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

KódSP2019/102
Název projektuNumerické modelování a experimentální měření tepelné stability s PCM v testovacích podkrovních místnostech
ŘešitelStejskalová Kateřina Ing.
Školitel projektudoc. Ing. Jaroslav Solař, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2019 - 31.12.2019
Předmět výzkumuPředmětem navrhovaného projektu je řešení tepelné stability podkrovních místností pomocí materiálů s fázovou přeměnou (PCM). V letním období dochází často k přehřívání interiérů budov, zejména podkroví, a to především u konstrukcí z lehkých materiálů [1]. Obsahem projektu bude problematika řešení nadměrného tepla v letních měsících v interiérech budov s využitím prvků obsahujících materiál s fázovou přeměnou. Materiály s fázovou přeměnou (Phase Change Materials - PCM) jsou schopny při běžných teplotách vnitřního vzduchu akumulovat latentní teplo [2] [3]. Jakmile teplota v interiéru dosáhne teploty tání dané látky, dochází v látce k fázové přeměně, při které se akumuluje energie ve formě vázaného tepla [4]. Akumulací tepla v látce se sníží teplota v interiéru.
Aplikace PCM v České republice je omezena pouze na pilotní projekty z důvodů malé konkurence mezi výrobci a tím způsobeným vysokým cenám výrobků [5]. V případě optimalizace jejich využití se stanou tyto materiály finančně dostupnějšími a více využívanými v praxi. To přispěje ke snížení energetické náročnosti budov a bude tak možno snáze splnit přísné požadavky zákona o hospodaření energií č. 406/2000 Sb. a jeho prováděcích vyhlášek.
Experimentální měření průběhů teplot bude probíhat v přechodném a v letním období ve dvou speciálních testovacích podkrovních místnostech v prostorách Ústavu pozemního stavitelství na VUT v Brně [5]. Dále bude v rámci výzkumu vytvořen PC model této budovy, ve které budou hodnoceny tyto podkrovní místnosti z hlediska tepelné stability. Pro zpracování modelu byl zvolen software DesignBuilder. Model bude sloužit k vytvoření dynamické simulace pomocí uživatelského rozhraní EnergyPlus.
V rámci projektu bude vypracováno vyhodnocení průběhů teplot v podkrovní místnosti ve dvou variantách – s PCM a bez PCM. Dále bude provedeno porovnání experimentálního měření s numerickým modelem a tím i zhodnocení vhodnosti simulačních nástrojů pro hodnocení tepelné stability s použitím PCM.

Citace cizích prací:

[1] Mehling, H., Cabeza, L.F. Heat and Cold Storage with PCM: An Up to Date Introduction Into Basics and Applications. Springer-Verlag New York, LLC, 2008. ISBN: 978-3-540-68556-2.
[2] Sharma, A., Tyagi, V.V., Chen, C.R., Buddhi, D. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13 (2), pp. 318-345, 2009. ISSN: 13640321. DOI: 10.1016/j.rser.2007.10.005.
[3] Kuznik, F., David, D., Johannes, K., Roux, J.-J. A review on phase change materials integrated in building walls: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (1), pp. 379-391, 2011. ISSN: 13640321. DOI: 10.1016/j.rser.2010.08.019.
[4] Cabeza, L.F., Castell, A., Barreneche, C., De Gracia, A., Fernández, A.I. Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review: Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (3), pp. 1675-1695, 2011. ISSN: 13640321. DOI: 10.1016/j.rser.2010.11.018.
[5] OSTRÝ, M. Využití akumulace tepla při změnách skupenství v budovách. Habilitační práce. Brno: VUT, ÚPS, 2012.

Přehled použitých metod:

Řešení projektu zahrnuje teoretické a experimentální metody hodnocení tepelné stability podkrovních místností.

