Schválené projekty 2018

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2018

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 55 008 271 Kč

Z toho 2.5% - 1 375 200 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakulta přidělená částka v Kč
FBI  1 169 170
EKF  3 711 750
FAST  2 600 000
FS  8 523 694
FEI 14 727 528
HGF  6 164 359
FMT  7 136 570
VC  9 600 000
CELKEM 53 633 071

KódSP2018/66
Název projektuTeoretická a experimentální analýza vlivu zdroje tepla na energetickou náročnost pasivní budovy s využitím informačního modelování staveb
ŘešitelChudíková Blanka Ing.
Školitel projektudoc. Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2018 - 31.12.2018
Předmět výzkumuRozbor stavu problematiky v ČR a ve světě:

V souvislosti s implementací závazků daných ve směrnici 2010/31/ES, se využívání obnovitelných zdrojů energie stává nejen aktuálním, ale dokonce nezbytným tématem současnosti. Především jde o plnění závazného cíle, pokrývat od roku 2020 20% spotřeby energie obnovitelnými zdroji [1].

Informační modelování staveb (BIM) se dostává do popředí stavebnictví zejména v souvislosti s globální digitalizací všech oborů, ale především s nastupujícím fenoménem Průmysl 4.0, resp. Stavebnictví 4.0. BIM je koncept skrze celý životní cyklus stavby a jeho uplatnění lze nalézt ve všech fázích životního cyklu stavby, facility management nevyjímaje. [5, 6].

Facility management je obor, který se zaměřuje na správu majetku a provoz budov. Lze říci, že facility management je multioborem, který se zabývá všemi procesy spojenými s provozem budovy. Můžeme jej definovat jako metodu organizace a sladění pracovního prostředí, pracovníků a pracovní činnosti. Cílem tohoto oboru je posílit procesy v organizaci, pomocí nichž budou pracovníci na pracovišti podávat nejlepší výkony. Mezi nejčastější náplň facility managementu patří např. provoz, údržba a servis technologických zařízení, revize a odborné technické prohlídky a dálkový monitoring, který zahrnuje měření a regulace. [7]

Součástí projektu bude také použití rozšířené virtuální reality, kterou lze využívat pomocí aplikací v mobilních telefonech či tabletech. Moderní technologie přidané virtuální reality nám mohou umožnit při průzkumu stavby nahlédnout i do útrob konstrukcí a zjistit tak přesné trasy vedení potrubí všech technologií, identifikovat chybná místa a plánovat změny či opravy. [8]

Předmět výzkumu:

Tématem řešeného projektu je posouzení vlivu zdroje na vytápění na celkovou energetiku pasivní budovy, která bude řešena s využitím informačního modelování staveb [2]. Budou hodnoceny dva zdroje tepla – tepelné čerpadlo a elektrokotel [3]. K experimentálnímu hodnocení energetické náročnosti pasivní budovy budou využita data, která jsou získávána průběžným měřením v Odborném školícím středisku MSDK. V Odborném školícím středisku MSDK byly analyzovány tepelně technické vlastnosti konstrukcí, byly ověřovány akustické vlastnosti konstrukcí a bylo zkoumáno vnitřní prostředí. Energetická náročnost nebyla předmětem žádného dřívějšího výzkumu. Tento výzkum je tedy zcela odlišný od všech předchozích, které v Odborném školícím středisku MSDK probíhaly.




Přehled použitých metod:

V rámci výzkumu bude využito teoretických a experimentálních metod hodnocení energetické náročnosti pasivní stavby modelované ve 3D. Pro teoretickou analýzu budou využívány analytické výpočtové metody pomocí softwaru SIMULACE a numerické výpočtové metody pomocí softwaru DESIGNBUILDER, který umožňuje simulace energetického a environmentálního chování budov pro dosažení komplexní optimalizace návrhů budov.

