Omezit pro: 
červenec 2024
Excelový pomocník pro tvorbu vlastních profilů užívání pro HOD modul v programu ENERGETIKA
1. 7. 2024 | Autor: Ing. Tomáš Koula
Možná jste už při tvorbě PENB s hodinovým krokem výpočtu narazili na to, že výchozí profily neodpovídají provozu, který se snažíte namodelovat. V takovém případě můžete do Energetiky zadat vlastní profil prostřednictvím jednoho nebo více .csv souborů. Vyznat se ve struktuře .csv souboru může být pro někoho složité a navíc jsou tady problémy obecně spojené s .csv soubory - např. .csv soubor otevřený v Excelu chápe čísla určitého rozsahu s desetinnou tečkou jako datum (úprava takového souboru je potom složitá), případně je problém s formátem při ukládání.
červen 2024
Jak dosáhnout na vyšší energetickou třídu v PENBu pomocí lokálních klimadat
26. 6. 2024 | Autor: Ing. arch. Adrián Babiš, M.Sc.
V tomto článku si názorně ukážeme, jak lze pomocí klimadat pro konkrétní lokalitu u výpočtu PENBu snížit měrnou potřebu tepla na vytápění pro dosažení 20 kWh/m2 podmínky NZÚ, zvýšit výpočtovou úsporu primární energie nebo dosáhnout vyšší třídy energetické hospodárnosti. Povíme si také o výhodách a nevýhodách těchto lokálních klimadat, i o tom, ve kterých lokalitách má smysl je využít.
leden 2024
Jaká jsou úskalí při užití (nejen) vlastních klimadat z hlediska solárních tepelných zisků?
30. 1. 2024 | Autor: Ing. Martin Varga
V tomto článku upozorníme na některé souvislosti hodinového výpočtu v programu ENERGETIKA při výpočtu solárních tepelných zisků. A doporučíme co dělat, pokud se po výpočtu v jejich průběhu objeví "anomálie" v podobě velmi vysoké hodinové hodnoty.
To, že je zde nějaký problém indikují přehledné grafy. Např. u jednoho souboru pro Z1 vypadal graf celkových solárních tepelných zisků zóny skrz výplně takto:


Tento problém se propíše i do ostatních grafů průběhu solárních zisků, teplot, potřeb tepla/chladu v protokolu mezivýsledků. Z nich je pak také možno usuzovat na tento problém.

To je dost zvláštní průběh. Nejvyšší anomálie po zvětšení požadovaného místa v responzivním grafu nastává v tomto případě v 2071. hodině. Kde to uvádí v zóně v tuto hodinu celkem "slušných" 22 MWh solárního tepelného zisku.


Hodina číslo 2071 je v tomto případě 28.3. v 7 h ráno. Níže se podívejme, co že se to v této hodině stalo:
(výpisy hodnot do csv uváděných v tabulce níže slouží pro kontrolu autorům SW ENERGETIKA pro její testování, není dostupný uživatelům)


V tabulce výše je uveden výpis některých hodnot potřebných pro následné stanovení intenzity ozáření konstrukce. Pro pochopení situace nejprve popíšeme pár údajů z tabulky, co znamenají:

a) lambda_W (°) - uživatelem zadaná východní délka lokality budovy (sloupec I)
b) fí_w (°) - uživatelem zadaná severní šířka lokality budovy (sloupec J)
c)  alfa_Sol (°) - vypočtený úhel solární výšky- tj. úhel, který svírají paprsky Slunce a horizont (sloupec N)
d) G_sol_g (W/m2) - intenzita globálního záření na vodorovnou plochu (sloupec X), v katalogu klimadat značeno GR
e) G_sol_d (W/m2) - intenzita difuzního záření na vodorovnou plochu (sloupec Z), v katalogu klimadat značeno DR
f) G_sol_b (W/m2) - intenzita přímého záření na plochu kolmou slunečním paprskům (sloupec Y)

Údaje a) až e) jdou do výpočtu ze zadání. Údaje jsou buď přímo zadány uživatelem nebo jím vybrány z katalogu klimadat. Údaj f) se v programu mimo jiných i z těchto hodnot a) až e) dopočítává.

Obecně platí, že pokud je Slunce velmi nízko nad horizontem, tak poměr G_sol_d / G_sol_g (=DR/GR) by se měl limitně blížit hodnotě 1 s tím, jak se limitně solární úhel výšky Slunce blíží hodnotě 0°. Pokud máme nenulovou složku přímého záření na vodorovnou plochu BH (=GR-DR), tak pomocí sinové věty se odvozuje hodnota přímého záření ve směru solárních paprsků Gsol,b (=BR). A je jasné, že pokud to má logicky "sedět", tak poměr G_sol_d / G_sol_g musí být v souladu s hodnotou ALfa,sol.  Jinak dostaneme nesmyslně vysoké hodnoty jako v tomto případě.

Poznámka: z hlediska výpočtů se uvažuje Slunce za bodový zdroj záření.

