Czech Journal of Civil Engineering

Czech Journal of Civil Engineering

2015 / 2

VĚDECKÝ ČASOPIS OBORU STAVEBNICTVÍ

VEDOUCÍ REDAKTOR / EDITOR-IN-CHIEF Ing. David Čech

ADRESA REDAKCE / EDITORIAL OFFICE ScientificJournals.eu Merhautova 47 Brno 613 00 Česká republika / Czech Republic [email protected] www.scientificjournals.eu +420 732 747 962

Příspěvky do časopisu Czech Journal of Civil Engineering podléhají zdvojenému recenznímu řízení / The articles published in Czech Journal of Civil Engineering are subject to a double-review procedure

ISSN 2336-7148


2015 / 2

REDAKČNÍ RADA / EDITORIAL BOARD VEDOUCÍ REDAKTOR / EDITOR-IN-CHIEF Ing. David Čech

ZÁSTUPCE VEDOUCÍHO REDAKTORA / DEPUTY EDITOR-IN-CHIEF Ing. Václav Venkrbec Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební / Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering

ČLENOVÉ / MEMBERS prof. Andrew S. Chang

doc. Ing. Martin Krejsa, Ph.D.

National Cheng Kung University, Taiwan / National Cheng Kung University, Taiwan

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební / VŠB – Technical University of Ostrava, Faculty of Civil Engineering

prof. Ing. Jozef Gašparík, Ph.D.

doc. Ing. Vladislav Křivda, Ph.D.

Slovenská technická univerzita v Bratislave, Stavebná fakulta / Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Civil Engineering


prof. Ing. Zdeněk Kala, Ph.D.

doc. Ing. Zdeněk Kutnar, CSc.

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební / Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta architektury / Czech Technical University in Prague, Faculty of Architecture

prof. Ing. Mária Kozlovská, Ph.D.

Assoc. Prof. Janko Logar, Ph.D.

Technická univerzita v Košiciach, Stavebná fakulta / The Technical University of Košice, Faculty of Civil Engineering

University of Ljubljana, Slovinsko / University of Ljubljana, Slovinenia

prof. Ing. Juraj Králik, Ph.D.

doc. Ing. Vít Motyčka, CSc.



prof. Ing. Alois Materna, CSc., MBA

doc. Ing. Karel Papež, CSc.

Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků / ČKAIT

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební / Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil Engineering

prof. Ing. Miloslav Novotný, CSc.

doc. Ing. Aleš Rubina, Ph.D.



prof. Civ. Eng. Doncho Naumov Partov, Ph.D.

Mgr. Lucie Augustinková, Ph.D.

VSU "Lyuben Karavelov" Sofie, Bulharsko / VSU "Lyuben Karavelov" Sofia, Bulgaria


prof. Ing. Miroslaw J. Skibniewski, Ph.D.

Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D.

University of Maryland, USA / University of Maryland, USA


prof. RNDr. Ing. Petr Štěpánek, CSc.

Ing. Petr Blasinski, Ph.D.



prof. Ing. Jiří Vaverka, DrSc.

Ing. Svatava Henková, CSc.

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta architektury / Brno University of Technology, Faculty of Architecture


doc. Ing. Naďa Antošová, Ph.D.

Ing. Barbora Kovářová, Ph.D.



Assoc. Prof. Uroš Klanšek, Ph.D.

Dr. Adam Krezel

University of Maribor, Slovinsko / University of Maribor, Slovenia

DEAKIN University Melbourne, Austrálie / DEAKIN University Melbourne, Australia


2015 / 2

Ing. Iveta Skotnicová, Ph.D.

Ing. Renata Zdařilová, Ph.D.



Ing. Hana Šimonová, Ph.D.

Ing. et Ing. Petr Hlavsa



Ing. Zdeněk Tesař, Ph.D.