Experimentální metody
Experimentální měření bude realizováno v přechodném a letním období ve speciálních testovacích podkrovních místnostech na VUT v Brně. Jedná se o dvojici testovacích místností sloužících pro srovnávací měření, kdy za stejných klimatických podmínek jsou měřeny parametry vnitřního prostředí v referenční (bez PCM) a v experimentální (s PCM) místnosti. Geometrie obou místností je totožná.
Měření teplot bude probíhat vždy nepřetržitě po dobu jednoho týdne. Předpokládaný počet takových týdnů je 4 pro přechodné a letní období. Úspěšné měření však závisí na vhodném počasí a venkovních teplotách.
Zaznamenávat se budou tyto veličiny: teplota vnitřního vzduchu v obou místnostech, teplota vzduchu v exteriéru, teplota vzduchu v půdním prostoru a výsledná teplota kulového teploměru.
Pro měření budou využity tyto přístroje: termočlánkové čidlo Ahlborn typu K a kulový teploměr Ahlborn pro vnitřní teplotu a stíněný digitální teploměr pro venkovní teplotu. Místnosti jsou těmito přístroji již vybaveny.
Následně se budou naměřená data vyhodnocovat a výsledkem bude graf zobrazující průběh teplot v interiérech a exteriéru v závislosti na čase.

Teoretická analýza
Teoretická analýza bude založena na simulačních modelových výpočtech prováděných v příslušném software. Budou prováděny numerické výpočtové metody pomocí software DesignBuilder. Tento software dokáže detailněji vymodelovat daný objekt včetně okrajových podmínek a umožňuje simulace energetického a environmentálního chování budov. V tomto software bude vyhodnocena tepelná stabilita místností v přechodném a letním období ve stejné místnosti.

Harmonogram prací:

Březen – srpen 2019:
- Modelování budovy v software DesignBuilder.
- Měření teploty v testovacích místnostech.
- Zpracovávání a vyhodnocování naměřených dat.
- Publikace výsledků.
- Aktivní účast na konferenci SGEM 2019.

Září – říjen 2019:
- Měření teploty v testovacích místnostech.
- Porovnání a vyhodnocení naměřených dat s modelem.
- Optimalizace numerického modelu.
- Publikace výsledků.

Listopad – prosinec 2019:
- Publikace výsledků.


Zdůvodnění zapojení jednotlivých členů týmu:
Ing. Kateřina Stejskalová - řízení a koordinace projektu, příprava a provádění výzkumných měření v testovacích místnostech, 3D modelování stavby (za použití software DesignBuilder), vyhodnocení výsledků, publikační činnost. Název disertační práce: Řešení tepelné stability podkrovních místností pomocí materiálů s fázovou přeměnou.

Ing. Blanka Chudíková - provádění výzkumných měření v testovacích místnostech, výpomoc při 3D modelování stavby (za použití software DesignBuilder), publikační činnost. Název disertační práce: Teoretická a experimentální analýza energetického chování budov.

Předchozí dosažené výsledky členů týmů:

Předcházející projekty SGS
• Ing. Kateřina Stejskalová: SP2018/124 Výzkum vlastností kompozitních materiálů na bázi sádry s výztuží z přírodních vláken - spoluřešitel.
• 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.

Publikační činnost:

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)

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)
Členové řešitelského týmuIng. Blanka Chudíková
doc. Ing. Jaroslav Solař, Ph.D.
Ing. Kateřina Stejskalová
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)a) Cíl výzkumu:
Cílem výzkumu je pomocí numerických modelů a experimentálního měření ověřit vlastnosti, vhodnost použití a způsob aktivace pro opětovné použití materiálů s fázovou přeměnou. Nejprve se srovnají výsledky měření s vlastnostmi deklarovanými výrobcem daného PCM. Provede se porovnání tepelné stability místnosti (s PCM a bez PCM) v přechodném a letním období. Zhodnotí se účinnost PCM a vhodnost použití. Srovná se účinnost PCM s aktivací a bez aktivace v přechodném a letním období. Následně se vytvoří numerický model a provede se výpočet tepelné stability. Na základě numerického modelu a experimentálního měření se provede srovnání vyhodnocení tepelné stability, čímž dojde buď k potvrzení naměřených výsledků anebo se zjistí odchylky od skutečného měření. V případě odchylek se pokusím zjistit, co způsobilo rozdílnost výsledků, a upravit numerický model, aby odpovídal výsledkům experimentálního měření. Cílem bude tedy i ověření vhodnosti simulačních nástrojů pro hodnocení tepelné stability místností s použitím prvků obsahujících PCM. Získané poznatky budou podkladem pro vypracování disertačních prací členů řešitelského týmu.

b) Očekávané výstupy:
- 1x článek do časopisu (Jsc nebo Jimp) (např. Bauphysik)
- 1x aktivní účast na mezinárodní konferenci SGEM 2019 (alternativně Med Green Forum 2019).
- Využití získaných znalostí při vypracovávání disertačních prací Ing. Kateřiny Stejskalové a Ing. Blanky Chudíkové.

