Schválené projekty 2019

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2019

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 55 404 010 Kč

Z toho 0,18 % - 99 192 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakulta přidělená částka v Kč
FBI  1 433 100
EKF  3 711 635
FAST  2 600 000
FS   8 127 164
FEI 15 797 594
HGF   5 859 651
FMT  7 597 824
VC 10 177 850
CELKEM 55 304 818

KódSP2019/82
Název projektuDynamická simulace a experimentální analýza hodnocení kvality vnitřního prostředí kanceláře, učebny a posluchárny v nové budově Fakulty stavební v Ostravě
ŘešitelChudíková Blanka Ing.
Školitel projektudoc. Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2019 - 31.12.2019
Předmět výzkumuTématem navrhovaného projektu je hodnocení kvality vnitřního prostředí v nové budově Fakulty stavební v Ostravě. Bude vytvořen model celé nové budovy Fakulty stavební, přičemž hodnoceno bude několik různých místností s odlišnou orientací vůči světovým stranám, odlišným provozem, vybavením a obsazením osobami.
Hodnocení kvality vnitřního prostředí se zabývá těmito složkami: tepelně-vlhkostní, odérová, toxická, aerosolová, světelná a akustická [1, 2]. Kvalita vnitřního prostředí úzce souvisí s energetickou náročností budov, což je v současné době velmi přísně sledovaný parametr u nových i stávajících staveb a řešení nevyhovující energetické náročnosti stávajících budov bude tématem následujících let. Energetická náročnost budov zahrnuje techniku prostředí staveb jako například vytápění, přípravu teplé vody, větrání, klimatizaci a osvětlení. Všechny zmíněné hodnotící složky vnitřního prostředí ovlivňují techniku prostředí staveb, zejména vytápění, větrání a klimatizaci a osvětlení [3, 4]. Nevyhovující vnitřní prostředí může, mimo jiné, způsobovat i vyšší nároky na tyto technické systémy a tím způsobovat zvýšené náklady na provoz budovy.
V rámci výzkumu bude vytvořen model celé nové budovy Fakulty stavební v software Design Builder. V modelu budou následně vytvořeny dynamické simulace v uživatelském rozhraní EnergyPlus [5]. Výpočtové jádro EnergyPlus je celosvětově uznávaným nástrojem pro energetické modelování budov. Modul obsahuje nejběžněji používané simulační schopnosti EnergyPlus, kterými jsou – obalové konstrukce, akumulační hmota, zasklení, stínění, obnovitelné zdroje energie, technické systémy i finanční analýza. Pomocí dynamických simulací bude vyhodnocena komplexní optimalizace na základě energetického a environmentálního chování stavby. Výsledky lze také vyhodnotit podle kritérií certifikací udržitelnosti budov dle metodik BREEEAM, LEED.
Experimentální analýza bude zahrnovat měření tepelně- vlhkostního mikroklimatu, koncentrace CO2 a s ní související proudění vzduchu v místnostech a také hodnocení světelné pohody [6]. Při zjištění nepřijatelných hodnot budou pomocí software Design Builder navržena různá opatření a vyhodnoceny jejich klady a zápory [7].


Přehled použitých metod:

V rámci výzkumu bude využito teoretických a experimentálních metod hodnocení energetické náročnosti budovy a kvality vnitřního prostředí.

Experimentální metody
Při experimentálních metodách hodnocení bude probíhat měření ve 3 stanovených místnostech – kancelář akademických pracovníků, učebna pro 24 studentů a posluchárna pro 100 studentů. Měření bude probíhat zejména v jarním a letním období, kdy se předpokládají problémy s tepelnou zátěží vlivem velkých prosklených ploch. Z naměřených hodnot bude vyhodnocena tepelná stabilita jednotlivých místností. V případě nevyhovujících výsledků bude navrženo několik variant opatření k zabránění přehřívání místností. Budou měřeny a vyhodnocovány teploty a relativní vlhkosti a jejich vliv na koncentraci CO2 ve vnitřním prostředí. Také bude měřena a hodnocena světelná pohoda. Vnitřní prostředí je také ovlivněno provozním režimem, a proto bude experimentální řešení zahrnovat také několik provozních režimů.