Ing. Josef Remeš




2015 / 2

ODBORNÉ ZAMĚŘENÍ ČASOPISU / SCOPE AND LIMITATION Časopis Czech Journal of Civil Engineering je vědeckým časopisem oboru stavebnictví. Cílem časopisu je publikovat výsledky výzkumné práce studentů, akademických pracovníků či vědců v následujících oblastech oboru stavebnictví: §

Geodézie a kartografie

§

Geotechnika

§

Pozemní stavitelství

§

Architektura

§

Fyzikální a stavebně materiálové inženýrství

§

Konstrukce a dopravní stavby

§

Vodní hospodářství a vodní stavby

§

Technické zařízení budov

§

Management ve stavebnictví

§

Technologie, mechanizace a řízení staveb

Czech Journal of Civil Engineering is an online journal and its aim is to publish the results of studies of scientists, scholars and students in the following fields of civil engineering: •

Geodesy and Cartography

•

Geotechnics

•

Building Construction

•

Architecture

•

Physical and Building Materials Engineering

•

Constructions and Traffic Structures

•

Water Management and Water Structures

•

Installations

•

Civil Engineering Management

•

Technology, Mechanisation and Construction Management

TIRÁŽ / IMPRINT Czech Journal of Civil Engineering VYDÁVÁ / Ing. David Čech, Ratibořská 55, Opava 74705, Česká republika VEDOUCÍ REDAKTOR / Ing. David Čech ADRESA REDAKCE / ScientificJournals.eu, Merhautova 47, Brno 613 00, Česká republika [email protected], www.scientificjournals.eu +420 732 747 962 1. ročník / 2015 / 2 Datum vydání: 31.12.2015 ISSN 2336-7148 Časopis je vydáván od března 2015. Periodicita vydávání časopisu je dvakrát ročně. Veškeré důležité informace naleznete na webových stránkách časopisu: www.scientificjournals.eu/mag/cjce Příští číslo vyjde 30. 6. 2016.


2015 / 2

OBSAH / CONTENTS KOMPARÁCIA VYĹAHČENÝCH BETÓNOVÝCH STROPNÝCH KONŠTRUKCIÍ – PRÍPADOVÁ ŠTÚDIA

7

COMPARISON OF LIGHTWEIGHT CONCRETE FLOOR STRUCTURES - CASE STUDY Doc. Ing. Bašková Renáta, Ph.D. ZNEČIŠTĚNÍ VZDUCHOVODŮ PŘI REALIZACI

15

AIR DUCTS POLLUTION DURING INSTALLATION Ing. Petr Blasinski, Ph.D. doc. Ing. Rubina Aleš, Ph.D. OPTIMALIZACE OBJEMOVÉ HMOTNOSTI POLYESTEROVÉ IZOLAČNÍ DESKY V ZÁVISLOSTI NA SOUČINITELI TEPELNÉ VODIVOSTI

20

OPTIMIZATION OF BULK DENSITY OF THE POLYESTER INSULATION BOARDS ACCORDING TO COEFFICIENT OF THERMAL CONDUCTIVITY Ing. Čermák Jan prof. RNDr. Ing. Šťastník Stanislav, CSc. ZHODNOTENIE STAVU STROPNÝCH PANELOV V AGRESÍVNOM PROSTREDÍ

26

CONDITION EVALUATION OF CEILING PANELS IN AN AGGRESSIVE ENVIRONMENT Ing. Hegedüsová Iveta, Ph.D. doc. Ing. Priganc Sergej, Ph.D. TVORBA KONCEPCIE ÚZEMNÉHO ROZVOJA CYKLOTRÁS V KONTEXTE INTEGROVANÉMU DOPRAVNÉMU SYSTÉMU A PRVKOV CESTOVNÉHO RUCHU

32

CREATION OF CONCEPT FOR SPATIAL DEVELOPMENT FOR THE CYCLING PATHS IN THE CONTEXT OF INTEGRATED TRANSPORT SYSTEM AND TOURISM Ing. arch. Hépal Martin Ing. Tokár Otto Ing. arch. Rajecká Mária SUPPORT FOR SMALL RENEWABLE ENERGY SOURCES IN SLOVAKIA

39

doc. Ing. Jankovichová Eva, Ph.D. OPTIMALIZACE PROCESŮ V AKTIVAČNÍ NÁDRŽI

45

PROCESS OPTIMALIZATION IN THE ACTIVATION TANK Ing. et Ing. Jedličková Věra prof. Ing. Hlavínek Petr, CSc., MBA KONTROLA A TESTOVANIE NIVELAČNÝCH PRÍSTROJOV PRE PRÁCE V STAVEBNÍCTVE

