmínky (normové stacionárnípodmínky - program AREA a naměřené nestacionární podmínky – program ANSYS) v konstrukčním detailu 1 aexperimentálníhoměření.Výpočetbylprovedenprozimníobdobí,protoženormovévýpočetnímetodyvycházízřešenízastacionárníchokrajovýchpodmínekabylomožnéprovéstsrovnání.Vkonstrukčnímdetailu1bylvýpočetprovedenvedvoupříčnýchprofilechstěny–vosemezidřevěnýmisloupkyavmístědřevěnéhosloupkuzdůvoduvyhodnocenívlivutepelnéhomostunateplotnípolevkonstrukci.

Teplota v ose mezi sloupky [°C]

číslo pozice teplotního čidla 1 2 3 4 5

Experimentální měření -8,9 -1,9 7,2 15,6 19,1

Výpočet programem AREA -11,6 -5,9 5,4 15,4 19,7

Výpočet programem ANSYS -8,0 -2,0 7,0 15,6 19,6

Teploty v místě sloupku [°C]

Experimentální měření -8,8 -0,2 8,4 15,2 18,7

Výpočet programem AREA -11,6 -5,0 5,2 15,8 19,2

Výpočet programem ANSYS -8,0 -3,4 6,0 15,9 19,2

Tab.4.4Porovnánívýsledkůexperimentálníhoměřeníanumerickéhovýpočtu

ANSYS – a) standard conditions at 14:00 hrs of 21.7. 27,7 30,6 34,8 36,8 37,4

ANSYS – b) measured conditions at 14:00 hrs of 8.8. 33,2 30,5 39,5 28,9 47,9

Tab.4.3Comparisonofresultsfromthenumericalcalculationofthetemperaturefieldandexperimentalmeasurementsin the summer season.

Theresultsprovethatthecalculationprocessesconsideringthemeasurednon-stationaryboundaryconditionsapproachthemeasuredquantitiesmorethanthecalculationsconsideringstandardnon-stationaryboundaryconditions.

Table4.4.comparesresultsfromthenumericalcalculationforvariousboundaryconditions(standardstationaryconditions–AREAprogrammeandmeasurednon-stationaryconditions–ANSYSprogrammeinconstructiondetail1andexperimentalmeasurements.Thecalculationwasperformedforthewinterseasonbecausestandardcalculationmethodsissuefromthesolutionsduringstationaryboundaryconditionsanditwaspossibletocomparethem.Forconstructiondetail 1, thecalculationwasperformed in two transverseprofilesofwalls – in theaxisbetween twowoodencolumnsandintheplaceofawoodencolumnsothattheeffectofathermalbridgeonthetemperaturefieldinthestructurecouldbeevaluated.

Temperature in the axis between the columns [°C]

No. of the temperature sensor position 1 2 3 4 5

Experimental measurement -8,9 -1,9 7,2 15,6 19,1

Calculation in AREA programme -11,6 -5,9 5,4 15,4 19,7

Calculation in ANSYS programme -8,0 -2,0 7,0 15,6 19,6

Temperature in the place of the column [°C]

Experimental measurement -8,8 -0,2 8,4 15,2 18,7

Calculation in AREA programme -11,6 -5,0 5,2 15,8 19,2

Calculation in ANSYS programme -8,0 -3,4 6,0 15,9 19,2

Tab.4.4Comparisonofresultsfromtheexperimentalmeasurementandthenumericalcalculation

Z uvedenýchnaměřenýchhodnota výstupů teplot z programůAREAaANSYS je zřejmé, že vliv tepelnéhomostu (nosného dřevěného sloupku)v obvodové stěně se projevuje zvýšeným prostupem tepla v danémmístě, Rozdíl teplot v jednotlivých místech konstrukce se pohybuje unaměřenýchhodnotvrozmezí0,1až1,7˚C.Ikdyžsrovnánívýsledkůměřeníajednotlivýchvýpočetníchpostupůjeproblematickézdůvodunavzájemtěžko porovnatelných okrajových podmínek, ukazuje se, že výpočtovépostupypřiuvažovánínestacionárníhopřenosuteplasevícepřibližujísvýmihodnotamiknaměřenýmveličinámnežstacionárnívýpočty.

Obr.4.6:Výsledkyřešeníteplotníhopolevdetailu1vprogramuAREAObr.4.6:Resultsofthesolutionofthetemperaturefieldindetail1inAREAprogramme

TheabovelistedreadingsandtemperatureoutputsfromAREAandANSYSprogrammesclearlyshowthattheimpactofthethermalbridge(thebearingwoodencolumn)inthecircumferentialwalldemonstratesitselfinanincreasedtransmissionof heat in a particular area. The difference between temperatures in individual parts of the engineering structureoscillatesbetween0,1and1,7°Cforthemeasuredvalues.Itisproblematictocompareresultsfromthemeasurementsandindividualcalculationprocesses,duetodifficultiesinmutualcomparisonsofboundaryconditions,stillwecanseethatthecalculationprocesseswhenconsideringthenon-stationarytransferofheatgetclosertothemeasuredquantitiesthanthestationarycalculations.

[1]ČSN730540Tepelnáochranabudov.Praha:Úřadprotechnickounormalizaci,metrologiiastátnízkušebnictví,2011.356s.[2]ČSN730548Výpočettepelnézátěžeklimatizovanýchprostorů.Praha:Úřadprotechnickounormalizaci,metrologiiastátnízkušebnictví,1986.30s.

[1]ČSN730540Tepelnáochranabudov.Praha:Úřadprotechnickounormalizaci,metrologiiastátnízkušebnictví,2011.356s.[2]ČSN730548Výpočettepelnézátěžeklimatizovanýchprostorů.Praha:Úřadprotechnickounormalizaci,metrologiiastátnízkušebnictví,1986.30s.

ANSYS – a) normové podmínky 21.7. ve 14 hodin 27,7 30,6 34,8 36,8 37,4

ANSYS – b) naměřené podmínky 8.8. ve 14 hodin 33,2 30,5 39,5 28,9 47,9

60 61

PublikacebylarealizovánazafinančníhopřispěníEvropskéunievrámciprojektuPartnerstvívoblastistavebnictvíaarchitektury,č.projektu:CZ.1.07/2.4.00/17.0064.

Autoři:

Ing.JanPoledník kapitola1Ing.JosefPavlík kapitola2Ing.IvetaSkotnicová,Ph.D. kapitola3akapitola4

Překlad:

Mgr.MarieSandersová

Poznámka:Jednotlivétextyneprošlyredakčníanijazykovouúpravouazajejichsprávnostaúplnostručíautoři.

Thispublicationwasco-financedbytheEuropeanUnionundertheproject‘PartnershipwithinCivilEngineeringandArchitecture’,no.CZ.1.07/2.4.00/17.0064.

Authors:

Ing.JanPoledník chapter1Ing.JosefPavlík chapter2Ing.IvetaSkotnicová,Ph.D. chapter3andchapter4

Translation:

Mgr.MarieSandersová

Disclaimer:theindividualcontributionstothepublicationwerenotpost-edited.Therefore,itistheauthorswhobeartheresponsibilityfortheaccuracy.

KONTAKT/CONTACT

Moravskoslezskýdřevařskýklastr(MSDK)Studentská620270833Ostrava-Poruba

Telefon:+420558272429+420558272430E-mail:info@msdk.cz

www.msdk.cz

Rokvydání:2014

ISBN978-80-905447-1-0

©2014•tirata.cz