Informační modelování staveb
Pasivní stavba bude namodelována ve 3D včetně kompletních systémů obou technických řešení, tedy systém s elektrokotlem i s tepelným čerpadlem. Na základě identického modelu pasivní stavby včetně technologií získáme kompletní přehled použitých prvků a jejich vlastností jako například rozměry, typy a ceny. Díky těmto informacím můžeme určit investiční náklady obou systémů a posoudit ekonomickou vhodnost. BIM lze uplatnit také pro plánování revizí a údržby systémů či rychlé dohledání informací nebo simulaci krizových situací. Na BIM modelu budou prováděny CFD analýzy a multikriteriální srovnání. CFD analýzy budou provedeny pro proudění vzduchu ve vnitřním prostředí a pro šíření CO2 v budově. Pro CFD analýzy je nutné mít BIM model obsahující veškeré parametry obálky budovy i uspořádání vnitřního prostředí. Výsledky CFD analýzy lze následně využít pro facility management, ve kterém optimalizujeme procesy provozu budovy. Součástí projektu bude hledání optimální metodiky aplikace rozšířené virtuální reality v rámci využití pro TZB v rodinných domech.

Experimentální metody
Při experimentálních metodách hodnocení bude využito dat, která jsou získávána průběžným monitorováním vnitřního prostředí Odborného školícího střediska MSDK. Zde se tyto vlastnosti sledují v několika místech. Budou vyhodnocovány teploty a relativní vlhkosti a proudění vzduchu a jejich vliv na koncentraci CO2 ve vnitřním prostředí. Vnitřní prostředí je také ovlivněno provozním režimem, a proto bude experimentální řešení zahrnovat také několik provozních režimů, pro které budou stanoveny spotřeby energií.

Teoretické metody
Pro posouzení vlivu vytápěcích zdrojů na energetiku budovy, bude využito analytických metod výpočtu energetické náročnosti budovy, za tímto účelem budou provedeny výpočty v softwaru Energie 2017.
Dynamický energetický model poskytuje detailní pohled na chování celé budovy v různých klimatických podmínkách. Cílem energetického modelu bude analýza změn vnitřního prostředí v závislosti na různých zdrojích tepla a změnách vnějších klimatických podmínek a změna energetiky budovy. Modely budou vytvořeny a řešeny pod numerickou softwarovou platformou (Design Builder s výpočetním jádrem EnergyPlus). CFD analýza vnitřního prostředí – významná pozornost bude věnována analýze vlivu větrání (přirozeného a nuceného) na parametry vnitřního prostředí. Simulační model zpracovaný v programu Design Builder využívá modul CFD, který umožňuje analýzu proudění vzduchu, kvality vnitřního vzduchu a transportu škodlivin. Pomáhá stanovit: proudění vzduchu - infiltraci, exfiltraci, proudění mezi jednotlivými místnostmi při nuceném větrání, tlaku větru na vnější plášť budovy, s ohledem na rozdílné teploty ve venkovním prostředí a v místnostech, zahrnuje i vliv vztlaku vzduchu. Cílem výpočtu bude také analyzovat vliv proudění vzduchu na teplotu, relativní vlhkost vzduchu a koncentraci CO2.

Citace cizích prací:

[1] Sartori, I., Hestnes, A.G. Energy use in the life cycle of conventional and low-energy buildings: A review article. In: Energy and Buildings, vol. 39, pp 249-257, 2007. ISSN: 03787788. DOI: 10.1016/j.enbuild.2006.07.001.

[2] Omer, A.M. Energy, environment and sustainable development. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 12, pp 2265-2300, 2008 ISSN: 13640321. DOI: 10.1016/j.rser.2007.05.001.

[3] Dumont, O., Quoilin, S., Lemort, V. Experimental investigation of a reversible heat pump/organic Rankine cycle unit designed to be coupled with a passive house to get a Net Zero Energy Building. In: International Journal of Refrigeration, vol. 54, pp 190-203, 2015. ISSN: 01407007. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2015.03.008.

[4] Thiers, S., Peuportier, B. Energy and environmental assessment of two high energy performance residential buildings, In: Building and Environment, vol. 51, pp 276-284, 2012 ISSN: 03601323. DOI: 10.1016/j.buildenv.2011.11.018.

[5] EASTMAN, Ch., TEICHOLZ, P., SACKS, R., LISTON, K. BIM Handbook, A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc, 2008. ISBN: 978-0-470-18528-5.

