VELUX EIC Visualizer

Počítačový program VELUX EIC Visualizer (Energy and Indoor Climate Visualizer) je určen pro odbornou i širší veřejnost. Snadno, rychle a věrohodně spočítá energetickou náročnost budovy s ohledem na úspory energie a vysoký komfort bydlení včetně osvětlení a větrání. Přináší nový vhled do plánování domu, kdy se využívá slunečních zisků, stínících předmětů a další související techniky.

V příspěvku podáme popis programu, přiblížíme si práce s ním a uvedeme vzorové příklady. Program VELUX EIC Visualizer (dále jen Visualizer) vlastní společnost VELUX, která jej distribuuje bezplatně mezi zájemce. Instalační balík o velikosti 28,6 MB si lze stáhnout na adrese http://eic.velux.com/ proti uvedení jména, profese a e-mailové adresy. Instalace na běžném domácím počítači trvá asi minutu. Visualizer běží pod operačním systémem Windows.

Možnosti VELUX EIC Visualizeru

Uživatel si navrhne vlastní, jednoduchý model rodinného domu včetně tepelně technických vlastností střechy, stěn, oken a dveří, zvolí parametry otopné a chladicí soustavy, způsob větrání a konečně i lokalitu domu a jeho orientaci domu vůči světovým stranám. Program pak na tomto základě a využitím meteorologických dat vybrané lokality vypočítá roční energetickou spotřebu domu, tedy Průkaz energetické náročnosti budovy. Vedle toho vrací řadu pomocných veličin, jako je počet hodin s navolenou osvětleností přirozeným světlem, počet hodin, kdy vnitřní teplota nebo intenzita větrání přesáhne zadané hodnoty, dále průběh prostorové vnitřní teploty a další.

Práce s Vizualizerem

Práce s Vizualizerem je intuitivní a nevyžaduje návod. Jazyk programu je angličtina. Po spuštění se zobrazí úvodní obrazovka s horní nabídkovou lištou s položkami Geometry, Constructions, Windows and doors, Heating and cooling, Light and Ventilation, Start simulation a Results.

Nabídka Geometry

Uživatel si vybere jednu ze tří možností rodinného domu se střechou tvaru A (přízemní dům, dům s obytným podkrovím a střešní nástavba tvořená převážně podkrovím). Potom zvolí jednu ze tří rozměrových možností domu, dále to, jestli dům stojí osamocen, na okraji nebo uprostřed řady a konečně zvolí orientaci domu vůči světovým stranám (v nabídce je N, NW, W, SW, S, SE, E, NE a číselná volba úhlu od severu).

Konečně zvolí lokalitu (v ČR lze volit Prahu, celkem je v nabídce 54 měst z 30 zemí po celém světě). Současně s tímto výběrem se budova zobrazí na pravém tmavším poli pracovního panelu. Myší lze domem otáčet kolem kartézských os x, y, z, zvětšovat/zmenšovat, vytvářet řezy.

Nabídka Constructions

Uživatel formuluje tepelně technické vlastnosti neprůsvitných obvodových prvků, tedy stěn, podlahy a střechy. Vybírá z předvolených položek, u nichž je údaj U (součinitel prostupu tepla). Po výběru lze (poklikem na podtržený název rozbalovacího menu) editovat skladbu a parametry zvolené konstrukce.

Nabídka Windows and doors

Druhou částí tepelně technické charakteristiky domu jsou okna a dveře. Poklepem na nabídku < se uživateli zpřístupní nabídka střešních oken, resp. fasádních oken a dveří, které odpovídají produkci VELUX. Vybraný typ okna či dveří se pak osadí zasklením s různými tepelnými, protislunečními a bezpečnostními parametry (skla jsou definována kódem a popisem, např. --59 Low energy).

Ke každému oknu může uživatel přiřadit vybavení venkovními, resp. vnitřními stínícími doplňky (rolety, markýzy, žaluzie), a dále rozhodne, jestli je okno otvíravé či neotevíravé.

Nakonec uživatel umístí nadefinované okno či dveře myší nebo zadáním souřadnic do konstrukce.

Nabídka Heating and cooling

U otopné soustavy uživatel zadá požadovanou vnitřní teplotu a letní preferovanou teplotu a dále vnitřní teplotu nebo úroveň intenzity slunečního záření, při jejichž dosažení jsou aktivovány stínící prvky oken. Uživatel může také zvolit režim Energy Balance control feature, který ovládá v zimě i v létě interní a externí stínící doplňky oken VELUX Integra, optimálně z pohledu energetické spotřeby: např. předokenní roleta nebo markýza se zatahuje při ostrém letním slunečním svitu nebo v noci v zimě.