51

VERIFICATION AND TESTING OF LEVELING INSTRUMENTS FOR WORK IN BUILDING INDUSTRY Ing. Ježko Ján, Ph.D. NEVHODNĚ NAVRŽENÉ STAVEBNÍ PRVKY VERSUS VIDEOANALÝZA KONFLIKTNÍCH SITUACÍ

57

INAPPROPRIATELY DESIGNED BUILDING ELEMENTS VERSUS VIDEO ANALYSIS OF CONFLICT SITUATIONS doc. Ing. Křivda Vladislav, Ph.D. doc. Ing. Mahdalová Ivana, Ph.D. Ing. Petrů Jan, Ph.D. EVALUATION OF A HEATING SYSTEM WITH A HEAT PUMP ACCORDING TO THE MODE OF INPUT DATA Ing. Linhartová Vladimíra

65


2015 / 2

MOŽNOST PODPORY NA REGENERACI BROWNFIELDS

72

THE POSSIBILITY SUPPORT TO BROWNFIELDS REGENERATION Ing. Lukele Petra Elly doc. Ing. Korytárová Jana, Ph.D. CENOVÁ STATISTIKA STAVEBNICTVÍ

78

CONSTRUCTION PRICE STATISTICS Ing. Nový Martin, CSc. DETERMINATION OF STRUCTURAL ELEMENTS INTENDED TO RESISTANCE AGAINST EARTQUAKE AND RENEWABLE ENERGY USAGE

85

Ing. Poyraz Kağan, Ph.D. Doc. Ing. Kulhánek František, CSc. OVLIVNĚNÍ FYZIKÁLNÍCH FAKTORŮ MIKROVLNNÝM ZÁŘENÍM

91

AFFECTING OF PHYSICAL FACTORS BY MICROWAVE RADIATION Ing. Procházka Martin Ing. Sobotka Jindřich STAVEBNÉ A MATERIÁLOVÉ MOŽNOSTI ZNIŽOVANIA HLUKU V ŽELEZNIČNEJ DOPRAVE

99

STRUCTURE AND MATERIAL POSSIBILITIES OF RAILWAY TRAFFIC NOISE REDUCTION Ing. Pultznerová Alžbeta, Ph.D. Ing. Bavlna Lukáš prof. Ing. Zvolenský Peter. Ph.D. VEREJNÉ PRIESTORY VIDIECKYCH SÍDIEL – DOPAD INTERVENCIÍ NA IDENTITU

105

PUBLIC AREAS OF RURAL SETTLEMENTS - THE IMPACT OF INTERVENTION ON THE IDENTITY doc. Ing. arch. Sopirová Alžbeta, Ph.D. VLIV POŽÁRNĚ NEBEZPEČNÉHO PROSTORU NA STAVEBNÍ ŘÍZENÍ

111

EFFECT OF FIRE DANGER ZONE FOR CONSTRUCTION MANAGEMENT Ing. Strnad Michal THE PERCEPTION SURVEY OF BUILDINGS BASED ON WOOD IN THE CONTEXT OF TRADITIONAL CONSTRUCTION METHODS

117

Ing. Švajlenka Jozef prof. Ing. Kozlovská Mária, Ph.D. EFEKTÍVNE RIADENIE STAVEBNÉHO PROJEKTU

123

EFFECTIVE CONSTRUCTION PROJECT MANAGEMENT doc. Ing. Trojanová Mária, Ph.D. PhDr. Noga Martin, Ph.D. PRELIMINARY TECHNICAL ASSESSMENT OF WATER DISTRIBUTION NETWORKS doc. Ing. Tuhovčák Ladislav, CSc. Ing. Tauš Miloslav Ing. Sucháček Tomáš

129


2015 / 2

KOMPARÁCIA VYĽAHČENÝCH BETÓNOVÝCH STROPNÝCH KONŠTRUKCIÍ – PRÍPADOVÁ ŠTÚDIA COMPARISON OF LIGHTWEIGHT CONCRETE FLOOR STRUCTURES - CASE STUDY doc. Ing. Bašková Renáta, Ph.D.

