Spotřeby teplé vody na základních školách
Článek na základě reálných měření ukazuje, že existují disproporce mezi ukazateli měrných spotřeb teplé vody pro návrh technického řešení ohřevu vody a ukazateli podle skutečností. Z toho vyplývá i vyšší nejistota při dimenzování zařízení pro ohřev vody, což může vést k předimenzování zařízení se zhoršenou účinností přípravy teplé vody a k tepelným ztrátám, či hydraulické nevyváženosti. Předimenzovaná zařízení vyžadují také vyšší pořizovací náklady. Z článku autorů také plyne, že je třeba, aby měl projektant nejen tabulky pro komplexní technická řešení ohřevu vody, ale i jistou dávku zkušenosti a cit pro realitu.
Recenzent: Vladimír Galád
Článek pojednává o měření spotřeby teplé vody ve dvou základních školách a jeho vyhodnocení. Vyhodnoceny
byly spotřeby teplé vody v jednotlivých dnech naměřené při běžném provozu škol a večerním provozu tělocvičen
a jejich rozdělení v jednotlivých hodinách v průběhu těchto dnů.
Výsledky vyhodnocení naměřených spotřeb mohou sloužit jako orientační vstupní údaje pro dimenzování zásobníkových
ohřívačů a zásobníků teplé vody v základních školách.
1 Úvod
V současné době existuje málo přesnějších údajů o spotřebách teplé vody v některých typech budov. Pokud
se navrhuje příprava teplé vody v nově projektované budově, čerpají projektanti údaje o potřebě teplé
vody z norem nebo literatury a tyto údaje bývají buď zastaralé, nebo pocházejí ze zahraničí, a proto nemusejí
odpovídat současné spotřebě teplé vody v budovách v České republice.
K budovám, kde je aktuálních údajů nedostatek, patří i základní školy.
Proto se autoři článku rozhodli spotřeby teplé vody v základních školách měřit a vyhodnocovat. Pokud to
bude možné, budou měření spotřeby teplé vody pokračovat ještě v dalších základních školách a bude hledáno
zobecnění výsledků měření pro potřeby dimenzování zásobníkových ohřívačů a zásobníků teplé vody.
2 Měření spotřeb teplé vody a jeho vyhodnocení
Měření průtoků a spotřeb teplé vody probíhalo v základní škole č. 1 od 5. 6. 2023 do 28. 6. 2023 a v základní
škole č. 2 od 1. 11. 2023 do 14. 12. 2023. Vždy byl měřen průtok na přívodu studené vody do ohřívače průtokoměrem
typu Kemper KHS DN 32 s rozsahem 9 až 150 l·min–1 a každou sekundu zaznamenáván pomocí měřicí ústředny
typu Kemper KHS Mini-Systemsteuerung Master 2. Cha-
rakteristiky obou základních škol jsou uvedeny níže.
2.1 Charakteristiky základních škol, v nichž probíhalo měření
Základní škola č. 1
se nachází v Brně a její součástí je i mateřská škola. Škola je pavilonového typu pro 650 žáků základní školy a 75 žáků mateřské školy. Základní školu tvoří učebny, kabinety učitelů, hygienická zařízení, samostatné pavilony školní kuchyně s jídelnou a tělocvičny se školním kinem. Příprava teplé vody je řešena samostatně pro objekt základní a mateřské školy včetně tělocvičny a samostatně pro objekt školní kuchyně s jídelnou. Příprava teplé vody pro základní a mateřskou školu je zajištěna průtokovým ohřívačem, který je tvořen deskovým výměníkem ohřívaným otopnou vodou ze soustavy centralizovaného zásobování teplem města Brna. Provozní doba školy je od 6 do 19 h. Od 19 do 22 h jsou nepravidelně pronajímány prostory školy, především tělocvična. Školní kuchyně s jídelnou je zásobována teplou vodou ze zásobníkového ohřívače, který je ohříván otopnou vodou z tepelného čerpadla. Měření bylo realizováno u samostatné přípravy teplé vody pro objekt základní a mateřské školy včetně tělocvičny.
Základní škola č. 2
je rovněž pavilonového typu a situovaná v Brně. Její součástí však není mateřská škola a z ústředního ohřívače vody je zásobována teplou vodou i školní kuchyně s jídelnou. Školu navštěvuje 370 žáků. Teplá voda se připravuje smíšeným ohřevem tvořeným deskovým výměníkem o výkonu 100 kW a zásobníkem teplé vody o objemu 1000 litrů. Zdrojem tepla je soustava centralizovaného zásobování eplem města Brna. Provozní doba školy je od 6 do 19 h. Od 19 h jsou nepravidelně pronajímány prostory školy, především tělocvična.