Otevřením rozšířené nabídky (Advanced options) lze zadat a) příkon vnitřních spotřebičů a režim jejich provozu, b) zdroj energie a účinnost otopné soustavy. Přednastaven je plyn. Kliknutím na podtržený název Energy source se objeví vstupní formulář, kde je možné zadat tepelnou účinnost otopné soustavy a jednotkovou cenu z kWh. Zde je přednastaven údaj 0,06 CZK, který je nutné opravit na 1,2 CZK, aby program správně počítal korunové náklady za vytápění.

Třetí položka rozšířené nabídky c) umožňuje zadat COP (topný faktor) chladicí soustavy, přednastavena je hodnota 2,4.

Nabídka Light and ventilation

Po otevření této položky zadáváme v horním levém formuláři parametry přirozeného větrání okny. Pro otvíravá okna lze zvolit jednu až čtyři možnosti včetně nočního chlazení. Nebo volíme celoroční větrání s konstantní intenzitou. Přednastavena je intenzita 0,5 ACH (Air Change per Hour), tzn. že se za hodinu vymění polovina objemu vzduchu.

V prostředním levém formuláři zadáváme parametry nuceného, elektřinou poháněného větrání, pokud je instalováno. Můžeme volit výměnu vzduchu s rekuperací i bez ní. V obou případech zadáváme intenzitu větrání, u větrání s rekuperací i účinnost rekuperace.

Po rozkliknutí rozšířené nabídky (Advanced options) lze zadat parametry elektrického osvětlení. Kliknutím na podtržený název Type of electrical lighting se objeví vstupní formulář, kam se zadává elektrický příkon pro osvětlení na 1 m², procento světel, která jsou zároveň v provozu a úroveň denního osvětlení, od kterého jsou světla zhasnuta.

Hodnocení programu VELUX EIC Visualizer

Program VELUX EIC Visualizer je vhodný pro toho, kdo se zajímá o energetické úspory staveb. Práce s ním přináší nový vhled do problematiky návrhu domu. Usnadní porozumění podstatným souvislostem mezi jeho geometrií a orientací, počtem a umístěním oken, velikostí tepelné izolace a z toho plynoucí celkovou energetickou spotřebou. Hlavní přínos programu je v širokých možnostech porovnávání různých kombinací. Kromě už zmíněných vstupních dat lze měnit i nastavení otopné a chladicí soustavy, volit režimy samočinného nebo nuceného větrání, to vše kombinovat s účinky okenních rolet a stínících předmětů.

Výsledky, které program vrací, směrují uživatele k optimálnímu řešení stavby, k cílevědomé volbě a používání doplňků (rolety, markýzy, žaluzie) a k optimálnímu způsobu užívání stavby, zejména větracího režimu.

Program je výjimečný tím, že pracuje s meteorologickými daty 54 měst světa a umožňuje tak v podstatě každému provést vlastní hodnověrný odhad energetické náročnosti navržené budovy. Program však nebyl navržen s tím, aby sloužil pro výpočet Průkazu energetické náročnosti budovy.

Komentované výsledky práce z Visualizerem

Ukážeme na některé zajímavé výstupy. Uvažujme dům v lokalitě Praha, orientace je taková, aby plochy střechy mířily k jihu, resp. k severu. Nechť je jednopodlažní rodinný dům bez stropu oddělujícího podkroví (1-storey single-family house, open ceiling) o podlažné ploše 98 m², v němž je zvolena lehká stěnová konstrukce 03 s 250 mm silnou izolací, U = 0,18 W/(m²K), lehká střešní konstrukce 03 s izolací 250 mm, U = 0,17 W/(m²K) a podlahová konstrukce 02 s 100 mm izolací. Nastavme zvýšené větrání, tedy včetně nočního, a větrání v průběhu dne pomocí automaticky řízeného otevírání okem (systém Velux Integra). Ostatní parametry, nebude-li specifikováno jinak, mají předdefinované nastavení.