Zdůvodnění časopisu Bauphysik:
Časopis je registrován v databázi Web of Knowledge. Časopis je mimo jiné zaměřený na tepelnou ochranu, vnitřní klima, metody výpočtu a simulace a inovativní řešení.
ISSN: 01715445
https://onlinelibrary.wiley.com/journal/14370980

Související články:

Bilgin, D., Carrigan, S., Friedrich, T., Kornadt, O. Air conditioning through prefabricated sandwich ceilings containing phase change materials: Bauphysik, 39 (5), pp. 299-305, 2017. ISSN: 01715445. DOI: 10.1002/bapi.201710033.

Voss, K., Künz, C. Climate data and climate change - Analysis of the influence on energy demand, performance requirement and thermal comfort of buildings: Bauphysik, 34 (5), pp. 189-196, 2012. ISSN: 01715445. DOI: 10.1002/bapi.201200027.

Jedná se o tematicky podobné články, ale čerpáno bude pouze z jejich teoretické části. Navrhovaný projekt navíc přinese data z měření v konkrétní budově a porovnání experimentálního měření s numerickým modelem.

Zdůvodnění konference SGEM:
Konference je registrována v databázi Web of Knowledge. Konference je rozdělena na několik témat a sekcí. Příspěvek, který bude výstupem tohoto projektu, se řadí do tématu Energy and Clean Technologies, ve kterém je sekce Renewable Energy Sources and Clean Technologies, která je mimo jiné zaměřena na energetickou náročnost, systémy a technologie solární energie a pokročilé technologie systémů ukládání energie. Podobně zaměřených konferencí je mnoho, tahle se však jeví z finančního a časového hlediska jako nejvhodnější.
Přesný název: XIX International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019
ISSN: 13142704
https://www.sgem.org/

Související příspěvky:

Kiviste, M., Lindberg, R. Application of phase change materials in building structures in nordic climate: International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, 2 (6), pp. 49-56, 2014. ISSN: 13142704.

Cristescu, C., Dumitrescu, L., Dulgheru, V., Dumitrescu, C. New evolutions, directions and trends in conversion and storage of renewable energies: International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM, 18 (4.1), pp. 493-500, 2018. ISSN: 13142704. DOI: 10.5593/sgem2018/4.1/S17.064.

Jedná se o tematicky podobné příspěvky, ale čerpáno bude pouze z jejich teoretické části. Navrhovaný projekt navíc přinese data z měření v konkrétní budově a porovnání experimentálního měření s numerickým modelem.

Úžeji zaměřenou akcí by mohla být konference Eurotherm 2019, která je zaměřena na ukládání tepelné energie. U této konference však již není možné dodržet termíny pro zaslání abstraktu a příspěvku.

Alternativou by mohla být konference Med Green Forum 2019, která je také registrována v databázi Web of Knowledge. Jedním z témat této konference je i pasivní chlazení, kterým se tento projekt zabývá.
Přesný název: Mediterranean Green Buildings and Renewable Energy Forum 2019
ISBN: 9783319307466; 9783319307459
http://www.medgreenforum.com/cms/

Rozpočet:
Celkové náklady projektu: 150 000 Kč
Stipendium studentům doktorského studia: 90 000 Kč (Ing. Kateřina Stejskalová - 50 000 Kč, Ing. Blanka Chudíková - 40 000 Kč)
Materiálové náklady: 1 000 Kč (kancelářské potřeby)
Služky: 15 000 Kč (Vložné na konferenci (např. SGEM 2019) a publikační poplatky)
Cestovní náklady: 29 000 Kč (Poplatky a cestovné spojené s účastí na konferenci (např. SGEM 2019) a cestovní náklady spojené s měřením v Brně)
Doplňkové režijní náklady max. do výše 10% poskytnut podpory: 15 000 Kč

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,-2515,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby15000,-29442,-
6. Cestovní náhrady29000,-13043,-
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,-