2.2 Denní spotřeby teplé vody při běžném provozu škol
V základní škole č. 1 byly zjištěny následující denní spotřeby teplé vody, které jsou zde vztaženy na
žáka:
– Průměrná změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 0,99 l/(žák·den).
– Maximální změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 1,72 l/(žák·den).
V uvedených spotřebách teplé vody není zahrnuta spotřeba teplé vody v kuchyni s jídelnou, která je připravována
v jiném ohřívači a spotřeba vody při večerním pronájmu tělocvičny.
V základní škole č. 2 byly zjištěny následující denní spotřeby teplé vody, které jsou zde vztaženy na
žáka:
– Průměrná změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 3,90 l/(žák·den).
– Maximální změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 5,50 l/(žák·den).
Uvedené spotřeby teplé vody zahrnují i spotřebu teplé vody v kuchyni s jídelnou, avšak
není v nich zahrnuta spotřeba vody při večerním pronájmu tělocvičny.
Uvedené spotřeby teplé vody nezahrnují spotřeby v průběhu večerních pronájmů tělocvičen, protože tyto pronájmy nesouvisejí s běžným provozem škol. Spotřeby vody v hygienických zařízeních tělocvičen při jejich pronájmu jsou popsány v další části článku. Pro srovnání uvádíme, že potřeba teplé vody podle ČSN 06 0320 [1] se jen na žáka předpokládá 20,0 litrů za den a potřeba teplé vody podle ČSN EN 12831–3 [2] přepočtená z měrné potřeby energie na přípravu teplé vody za den se předpokládá 8,60 až 9,60 l/(osoba·den), uvažujeme-li teplotu teplé vody 55 až 60 °C. Potřeba teplé vody uvedená v ČSN EN 12831–3 [2] se tedy více blíží skutečnosti.
2.3 Hodinové spotřeby teplé vody při běžném provozu škol
Na základě realizovaných měření byly sestaveny grafy hodinových spotřeb teplé vody při běžném provozu obou škol pro všechny dny, kdy probíhalo měření. Hodinové spotřeby teplé vody jsou v grafech vyjádřeny v procentech z celodenní spotřeby teplé vody bez spotřeby v průběhu večerních pronájmů tělocvičen. Jako ukázka byly vybrány dva grafy pro každou základní školu (obr. 1, obr. 2, obr. 3 a obr. 4), ze kterých je patrné, že průběh spotřeby teplé vody během jednotlivých dnů se liší. Maximální hodinové, dvouhodinové a tříhodinové spotřeby teplé vody v obou základních školách jsou uvedeny v tab. 1, ve které je uveden také součinitel nerovnoměrnosti potřeby teplé vody kTV, který by bylo možné využít při dimenzování zásobníkového ohřívače metodou uvedenou v [3] nebo [4]podle vztahu (1).
Objem zásobníkového ohřívače nebo zásobníku teplé vody Vz [l] je při dimenzování zásobníkového ohřívače metodou podle odběrové špičky uvedenou např. v [3] nebo [4] možné stanovit podle vztahu:
Kde je
qTV,max – maximální specifická potřeba teplé vody na žáka a den [l/(žák·den)], kterou můžeme
uvažovat qTV,max = 5,5 až 9,6 l/
(žák·den);
n – počet žáků [žák];
kTV – součinitel nerovnoměrnosti
potřeby teplé vody [–], viz tab. 1;
ψ – součinitel mrtvého prostoru (podle typu ohřívače ψ = 1,15 až 1,5), viz [3], [4].
2.4 Spotřeby teplé vody při večerním pronájmu tělocvičny
Obě základní školy pronajímají od 19 do 22 h tělocvičnu různým skupinám uživatelů a sportovců.
Při večerním provozu tělocvičny v základní škole č. 1 byly zjištěny následující spotřeby teplé vody:
– Průměrná změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 124,56 litrů za den.
– Maximální změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 271,37 litrů za den.
Při počtu 12 sprch činí spotřeba teplé vody v hygienickém zařízení tělocvičny průměrně 10,38 litrů
na sprchu a maximálně 22,61 litrů na sprchu a den.
Při večerním provozu tělocvičny v základní škole č. 2 byly zjištěny následující spotřeby teplé
vody:
– Průměrná změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 115,96 litrů za den.
– Maximální změřená spotřeba teplé vody za dobu měření činí 314,63 litrů za den.
Při počtu 12 sprch činí spotřeba teplé vody v hygienickém zařízení tělocvičny průměrně 9,66 litrů na sprchu
a maximálně 26,22 litrů na sprchu a den.
V ČSN EN 12831–3 [2] je pro sportovní zařízení uvažována potřeba teplé vody 101 litrů na sprchu a den. Rozdíl mezi touto normovou hodnotou potřeby a změřenými hodnotami spotřeby teplé vody je způsoben zejména tím, že sprchy jsou při pronájmech tělocvičen v uvedených školách využívány jen tři hodiny denně a použití sprch u školních tělocvičen se od použití v typických sportovních zařízeních může lišit (jiné druhy provozovaných sportů apod.).