Dům s fasádními okny (model č. 1)

Dům s otevíravými fasádními okny a dveřmi se zasklením --59, což je dnešní standard se součinitelem prostupu skla U_SKLO = 1,1 W/(m²K) a celého okna U_W = 1,4 W/(m²K). Na jižní stěně jsou čtyři okna 1200 × 1200 mm a dveře 1100 × 2100 mm, na západní a východní stěně po dvou oknech 1200 × 1200 mm a na severní stěně je okno jedno 1200 × 1200 mm, dvě okna 600 × 600 mm a dveře 1100 × 2100 mm. Podstatné výstupní hodnoty domu jsou uvedeny v tab. 1:

Celkovou spotřebu na vytápění nebo umělé osvětlení za rok vypočítáme násobením hodnot v prvním, resp. druhém datovém sloupci tab. 1 podlažnou plochou 98 m². Vnitřní teplota domu přesáhne 38 hodin v roce úroveň 38 °C, 7200 hodin v roce je intenzita větrání nižší než 0,5 ACH, tzn. že se za hodinu vymění polovina objemu vzduchu v domě. Okna a dveře zároveň zajišťují 4114 hodin v roce osvětlenost nad úroveň 25 lx. Celý rok má 8760 hodin.

Dům se střešními okny (model č. 2)

Nahraďme nyní devět fasádních oken a jedny dveře v modelu č. 1 o celkové ploše 15,27 m² čtyřmi střešními okny 1,14 × 1,60 m o celkové ploše 7,3 m² orientovanými k jihu. Výsledek v tab. 2 je pro laika a možná i odborníka překvapující.

Přestože jsme nahradili fasádní okna a dveře sotva poloviční plochou střešních oken, osvětlenost vnitřní podlahové plochy zůstala téměř stejná (přesněji mírně vzrostla z 4114 na 4174 hodin, kdy přirozené osvětlení vnitřní plochy je nad nad 25 lx). Na druhé straně mírně stoupla spotřeba tepla, což někoho možná také překvapí. Důležité je, že jsme však víc než zdvojnásobili doby, kdy teplota přestoupí přes 26 °C, což logicky vyvolá větší větrání (jen 6800 hodin s intenzitou pod 0,5 ACH).

Dům s lepšími okny (model č. 3)

Nahraďme zasklení všech oken a dveří typem --65, který je označován jako Super low energy se součinitelem prostupu sklem 0,5 W/(m²K) a celého okna U_W = 1,0 W/(m²K).

Výsledek předčí oba předešlé modely z pohledu energetické spotřeby. Zasklení s vysokou tepelnou izolací má ale horší propustnost světelného slunečního záření, a proto se mírně zhorší míra osvětlení denním světlem. Také doby, během nichž vystoupá teplota nad 26 °C, vysoce kvalitní zasklení sice zlepší, ale ne na úroveň blízkou modelu č. 1 (s pouze fasádními okny).

Je zřejmé, že sklonitá střecha je z energetického hlediska exponovaným místem, na rozdíl od svislé fasády. Může sloužit jako výborná sběrnice energie, ale zároveň za slunečných dní zásobuje prostor pod okny přebytkem tepla, před kterým se musíme chránit. V chladném období naopak uniká sklonitými okny více tepla než svislými. Vyšší uniky tepla můžeme snadno kompenzovat významně menší plochou oken při zachování vnitřní osvětlenosti.

Dům s předokenními roletami (model č. 4)

Umístěme nyní na střešní oka předokenní rolety. Tímto opatřením podstatně zlepšíme jak vnitřní klima a nezanedbatelně i spotřebu energie k vytápění. Doba v hodinách, kdy teploty uvnitř domu převýší 26, 27 a 28 °C výrazně klesne i pod model s fasádními okny. Je vidět, že spuštěná předokenní roleta přispívá i k tepelné ochraně okna v zimě – je to vlastně další vrstva, která omezuje prostup tepla a zpomaluje ztrátové proudění vzduchu podél skla. „Zateplování” předokenní roletou ve dne v zimě ale způsobí zkrácení doby, kdy přirozené osvětlení dosahuje úrovně nad 25 lx.

Závěr

Další kombinace ponecháme již na čtenáři. Ten jistě rychle zjistí, že použití zasklení se zvýšenou ochranou proti slunečnímu záření, přestože mají vysokou tepelnou izolaci, zvýší energetickou spotřebu domu. To je hlavně tím, že uživatel se aplikací těchto skel připraví v zimě o tepelné zisky. Další poznatek z práce s tímto programem je, že příkon elektrických zařízení, tzn. ventilátorů, pohonů samočinného otevírání oken do ventilační polohy nebo pohonů rolet je zanedbatelný. Dokonce při použití střešních oken se systémem VELUX Integra, kdy je tento pohon realizován pomocí baterií nabíjených z integrovaného fotovoltaického panelu, je spotřeba energie kupované z rozvodné sítě nulová.

Hlavní přínos tohoto programu je, že se jeho uživatel naučí přemýšlet v pojmech tzv. aktivního domu, u něhož nepožadujeme enormně malou energetickou spotřebu, ale schopnost spotřebu energie krýt z obnovitelných zdrojů..