Teoretické metody
Dynamický energetický model poskytuje detailní pohled na chování celé budovy v různých klimatických podmínkách. Cílem vytvořeného modelu bude analýza změn ve vnitřním prostředí v závislosti na odlišných vnějších klimatických podmínkách a různých opatřeních pro vytvoření ideálního vnitřního prostředí. Model bude vytvořen a řešen 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] WU, Yujie, Jérôme H. KÄMPF a Jean-Louis SCARTEZZINI. Design and validation of a compact embedded photometric device for real-time daylighting computing in office buildings. Building and Environment [online]. 2018 [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1016/j.buildenv.2018.11.016. ISSN 03601323. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S036013231830711X

[2] SALEM, Dalia a Emad ELWAKIL. Daylighting-Based Assessment of Occupant Performance in Educational Buildings. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice [online]. 2017, 143(1) [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1061/(ASCE)EI.1943-5541.0000296. ISSN 1052-3928. Dostupné z: http://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29EI.1943-5541.0000296.

[3] LI, Xiangdong, Yihuan YAN a Jiyuan TU. Evaluation of models and methods to simulate thermal radiation in indoor spaces. Building and Environment [online]. 2018, 144, 259-267 [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1016/j.buildenv.2018.08.033. ISSN 03601323. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360132318305079.

[4] MENCHACA-BRANDAN, M. Alejandra, F. Alonso DOMINGUEZ ESPINOSA a Leon R. GLICKSMAN. The influence of radiation heat transfer on the prediction of air flows in rooms under natural ventilation. Energy and Buildings [online]. 2017, 138, 530-538 [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1016/j.enbuild.2016.12.037. ISSN 03787788. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0378778816318771.

[5] STAMOU, A. a I. KATSIRIS. Verification of a CFD model for indoor airflow and heat transfer. Building and Environment [online]. 2006, 41(9), 1171-1181 [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1016/j.buildenv.2005.06.029. ISSN 03601323. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0360132306000394.

[6] POSNER, J.D., C.R. BUCHANAN a D. DUNN-RANKIN. Measurement and prediction of indoor air flow in a model room. Energy and Buildings [online]. 2003, 35(5), 515-526 [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1016/S0378-7788(02)00163-9. ISSN 03787788. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0378778802001639.

[7] BRAUER, Charlotte a Sigurd MIKKELSEN. The influence of individual and contextual psychosocial work factors on the perception of the indoor environment at work: a multilevel analysis. International Archives of Occupational and Environmental Health [online]. 2010, 83(6), 639-651 [cit. 2018-12-14]. DOI: 10.1007/s00420-010-0511-9. ISSN 0340-0131. Dostupné z: http://link.springer.com/10.1007/s00420-010-0511-9.

Zdůvodnění zapojení jednotlivých členů týmu:
Ing. Blanka Chudíková - koordinace projektu, provádění výzkumných měření, provedení výpočtů, 3D modelování celé nové budovy Fakulty stavební v Ostravě (za použití software Design Builder), multikriteriální optimalizace, publikační činnost. Název disertační práce: Teoretická a experimentální analýza energetického chování budov.

Ing. Kateřina Stejskalová – modelování budovy, zpracovávání naměřených tepelně- vlhkostních dat vnitřního prostředí, hodnocení tepelné stability řešených místností, publikační činnost. Název disertační práce: Řešení tepelné stability podkrovních místností pomocí materiálů s fázovou přeměnou.

Bc. Claudie Rodková – zpracovávání a vyhodnocení naměřených dat koncentrace CO2, analýza vlivu větrání v software Design Builder. Téma disertační práce: Optimalizace systémů TZB pomocí dynamických simulačních metod. Claudie Rodková v lednu 2019 úspěšně složila státní závěrečnou zkoušku a obhájila diplomovou práci a od 1.2.2019 nastupuje na prezenční formu doktorského studia na katedru Prostředí staveb a TZB.


Předchozí dosažené výsledky členů týmů:

Předcházející projekty SGS
• Ing. Blanka Chudíková: SP2018/113 Tvorba 3D informačního modelu města a implementace facility managementu pro efektivní správu a provoz s využitím CFD simulací – spoluřešitel.
• Ing. Blanka Chudíková: SP2018/66 Teoretická a experimentální analýza vlivu zdroje tepla na energetickou náročnost pasivní budovy s využitím informačního modelování staveb – hlavní řešitel.
• Ing. Kateřina Stejskalová: SP2018/124 Výzkum vlastností kompozitních materiálů na bázi sádry s výztuží z přírodních vláken - spoluřešitel.