Takže u tohoto konkrétního příkladu v hodině 2071 máme úhel výšky Slunce Alfa,sol cca = 0,03°, přičemž poměr G_sol_d / G_sol_g máme velice nízký - cca 0,274. Z toho plyne jednoznačné poznání: něco je špatně. Co konkrétně to může pro danou hodinu být:

1) chybně stanovená výška Alfa,sol
2) chybně stanovené hodnoty GR a DR v klimadatech
3) možná je i kombinace těchto chyb

ad 1)  úhel solární výšky Slunce Alfa, sol se stanovuje výpočtem uvedeným dle ČSN EN ISO 52 010-1. Jako vstupní hodnoty jsou potřebné tyto údaje: 

  • severní šířka (lambda_w)
  • východní délka (fí_w)
  • časové pásmo UTC
  • pořadí hodiny v rámci dne a pořadí dne v rámci roku

ad 2)  klimatická data se do katalogu vkládají v předepsané "csv" šabloně, která odpovídá šabloně uvedené v ČSN EN 15 927-4. Takže je třeba velmi dávat pozor, aby tato šablona byla řádně vyplněna.

  • při vyplňování pozor na správné pořadí hodin ve dni (v hodinovém výpočtu pro hodnocení ENB je dohoda používat pouze zimní, tj. SEČ, tj. astronomický čas)
  • také se může stát chyba přímo v poskytnutých údajích jejich autorem (může se stát zejména při strojovém zpracování dat, že zkrátka některý údaj v některé hodině je chybně přečten a zapsán apod.)

Zkrátka pokud v grafech objevíme tyto anomálie, je nutno nejprve zkontrolovat zadání dle ad 1), zda-li máme u všech vstupů správně zadání. V tomto případě se zrovna stalo, že nikoliv. Protože údaj východní délky 5,5033° (v tabulce csv výše vyznačeno červeně) je mimo území ČR a neodpovídá lokalitě v ČR, pro kterou má uživatel vlastní klimadata! Z toho plyne, že bude chybně následně vypočten úhel solární výšky Slunce a to může vést k taktové chybě.

Níže je uveden graf pro výpočet s opravenou hodnotou východní délky:


Vidíme, že extrémů je více než bylo původně, za to jejich absolutní hodnota je podstatně nižší. Přesunuly se také do jiných hodin. A to, i když už máme východní délku i severní šířku zadanou správně. Díky tomu je správně stanoven i úhel solární výšky Slunce Alfa,sol. Přesto problémy přetrvávají. Podívejme se dále, na jaký další problém zde narazíme...

Níže je uvedena stejná tabulka (výpis csv) po výpočtu s již správně zadanou hodnotou východní délky. Z porovnání tabulek lze vidět, že např. v hodině č. 2071 je už úhel výšky místo chybných cca 0,03° již cca 6,37°. To má samozřejmě velký vliv při užití sinové věty na stanovení přímé složky záření ve směru paprsků Gsol,b. Proto je tak důležité zadávat správně údaje o východní délce a severní šířce. Zejména v případech, kdy máte tyto klimadata stanoveny přesně pro konkrétní místo.


Zdálo by se, že tento problém byl vyřešen. No možná pro tuto hodinu, ale z grafu výše pro celý rok je patrné, že se jen přesunul zase do jiných hodin, byť v absolutní hodnotě klesl. 

Je zde totiž ještě další problém, který lze vypozorovat i z obou tabulek výše (výpočet s chybnou i správnou hodnotou východní délky). V tomto případě vypočtená hodnota přímé složky solárního záření Gsol,b (ve směru paprsků) pro hodinu č. 2071 v obou případech překračuje teoretické meze (v tom prvním případě samozřejmě velmi).

Existuje solární konstanta. Což je hodnota přímého solárního záření Slunce před vstupem do atmosféry Země. Podle toho, z jakých zdrojů čerpáte, tak se pohybuje v rozmezí cca 1340-1380 W/m2. Při průchodu atmosférou se tato hodnota intenzity přímého záření poníží a část tohoto ponížení se "přemění" na tzv. složku všesměrného difuzního záření Gsol,d=DR (vlivem obsahu aerosolů a prachových částic v atmosféře se část přímého záření zkrátka rozptýlí). U zemského povrchu tak poměr přímé a difuzní složky záleží na aktuální výšce Slunce na obloze, oblačnosti, čistotě atmosféry atd. Je zřejmé, že s nižší výškou Slunce na obloze musí paprsek urazit delší trasu atmosférou a tudíž ztratí více na intenzitě. Jinými slovy to znamená, že celková intenzita globálního ozáření na zemském povrchu v těchto případech klesá, přičemž poměr difuzního ku globálnímu záření se blíží limitně hodnotě 1. Proto také, dokud Slunce nevyjde, lze v hodině blízké jeho východu naměřit jen difuzní záření (analogicky to platí o hodině blízké po západu Slunce).