ABSTRAKT

Výber technológie zhotovenia vyľahčenej konštrukcie stropu prebieha zväčša vo fáze konštrukčného návrhu stavby. Vyľahčovanie vodorovných konštrukcií stavieb má priamy vplyv na zníženie stáleho zaťaženia, čím sa otvára možnosť vytvoriť a navrhnúť otvorené dispozície pre budovy aj optimalizovať základové konštrukcie. Príspevok ponúka stručný prehľad vyľahčených monolitických, prefabrikovaných aj prefa-monolitických betónových stropných konštrukcií stavieb. V príspevku sú prezentované parciálne výsledky prípadovej štúdie, v ktorej boli porovnávané vybrané varianty betónovej vyľahčenej stropnej konštrukcie z hľadiska hmotnosti aj nákladov na ich realizáciu. Kľúčové slová: vyľahčené betónové stropné konštrukcie, hmotnosť, náklady, komparácia ABSTRACT

The selection of construction technology in the context of lightweight ceiling structure construction mostly takes place in the designing stage of a building. A lightening of horizontal part of structures in the buildings has a direct impact on the sustained load reducing. In this manner, there is the possibility to create and design open places in buildings as well as optimizing foundation structures. The brief overview of lightweight floor structures monolithic, prefabricated or semi-prefabricated is presented in the paper. The paper also presents the partial results of a case study. Selected variants of the concrete lightweight floor structure were compared in terms of weight and cost of their fabrication. Key words: lightweight concrete floor structures, weight, cost, comparison

1

ÚVOD

Najväčšiu hmotnosť a objem v hrubej stavbe predstavuje betón. Eliminovanie betónu vo vodorovných konštrukciách, kde nie je zo statického hľadiska potrebný, a tým zníženie nepotrebnej hmotnosti, ukazuje sa ako obzvlášť účinné pre lepší a efektívnejší návrh stavby. Vyľahčené betónové stropné konštrukcie stavieb môžu byť zhotovované ako monolity, napr. trámové stropy, stropy z ľahkého betónu, stropy so zabudovanými vyľahčenými alebo dutými prvkami, alebo ako prefa-monolitické a prefabrikované stropy, zhotovené zo železobetónových alebo predpätých panelov vyľahčených najčastejšie pozdĺžnymi dutinami. Návrh technológie zhotovenia monolitickej alebo prefabrikovanej vyľahčenej konštrukcie stropu prebieha zväčša vo fáze konštrukčného riešenia stavby. Ak pre dané dispozičné a konštrukčné riešenie stavby je vhodné použiť vyľahčené stropné konštrukcie, výber optimálnej varianty technológie vždy závisí od dostupnosti informácii a od kritérií, splnenie ktorých je pre investora alebo spoločnosť rozhodujúce.

7


2

2015 / 2

METODIKA RIEŠENIA

V príspevku sú špecifikované tvarové, konštrukčné a technologické varianty vyľahčených betónových monolitických aj prefabrikovaných stropných konštrukcií. Cieľom prípadovej štúdie, ktorej parciálne výsledky sú prezentované v príspevku, bolo modelovania a následná komparácia variantného konštrukčného riešenia vyľahčenej stropnej konštrukcie vybranej stavby z viacerých pohľadov: hmotnosti konštrukcie, celkovej prácnosti výstavbových procesov, doby realizácie, nákladov na materiálne a pracovné zdroje, ako aj celkových nákladov na zhotovenie stropu. Prezentované sú výsledky komparácie viacerých konštrukčných variant vyľahčených stropných konštrukcií z pohľadu hmotnosti konštrukcií aj celkových nákladov na ich zhotovenie: • •

3

Popis variant konštrukčného a technologického riešenia betónových vyľahčených stropných konštrukcií pre danú stavbu. Kvantifikácia charakteristík stropnej konštrukcie, ktoré sú predmetom komparácie a prezentácia grafického nástroja pre riešenie a analýzu citlivosti dvojkriteriálnej optimalizačnej úlohy pri zmene rozdelenia váh dôležitosti medzi požiadavku minimalizácie nákladov na zhotovenie a požiadavku minimalizácie hmotnosti výslednej stropnej konštrukcie.