Někteří uživatelé se mohou umývat v umyvadlech, jimiž jsou hygienická zařízení tělocvičen také vybavena. ČSN 06 0320 uvádí objem teplé vody na jedno osprchování 25 litrů. Pokud bychom uvažovali, že se osoby po použití tělocvičny neumývají v umyvadlech, ale pouze sprchují, bylo by ve škole č. 1 při objemu 25 litrů na jedno osprchování využito denně maximálně 11 sprch a ve škole č. 2 maximálně 12 sprch.
2.5 Hodinové spotřeby teplé vody při večerním pronájmu tělocvičny
Na základě realizovaných měření byly sestaveny grafy hodinových spotřeb teplé vody v hygienickém zařízení tělocvičny vybaveném v obou školách 14 až 15 umyvadly a 12 sprchami. Hodinové spotřeby teplé vody jsou v grafech vyjádřeny v litrech. Jako ukázka byly vybrány dva grafy pro každou základní školu (obr. 5, obr. 6, obr. 7 a obr. 8), ze kterých je patrné, že průběh i spotřeba teplé vody se během jednotlivých dnů výrazně liší. Je to způsobeno tím, že tělocvičnu si v různých dnech pronajímají různě početné skupiny osob s různými nároky na mytí a sprchování. Použití metody dimenzování ohřívače podle odběrové špičky (podle vztahu (1)) by pro hygienická zařízení tělocvičen nedávalo dobré výsledky a nelze ho tedy použít.
3 Závěr
Z měření spotřeb teplé vody v základních školách a jeho vyhodnocení jsou patrné orientační údaje, které je možné využít při dimenzování zásobníkových ohřívačů vody nebo zásobníků teplé vody. Je z nich patrný vliv spotřeby ve školní kuchyni, která zvyšuje celkovou spotřebu teplé vody ve škole, provoz kuchyně však nemá vliv na zvýšení odběrových špiček, jež jsou ve škole s kuchyní dokonce menší. Ukazuje se, že odběrové špičky jsou v základních školách větší než ve větších bytových domech popsaných v literatuře [3] a [4]. Zásobníkové ohřívače nebo zásobníky teplé vody pro hygienická zařízení školních tělocvičen nelze dimenzovat metodou podle odběrové špičky (podle vztahu (1)). Vhodnější je jejich dimenzování podle počtu sprch a počtu uživatelů, kteří sprchy použijí v odběrových špičkách. Teplá voda pro provoz školy i hygienického zařízení tělocvičny je obvykle připravována ve stejných zásobníkových ohřívačích, které je vhodné dimenzovat na větší z odběrových špiček. Vzhledem k malému počtu měření nelze však tyto údaje zatím zobecňovat.
Literatura
[1] ČSN 06 0320:2006 Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování.
[2] ČSN EN 12831–3 (06 0206):2018 Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 3: Tepelný
výkon pro soustavy přípravy teplé vody a charakteristika potřeb, Modul M8–2, M8–3.
[3] VRÁNA J. Návrh zásobníku teplé vody u různých typů budov. In. 27. konference Vytápění Třeboň 2023.
STP Praha 2023, s. 180–184. ISBN 978-80-02-03004-1.
[4] VRÁNA J., JAROŇ, Z., KUCHARIK, M. Dimenzování ohřívačů vody. Topenářství instalace, roč. 51, 2017,
č. 7, s. 36–41. ISSN 1211–0906.
Tento článek vznikl s podporou specifického výzkumu VUT v Brně, Fakulty Stavební, FAST-S-23–8176 Experimentální výzkum přenosu tepla a hmoty v systémech a soustavách technického zařízení budov.Rádi bychom poděkovali ředitelům škol za umožnění měření spotřeby teplé vody. Jejich spolupráce je pro nás velmi cenná.
Recenzent: Ing. Vladimír Galád, autorizovaný inženýr pro techniku prostředí, samostatný
projektant, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace
Hot Water Consumption in Primary Schools
Based on real measurements, the article demonstrates that there are discrepancies between the specific hot water consumption indicators used for designing technical solutions for water heating and the indicators observed in practice. This discrepancy results in greater uncertainty when sizing water heating systems, which may lead to oversized equipment with reduced efficiency of hot water preparation, increased heat losses, or hydraulic imbalance. Oversized systems also require higher investment costs. The authors further emphasize that designers should not rely solely on tables for comprehensive technical solutions but also apply practical experience and sound engineering judgment.
Keywords: consumption, hot water, measurement, peak demand, evaluation, sizing, storage water heater, hot water storage tank.
❑❑❑