Publikační činnost:

Chudikova, B., Faltejsek, M. (2017): Solar energy in buildings solved by building information modeling.5th International Conference on Mechanical Engineering, Materials Science and Civil Engineering, ICMEMSCE 2017.Volume 324, Issue 1. Article number 012002.ISSN: 17578981. DOI: 10.1088/1757-899X/324/1/012002. (D)

Valachova, D., Zdrazilova, N., Chudikova, B. (2017): 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. International Conference on Mechanical Engineering and Applied Composite Materials (MEACM).Volume 307. Article Number: UNSP 012077. ISSN: 1757-8981. DOI: 10.1088/1757-899X/307/1/01207. (D)

CHUDÍKOVÁ, Blanka a Michal FALTEJSEK. Navrhování, údržba a rekonstrukce technických zařízení budov s využitím rozšířené a virtuální reality. VVI: Vytápění, větrání, instalace. 2019. ISSN 1210-1389.
Odesláno, přijato k recenznímu řízení, ale zatím nepublikováno. (Jsc)

Chudikova, B., Faltejsek, M.. (2018): Application of virtual reality and building information modeling on solar systems. 3nd International Conference on Engineering Sciences and Technologies, ESaT.
Odesláno, přijato, vydáno, ale zatím nezveřejněno na WOS. (D)

Chudikova, B., Faltejsek, M., Skotnicova, I. (2018): Evaluation of the quality of the indoor environment in college clasrooms. 18th International Multidisciplinary Scientific Geoconference and EXPO, SGEM 2018.
Odesláno, přijato, vydáno, ale zatím nezveřejněno na WOS. (D)

Skotnicova, I., Chudikova, B. (2018): Assessing daylight in difficult to illuminate spaces. 18th International Multidisciplinary Scientific Geoconference and EXPO, SGEM 2018.
Odesláno, přijato, vydáno, ale zatím nezveřejněno na WOS. (D)

Svatosova, I., Chudikova, B. (2018): Measurement and evaluation of surface temperatures on the facade of an experimental building at VSB-TUO Faculty of civil engineering. 18th International Multidisciplinary Scientific Geoconference and EXPO, SGEM 2018.
Odesláno, přijato, vydáno, ale zatím nezveřejněno na WOS. (D)

Chudikova, B., Faltejsek, M. (2018): Advantages of using virtual reality and building information modelling when assessing suitability of various heat sources, including renewable energy sources.6th International Conference on Mechanical Engineering, Materials Science and Civil Engineering, ICMEMSCE 2018.
Odesláno, přijato, ale zatím nezveřejněno na Scopus. (D)

Faltejsek, M., Chudikova B. (2018): Using computer simulations in Building Information Modeling. 3nd International Conference on Engineering Sciences and Technologies, ESaT 2018; Vysoke Tatry; Slovakia.
Odesláno a přijato. (D)

Faltejsek, M., Chudikova B. (2018): Facility management and building information modeling during operation and maintenance. 2018 International Conference on Civil, Architectural and Environmental Engineering – ICCAEE 2018, Wellington, New Zealand.
Odesláno a přijato. (D)

Hošťálková M., Stejskalová K., Vavřínová N., Teslík J., Solař J. Research of mechanical and thermal properties of composite material based on gypsum and straw. Cement, Wapno, Beton. ISSN 1425-8129.
Odesláno, čeká se na vyjádření, zatím nepublikováno. (Jimp)

Poništová L., Fojtík R., Miller O., Stejskalová K., Lokaj A. Tuning of damping acceleration of the vertical vibration of the real timber footbridge. Journal of Civil Engineering and Management. ISSN 1392-3730.
Odesláno, čeká se na vyjádření, zatím nepublikováno. (Jimp)

Poništová L., Lokaj A., Mikolášek D., Johanides M., Miller O., Stejskalová K. Analysis of the timber frame connection with dowel type mechanical metal fasteners. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. ISSN 1819-6608.
Odesláno, čeká se na vyjádření, zatím nepublikováno. (Jsc)


Časový harmonogram:

Leden - únor 2019:
- Přípravné práce projektu

Březen – srpen 2019:
- Modelování budovy v software Design Builder
- Měření parametrů vnitřního prostředí
- Zpracovávání a vyhodnocování naměřených dat
- Provádění teoretických tepelných, vlhkostních analýz a analýz proudění vzduchu a výpočtů za využití vhodného softwaru (energetické výpočty, multikriteriální analýza atd.)
- CFD analýza
- Publikační tvorba