VYĽAHČENÉ BETÓNOVÉ STROPNÉ KONŠTRUKCIE

Stropné konštrukcie rozdeľujú priestor budovy vo vertikálnom smere na jednotlivé podlažia a prenášajú všetko zaťaženie pôsobiace v týchto podlažiach do zvislých nosných konštrukcií. Okrem nosnosti konštrukcie, ktorá musí zaistiť prenos zaťažení a tuhosť a stabilitu celých budov alebo ich častí, medzi hlavné požiadavky na stropné konštrukcie patrí: rozpätie priestoru; pôdorysná variabilita, horizontálna tuhosť objektu; hrúbka stropnej konštrukcie, plošná hmotnosť; priehyb stropu; akustické a tepelne technické vlastnosti konštrukcie; požiarna odolnosť; odolnosť proti vplyvom prostredia; životnosť a v neposlednom rade plnenie estetických funkcií. Špecifikované požiadavky predstavujú rozhodujúce kritéria pre voľbu optimálneho konštrukčného, materiálového a technologického návrhu konštrukcie stropu hrubej stavby budovy. 3.1

Variantné riešenia konštrukcie stropov

Pri návrhu konkrétnej konštrukcie stropov sú variantné riešenia vyberané na základe: • účelu budovy a jej architektonického riešenia, estetických požiadaviek kladených na tvar a povrch stropnej konštrukcie, požiadaviek na životnosť a trvanlivosť budovy a ekonomických možností investora (pri zhotovení stropnej konštrukcie z vysokohodnotného, architektonického alebo pohľadového betónu alebo stropov s estetickou funkciou sú väčšinou vyššie náklady nielen na zabudovaný materiál a debnenie, ale aj na pracovné a kontrolné operácie a pod.), • konštrukčno-statického riešenia: klenbové konštrukcie, doskové (plošné) konštrukcie alebo nosníkové (prútové) konštrukcie; • konštrukčných a materiálových charakteristík: klenby, drevené stropy, keramické stropy, železobetónové (ŽB) stropy, železobetónové vložkové stropy, sklobetónové stropy, oceľové stropy, materiálovo kombinované stropy (spriahnutý oceľobetónový strop); • uloženia: votknuté, čiastočne votknuté, proste podopreté; • technológie zhotovovania: murované (klenby), monolitické (ŽB stropy), montované (ŽB stropy, oceľové stropy a i.), kombinované (spriahnutá ŽB doska, filigrán).

8


2015 / 2

Pri návrhu betónových stropných konštrukcií, ktoré môžu byť monolitické, prefabrikované alebo prefa-monolitické (kombinované), jednosmerne alebo dvoj aj viacsmerne vystužené alebo predpäté, sa zvažujú výhody a nevýhody jednotlivých variant. Pre monolitické konštrukcie stropov je výhodou ich tvarová variabilita a biaxiálna tuhosť, na druhej strane prefabrikované stropné konštrukcie umožňujú znížiť prácnosť na stavbe, skrátiť čas výstavby, obmedziť mokré procesy s technologickými prestávkami aj minimalizovať alebo vylúčiť používanie debnenia. Betónové monolitické, prefa-monolitické a prefabrikované stropné konštrukcie môžu byť navrhnuté v rôznych tvarových aj technologických prevedeniach [1],[2]. 3.2