[6] SANCHEZ A. X. and HAMPSON K. D. and VAUX S. Delivering Value with BIM, A whole-oflife approach. London a New York: Routledge, 2016. ISBN: 978-1-138-11899-7.

[7] ČSN EN 15221 - Facility Management, část 1. – Termíny a definice

[8] Michl, V. Na zdi. Virtuální realita pro BIM projekty [online]. 27. března 2017. Praha [cit. 2017-12-09]. Dostupné z: http://www.nazdi.cz/2017/03/virtualni-realita-pro-bim-projekty.html

Zdůvodnění zapojení jednotlivých členů týmu:

Ing. Blanka Chudíková - koordinace projektu, provádění výzkumných měření, provedení výpočtů a 3D modelování stavby (za použití software Energie, Design Builder, BIM), multikriteriální optimalizace, rozšířená virtuální realita, publikační činnost. Název disertační práce: Teoretická a experimentální analýza energetického chování budov.

Ing. Michal Faltejsek – spolupráce na provedení multikriteriální optimalizace a na modelování stavby ve 3D (BIM), analýza nákladů v průběhu celého životního cyklu (FM), CFD analýza vnitřních i vnějších prostor, rozšířená virtuální realita, publikační činnost. Název disertační práce: Tvorba 3D modelů měst a výpočty šíření znečištění v zástavbě.


Předchozí dosažené výsledky členů týmů:

Předcházející projekty SGS
• Ing. Michal Faltejsek: SP2017/173 Evaluace indikátorů ovlivňující úspěšnost regenerace brownfields
• Ing. Michal Faltejsek: SP2017/167 Numerické metody pro modelování environmentálních procesů
• Ing. Michal Faltejsek: SP2016/120 Analýza a hodnocení úrovně evidence brownfields v malých obcích a městech

Publikační činnost:

SKOTNICOVÁ, Iveta, ZDRAŽILOVÁ, Naďa a CHUDÍKOVÁ, Blanka. Analýza celkové energetické bilance otvorových výplní z hlediska jejich konstrukčního řešení a vlastností (e-časopis zatím nepublikováno)

VALACHOVA, Denisa, Nada ZDRAZILOVA a Blanka CHUDIKOVA. Methods to include the influence of thermal bonds on the calculation of the energy performance of buildings and their influence on the heat demand for building heating. In: International konference on mechanical engineering applied composite materials. Hong Kong, China. (D) Přijato, ale zatím nepublikováno

CHUDIKOVA Blanka a Michal FALTEJSEK. Solar energy in buildings solved by building information modeling. In: The 5th International Conference on Mechanical Engineering Materials Science and Civil Engineering: Kuala Lumpur, Malaysia. (D) Přijato, ale zatím nepublikováno

FALTEJSEK, Michal, SZELIGOVÁ, Natálie, VOJVODÍKOVÁ, Barbara. Uplatnění informačních nástrojů Facility Managementu při evidenci brownfields. Journal of Engineering and Applied Sciences. Faisalabad, Pákistán: Medwell Publishing, 2016. 11(9), s. 2003-2008. ISSN 1816-949X. Dostupné z doi: 10.3923/jeasci.2016.2003.2008.

SZELIGOVÁ, N., VOJVODÍKOVÁ, B., TEICHMANN, M., FALTEJSEK, M.. Možnosti efektivnějšího přístupu ke správě dříve využívaných území na území malých obcí a měst. In: SGEM2017: 17th Int. Multidisciplinary Scientific GeoConference 2017: Nano, Bio, Green and Space: Technologies for Sustainable Future: conference proceedings: Sofia: STEF92 Technology, 2017. ISSN 1314-2704.

FALTEJSEK, Michal. Selbstverwaltung der städte unter verwendung von informationstechnologien: Sammelband der Referate von der 22. Internationale Konferenz Stadttechnik Karlovy Vary 2017 - "Stadtarchitekt - Stadtingenieur". Karlovy Vary: ČKAIT, ČSSI, 2017. ISBN 978-80-87438-88-3.

FALTEJSEK, Michal. Smart Cities – chytrá správa města s využitím metody BIM: Sborník konference Udržitelnost, inovace a ekonomika ve stavebnictví 2016. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, 2016. ISBN 978-80-01-05994-4.