Září – říjen 2019:
- Zpracovávání a vyhodnocování naměřených dat pro různé provozní režimy
- Vhodná opatření pro optimalizaci stavu vnitřního prostředí
- Porovnání a vyhodnocení nejvhodnějších opatření
- Publikační tvorba

Listopad – prosinec 2019:
- 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. Kateřina Stejskalová 40 000 Kč
Bc. Claudie Rodková 20 000 Kč
Celkem: 110 000 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
Vložné na konferenci SGEM 2019
Celkem: 6 000 Kč

6. Cestovní náklady
Cestovné a další výdaje spojené s účastí na konferenci (např. SGEM 2019)
Celkem: 18 000 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. Claudie Rodková
doc. Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D.
Ing. Kateřina Stejskalová
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Cílem práce je pomocí vícekriteriální analýzy využívající matematické simulační nástroje definovat stav vnitřního prostředí konkrétních místností na Fakultě stavební – nové budově, s různým provozem a při nevyhovujících hodnotách jednotlivých složek navrhnout vhodná opatření. Dále posouzení vhodnosti jednotlivých opatření z hlediska ekonomické náročnosti, technické proveditelnosti a výsledného zlepšení řešeného problému. 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 celé nové budovy Fakulty stavební. Cílem bude také ověřit vhodnost a přesnost 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.

Předpokládané výstupy:

- 1x zaslaný článek do časopisu (Jsc nebo Jimp) – Jsc - časopis VVI: Vytápění, větrání, instalace)

Zdůvodnění:
Jak již vypovídá z názvu časopisu, je zaměřen na vytápění a větrání budov, přičemž předkládaný projekt se bude těmito tématy zabývat.

Související články:

KOPECKÝ, P. a K SOJKOVÁ. On reasonable glazing ratio of building enclosure of office buildings. Vytapeni, Vetrani, Instalace. 2018, 27(3), 144-152. ISSN 12101389.

PROKŠOVÁ ZUSKÁ, L. a M. KABRHEL. Measurement and evaluation of thermal-humidity microclimate in building with open-space offices and air conditioning system with induction units. Vytapeni, Vetrani, Instalace. 2018, 27(3), 154-160. ISSN 12101389.

VYTLAČIL, D. Simulation of energy consumption changes in residential buildings. Vytapeni, Vetrani, Instalace. 2017, 26(4), 228-231. ISSN 12101389.

Z uvedených článků nebude čerpáno, jedná se pouze o tématicky podobné články a využita by mohla být pouze teoretická část. Projekt přinese nové poznatky o konkrétní budově a možných způsobech řešení při nevyhovujících požadavcích na vnitřní prostředí a energetickou náročnost.

- 1x aktivní účast na mezinárodní konferenci SGEM 2019.

Zdůvodnění:
Konference registrovaná v databázi Web of Knowledge s odbornou sekcí o energetice.
www odkaz:
https://www.sgem.org/index.php/conference-topics/energy-and-clean-technologies
Předchozí ročníky jsou registrovány v databázi Web of Knowledge.


Související články:

SARBU, I. (2014): Influence of heating systems on indoor environment in buildings. 13th International Multidisciplinary Scientific Geoconference and EXPO, SGEM 2013. Volume 1,pages 583-590. ISSN: 13142704, ISBN: 978-619710504-9.

KUSNIR, M., VRANAY, F., KOSICANOVA, D., VRANAYOVA, Z., STEFANCO, M. (2014): Synergic application of renewable energy sources in reducing energy load of buildings. 14th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM). Pages 489-495. ISSN: 1314-2704, ISBN:978-619-7105-15-5.

Z příspěvků nebude čerpáno, jedná se pouze o tématicky podobné příspěvky a využita by mohla být pouze teoretická část. Projekt přinese nové poznatky o konkrétní budově a možných způsobech řešení při nevyhovujících požadavcích na vnitřní prostředí a energetickou náročnost.

- Využití získaných znalostí při vypracovávání disertačních prací Ing. Blanky Chudíkové i ostatních členů řešitelského týmu.

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. Stipendia110000,-110000,-
3. Materiálové náklady1000,-2178,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby6000,-8575,-
6. Cestovní náhrady18000,-14247,-
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,-