Tvarové varianty monolitických betónových stropných konštrukcií

Rozdelenie monolitických stropov podľa tvaru a spôsobu uloženia: 1) doskové: • podopreté po obvode (zväčša stenami) vystužené v jednom smere alebo vo viacerých smeroch; • lokálne podopreté (stĺpmi) s rovným podhľadom - krížom vystužené dosky so skrytými hlavicami; • lokálne podopreté s viditeľnými hlavicami (hríbové stropy); 2) nosníkové (trámové a rebrové alebo skloželezobetónové): • monolitické vyľahčené železobetónové trámové stropy s viditeľnými trámami v jednom smere; • monolitické vyľahčené železobetónové stropy s viditeľnými trámami v dvoch alebo viacerých smeroch (kazetové a roštové stropy); • vyľahčené trámové a rebrové stropy s dodatočne zhotoveným podhľadom (zo sádrokartónu a pod.); • stropy vyľahčené debničkami - rebrové stropy s podhľadovou vystuženou betónovou doskou monoliticky spojenou s vlastnou konštrukciou stropu, rebrá môžu byť v jednom smere (jednosmerne vystužené stropy) alebo vo viacerých smeroch (viacsmerná výstuž stropu umožňuje biaxiálny prenos zaťažení), kde trvalo zabudované vyľahčovacie prvky, tzv. „debničky“ (elementy, tvarovky, ...) z dreva, plastu, a pod., tvoria prvky strateného debnenia (napr. plastové gule v stropnom systéme Cobiax [3] alebo tvarovky z polypropylénu systému U–Boot Beton [4]); • rebrové stropy vložkové s rovným podhľadom – stratené debnenie stropnej dosky je z ľahkých výplňových prvkov (keramika, pórobetón, prvky z cementotrieskových dosiek, napr. VELOX, z plastu, z EPS, napr. vložky systému Quad – Deck [5] a pod.), zabudované vložky vyľahčujú konštrukciu a zároveň zlepšujú iné, napr. tepelno-technické vlastnosti konštrukcie; • skloželezobetónové stropy. 3.3

Tvarové varianty prefa-monolitických a prefabrikovaných stropných konštrukcií:

Rozdelenie prefa-monolitických a prefabrikovaných betónových stropných konštrukcií podľa tvaru a konštrukčného riešenia: 1) Prefa-monolitické stropné konštrukcie (zmonolitnené železobetónové filigrany plniace funkciu strateného debnenia): • Prefa-monolitický železobetónový strop plný; • Prefa-monolitický železobetónový strop vyľahčený debničkami. 2) Prefabrikované železobetónové stropné konštrukcie doskové (do rozpätia 3 m): • Železobetónové dosky plné; • Železobetónové dosky vyľahčené dutinami;

9


3) • • • • •

2015 / 2

Prefabrikované železobetónové stropné konštrukcie panelové: Plné železobetónové panely; Železobetónové panely vyľahčené dutinami [6]; Železobetónové panely vyľahčené keramickými vložkami [7]; Predpäté panely vyľahčené pozdĺžnymi dutinami (napr. panely Spiroll [8]); Predpäté panely vyľahčené rebrami.

Vyľahčené prefabrikované železobetónové, a predovšetkým predpäté panely, umožňujú realizáciu stropov väčších rozpätí aj únosnosti, pričom môžu byť s rovným podhľadom vyľahčené pozdĺžnymi dutinami bez použitia strateného debnenia, alebo vyľahčené rebrami bez potreby zvýšených nákladov na debnenie. Vyľahčenie monolitických železobetónových konštrukcií si vyžaduje zvýšené náklady na debnenie (trámové a rebrové stropy) alebo na materiál vyľahčujúcich prvkov strateného debnenia.

4

PRÍPADOVÁ ŠTÚDIA: KOMPARÁCIA VARIANT VYĽAHČENEJ STROPNEJ KONŠTRUKCIE KONKRÉTNEJ STAVBY

Všetky porovnávané varianty stropnej konštrukcie s rozpätím 11 m boli navrhnuté na rovnaké zaťaženie v súlade s normou STN EN 1992-1-1 (73 1201) Eurokód 2: Navrhovanie betónových konštrukcií. Varianty majú rozdielnu hrúbku stropu, ktorá vyplynula zo statického návrhu. Pri riešení bola uvažovaná stropná konštrukcia od jej spodnej hrany, teda stužujúce vence neboli predmetom riešenia prípadovej štúdie. Pri všetkých variantoch stropov bol uvažovaný betón triedy C30/37, okrem stropného systému z predpätých panelov Spiroll zmonolitnených zálievkovým betónom triedy C20/25. Pre všetky konštrukčné varianty stropov bola určená potreba základného materiálu, strojov a zariadení, pracovníkov a nákladov. Pre všetky varianty stropných konštrukcií bol do celkových nákladov započítaný rovnaký zisk 15% (počítaný z celkových nákladov na mzdy, stroje, odvody a réžiu), ako aj výrobná réžia 47% a správna réžia 13% (počítané z celkových nákladov na odvody a mzdy) [9]. 4.1