Ve finále i kdybychom teoreticky neuvažovali vliv atmosféry, tak přímá složka záření Gsol,b ve směru paprsků nemůže nikdy překročit teoretickou hodnotu solární konstanty. Prakticky při zemském povrchu bude tento limit nižší dle polohy na Zemi a aktuální jasnosti a čistoty oblohy, resp. atmosféry.

Z tohoto vysvětlení je zřejmé, že i hodnota Gsol,b = 1607 W/m2 nemůže být správná ani po výpočtu s opravenou hodnotou východní délky.

Pokud se podíváme na výpis výsledku pro původně sledovanou hodinu č. 2071 s novým výpočtem opravené východní délky, tak můžeme pozorovat (stejně jako v původním výpočtu s chybnou východní délkou), že je tam patrný nesoulad průběhu dat intenzity záření a úhlu výšky Slunce nad horizontem. Jako by ty údaje o ozáření (z klimadat) byly posunuté o jednu hodinu dopředu.

Pokud provedeme výpočet ještě jednou s tím, že nahraná klimadata posuneme správně o jednu hodinu, tak průběh solární zisků v zóně bude vypadat takto:


Na grafu výše je vidět opět posun extrémních hodnot v absolutní hodnotě směrem dolů. Ale přesto jsou. Nicméně už zde alespoň rozeznáme solární tepelné zisky v ostatních hodinách.


Tabulka výše zobrazující vybraný den s inkriminovanou hodinou č. 2071 už vypadá "normálně". Jenže dle celoročního grafu nad ní je patrné, že přesto v některých hodinách těch "normálních" hodnot není opět dosahováno. Když se podíváme na ten graf podrobněji (pomocí prohlížení, což u responzivních grafů lze), tak zjistíme, že všechno jsou to první hodiny při východu Slunce nebo poslední hodiny při západu Slunce. Z toho plyne, že i přes úpravu těch dvou problémů v tomto konkrétním případě (chybně zadaná východní délka a posun klimadat nahraných do katalogu) je tu ještě další problém. A to je stále přetrvávající kombinace v některých hodinách velmi nízké výšky Slunce a nízkého poměru difuzního k globálnímu záření DR/GR.

Podíváme se podrobněji na hodinu č. 6943, která nově tvoří extrém i po těch úpravách východní délky a posunutí klimadat:



Úhel výšky Slunce Alfa,sol v této hodině je 0,066694°, přičemž poměr DR/GR je 0,64486. To vede dle sinově věty k výpočtu Gsol,b (tj. přímého záření ve směru paprsků) na hodnotu 3264,5 W/m2. To je mimo teoretické meze.

Tady je totiž trochu teoretický problém, kdy se střetává fyzikální výpočtová teorie a naměřené hodnoty (pokud jsou tedy naměřeny a zaznamenané správně). Výška Slunce se výpočtově stanovuje dle ČSN EN ISO 52 010-1 pro danou lokalitu, časové pásmo a údaje pro záření v klimadatech máme měřeny pro danou lokalitu. Vzhledem k tomu, že teorie je aplikována na "hladké kouli" (realita je "nepravidelná koule" tzv. geoid) bez vlivu nadmořské výšky a konkrétní lokalita má také "nějaký" terén, může zde obecně docházet k těmto problémům v těchto hodinách při velmi nízké výpočtové výšce Slunce (při východu a západu). Což sama norma přiznává, když uvádí, že pro nízké výšky Slunce mohou přepočty přinášet problémy.

V SW ENERGETIKA jsme se rozhodli tento typ problémů vyřešit poměrně "jednoduše" tím, že uživatelsky umožníme nastavit interval tolerance, při kterém se ještě úhel výšky Slunce Alfa,sol na obloze uvažuje za 0°. V normě ČSN EN ISO 52 010-1 je v čl. 6.4.1.6 paušálně nastavena tolerance na 0,0001°. Vzhledem k výše uvedenému považujeme tuto toleranci za poměrně přísnou. Proto, pokud nastanou problémy tohoto typu (a současně nejsou žádné jiné chyby v zadání!), doporučujeme tuto toleranci zvýšit. Maximálně však do hodnoty cca 3° (náš názor), abychom až moc neovlivňovali výši solárních zisků v těchto prvních hodinách při východu a posledních hodinách při západu Slunce. Z hlediska zpětné kompatibility výsledků je tato tolerance nastavena automaticky na normové hodnotě 0,0001°. Při hodnotě této tolerance v intervalu ( 0,0001°; 3° > je pole označeno oranžově. Abychom věděli, že používáme jinou hodnotu tolerance než normovou. A pro jakákoliv čísla mimo interval < 0.0001°; 3° > je pole vyznačeno červeně. Čistě teoreticky, pokud bychom například výpočet provedli s tolerancí 60°, tak by veškeré solární zisky pro výpočet potřeby tepla a chladu byly ve všech hodinách se solárním zářením odvozeny jen od difuzní složky záření DR (přímá složka záření by byla ve výpočtu ignorována, protože její připuštění do výpočtu je navázáno na podmínku ALfa,sol >0°).