FALTEJSEK, Michal, SZELIGOVÁ, Natálie. Management of Urban spaces and properties with use of Information Modelling of Buildings. The Journal Tehnički vjesnik – Technical Gazette 2017. Croatia: Univesity of Osijek, 2017. I SSN 1330-3651 (Print), ISSN 1848-6339 (Online). (zatím nepublikováno)

Časový harmonogram:

Březen – srpen 2018:
- Modelování pasivní budovy pomocí BIM
- Měření parametrů vnitřního prostředí
- Zpracovávání a vyhodnocování dat, která jsou získávána průběžným monitorováním
vnitřního prostředí objektu Odborného školícího střediska MSDK
- Provádění teoretických tepelných, vlhkostních analýz a analýz proudění vzduchu a
výpočtů za využití vhodného softwaru (energetické výpočty, multikriteriální analýza
atd.)
- CFD analýza
- Aplikace rozšířené virtuální reality pro facility management

Září – říjen 2018
- Zpracovávání a vyhodnocování naměřených dat pro různé provozní režimy – vyhodnocování spotřeb energií
- Publikační tvorba

Listopad – prosinec 2018:
- Realizace závěrečných výstupů
- Publikační tvorba


Zdůvodnění finančních požadavků:

1. Osobní náklady z toho: 0 Kč
1.1 Mzdy (včetně pohyblivých složek) školitelka doc. Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D. 0 Kč
1.2 Odvody na pojistného 0 Kč
Celkem: 0 Kč

2. Stipendia
Stipendium studentům doktorského studia:
Ing. Blanka Chudíková 50 000 Kč
Ing. Michal Faltejsek 40 000 Kč
Celkem: 90 000 Kč

3. Materiálové náklady
Kancelářské potřeby 1000 Kč
Celkem: 1 000 Kč

4. Drobný hmotný a nehmotný majetek 0 Kč
Celkem: 0 Kč

5. Služby
Kalibrace měřicích zařízení a nákup čidel 8 000 Kč – náklady na kalibraci měřících
zařízení kat. 229
Celkem: 8 000 Kč

6. Cestovní náklady
Poplatky spojené s konferencemi (např. SGEM 2018, ICMEMSCE 2018, MEACM 2018), vložné a
služby spojené s publikací 30 000 Kč
Cestovné na konference 6 000 Kč
Celkem: 36 000 Kč

7. Doplňkové režijní náklady max. do výše 10% poskytnut podpory 15 000 Kč
Celkem: 15 000 Kč

Celkem: 150 000 Kč
Členové řešitelského týmuIng. Blanka Chudíková
Ing. Michal Faltejsek
doc. Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D.
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Cíle projektu:

Cílem práce je pomocí vícekriteriální analýzy využívající matematické simulační nástroje definovat vliv zvoleného zdroje tepla na energetickou náročnost a udržitelnost budov s velmi nízkou spotřebou energie. Vliv dynamických změn vnějších klimatických faktorů na kvalitu vzduchu ve vnitřním prostředí a na energetickou potřebu, bude ověřován experimentálním měřením a simulačními výpočty s využitím 3D modelu pasivní stavby. Ověření vhodnosti a přesnosti teoreticky a experimentálně podložených simulačních nástrojů pro analýzu vlivů klimatických faktorů a zatížení působících na obvodový plášť budov, na kvalitu vnitřního prostředí a energetickou náročnost budov. Cílem bude také najít optimální metodiku aplikace rozšířené virtuální reality s využitím BIM pro TZB.

Předpokládané výstupy:

- 3x zaslaný příspěvek na konferenci zařazené v databázi SCOPUS (např. SGEM 2018, ICMEMSCE 2018, MEACM 2018 apod.)
- 1x zaslaný článek do časopisu (Jsc nebo Jimp) (např. časopis VVI)
- Využití získaných znalostí při vypracovávání disertačních prací Ing. Blanky Chudíkové i Ing. Michala Faltejska.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia90000,-90000,-
3. Materiálové náklady1000,-793,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby8000,-11067,-
6. Cestovní náhrady36000,-33140,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory15000,-15000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady150000,-
Uznané náklady150000,-
Celkem běžné finanční prostředky150000,-150000,-