Charakteristika variantných návrhov konštrukčného vyľahčených stropných konštrukcií pre danú stavbu

a technologického

riešenia

V prípadovej štúdii boli porovnávané nasledovné stropné systémy: 1. Stropný systém Cobiax; 2. Stropný systém U – Boot Beton; 3. Stropný systém Quad – Deck; 4. Trámový monolitický strop; 5. Stropný systém z predpätých panelov Spiroll. 4.1.1

Stropný systém Cobiax

Princíp technológie Cobiax spočíva vo vytvorení špeciálnych dutín v telese stropu, čím sa docieli odstránenie prebytočného betónu, ktorý so zreteľom na statiku nie je v konštrukcii potrebný. Na vytvorenie dutín slúžia komponenty Cobiax (duté gule – obr. 1), ktoré sa nachádzajú v konštrukcii v priestore medzi spodnou a vrchnou betónovou doskou. S využitím komponentov Cobiax v konštrukcii sa docieli pokles hmotnosti stropnej dosky až o 35%. Stropný systém Cobiax je vhodný pre stropy s väčšími pôdorysnými rozmermi a estetickými požiadavkami na podhľadové plochy. Existujú dva spôsoby vytvorenia dosky Cobiax, buď ako monolit alebo v kombinácii s prefabrikovanými časťami. V monolitickej doske sú komponenty Cobiax umiestňované na dolnú výstuž a horná výstuž je umiestnená priamo na komponenty, ktoré slúžia aj na dodržanie vzdialenosti medzi výstužami vo vertikálnom smere. Betonáž prebieha v dvoch vrstvách, aby nedošlo k vydutiu a

10


2015 / 2

posunutiu gúľ. Betonáž je možné vykonať aj v celej hrúbke stropu, ale v tom prípade musia byť komponenty zaistené proti vydúvaniu. V prípade kombinácie s prefabrikovanými časťami je konštrukcia Cobiax zabudovaná vo výrobni a je dodávaná ako celok, alebo je umiestnená na prefabrikované dielce (filigrany) v mieste stavby. Pri tomto spôsobe realizácie je horná výstuž spojená s dolnou prostredníctvom S-hákov, a tým sa predchádza vydutiu komponentov Cobiax. Zmonolitnenie, t.j. betonáž dosky, je možné realizovať naraz.

Obr. 1 Stropný systém Cobiax

V prípadovej štúdii bola navrhnutá monolitická stropná konštrukcia hrúbky 500 mm, ktorá bola určená na základe empirického vzťahu: 1/35 Lx, Ly, teda maximum z pôdorysných rozmerov, následne sa určila aj veľkosť elementov Cobiax, konkrétne 360 mm (výška elementov s armokošom 366 mm). 4.1.2

Stropný systém U – Boot Beton

Princíp stropného systému U-Boot Beton spočíva vo vytvorení strateného debnenia prostredníctvom tvaroviek (bedničiek) z recyklovaného polypropylénu (Obr. 2a), čím sa vytvárajú dutiny v stropnej doske. Po uložení tvaroviek a následnom zabetónovaní dosky je vytvorená pravouhlá sústava rebier (Obr. 2b). Vzdialenosť jednotlivých tvaroviek je docielená prostredníctvom vymedzovacích spojok. Vyľahčením konštrukcie dochádza k zníženiu množstva betónu a výstuže v konštrukcii. Táto technológia je vhodná pre stropné dosky väčších rozmerov a s vyšším zaťažením. Všetky elementy UBoot majú pôdorysné rozmery 520x520 mm a sú vyhotovené v rôznych výškach od 130 do 240 mm (jednoduchý element) a 260 - 560 mm (dvojitý element). Jednotlivé elementy majú podobu zrezaného ihlana a sú vybavené: • postrannými páskami, ktoré slúžia na vhodné umiestnenie elementov, • výstupkami na vrchnej časti, ktoré plnia dištančnú úlohu na vytvorenie dutín v železobetónovej doske, • nožičkami, vďaka ktorým sú tvarovky zdvihnuté a je možné ich podbetónovanie.

Obr. 2 a) Elementy využívané pri technológii U-Boot Beton b) Stropný systém U-Boot Beton

V prípadovej štúdii bola navrhnutá monolitická stropná konštrukcia hrúbky 500 mm. Na základe hrúbky stropu bola určená výška dvojitých elementov 360 mm s nožičkami výšky 70 mm.

11


4.1.3

2015 / 2

Stropný systém Quad – Deck

Stropný systém Quad-Deck je založený na znížení hmotnosti pri použití Plastbau technológie, ktorá umožňuje vytvárať vysoko izolačné a tiež energeticky efektívne stropné systémy. Stropný systém pozostáva z polystyrénových vložiek vystužených vstavanými oceľovými priečkami z oboch strán (Obr. 3). Vložky sú vyrobené z expandovaného polystyrénu a slúžia aj ako stratené debnenie. Po zatvrdnutí betónu zabezpečujú vytvorenie rovného podhľadu. K dispozícii sú v 7 rôznych výškach od 178 mm do 318 mm, s rovnakou šírkou 610 mm. Jednotlivé vložky majú dva väčšie otvory v strede s priemerom 120 mm a štyri menšie otvory po stranách s priemerom 38 mm. Po stranách sú zaopatrené tzv. krídlami slúžiacimi na vytvorenie debnenia pre T-nosník do ktorého je umiestnená hlavná výstuž. Tieto tzv. krídla sú široké 54 mm a hrubé 51 mm. Dĺžka vložiek je max 14 m a pre každú stavbu je jednotlivo prispôsobená. Pri väčších stavbách sú panely umiestňované na nosníky.

Obr. 3 Stropný systém Quad-Deck

Prostredníctvom stropného systému Quad – Deck sú vytvárané jednosmerne vystužené, monolitické stropné dosky. Potreba betónu sa znižuje takmer o 50% a pri výstuži je to o 33% oproti tradičnej železobetónovej stropnej doske. V prípadovej štúdii bola navrhnutá monolitická stropná konštrukcia hrúbky 445 mm, pričom horná betónová doska vystužená kari sieťou má hrúbku 127 mm. 4.1.4

Trámový strop

Trámové stropy sú únosné a využívané najmä pre veľké rozpätia. Princíp je založený na vytvorení pevného spojenia dosky s jednotlivými trámami, pričom je vytvorený prierez tvaru T. Trámy sú od seba vzdialené 1500 až 3000 mm. Trámové stropy sú náročné na realizáciu debnenia. V prípadovej štúdii bol navrhnutý trámový strop s osovou vzdialenosťou trámov 3 000 mm. Trámy majú šírku 350 mm a výšku 900 mm (vrátane hrúbky dosky, ktorá je 150 mm). 4.1.5

Stropný systém z predpätých panelov Spiroll

Predpäté panely Spiroll (Obr. 4) sú plošné prefabrikáty vystužené pozdĺžnymi predpätými lanami a vyrábajú sa tvárniacim strojom na dlhých výrobných linkách. Panely Spiroll majú hrúbky 160, 200, 250, 265, 320, 400 mm a jednotnú skladobnú šírku 1 200 mm. Z pozdĺžneho vybetónovaného pásu sa po dosiahnutí potrebnej pevnosti betónu vyrezávajú dielce dĺžky požadovanej zákazníkom, výrobnou dokumentáciou alebo projektom. V prípadovej štúdii boli použité panely výšky 250 mm.

Obr. 4 Predpäté panely Spiroll

12


4.2

2015 / 2

Komparácia vybraných charakteristík variantov vyľahčených stropných konštrukcií

V príspevku sú prezentované parciálne výsledky prípadovej štúdie získané modelovaním a grafické zobrazenie analýzy citlivosti riešenia dvojkriterálnej optimalizačnej úlohy, kde hodnotiacimi minimalizačnými kritériami variant vyľahčených stropov boli hmotnosť výslednej stropnej konštrukcie a náklady na jej realizáciu. Pre ohodnotenie vybraných charakteristík stropných konštrukcií bola zvolená kardinálna stupnica: hmotnosť je vyjadrená v t/m2 a náklady v €/m2 podlažnej plochy stropnej konštrukcie hrubej stavby (bez konštrukčných vrstiev podláh a podhľadov). Na obr. 5 je grafické znázornenie výsledkov modelovania, t.j. porovnanie variant stropných konštrukcií z pohľadu celkových nákladov na zhotovenie a hmotnosti, prepočítané na 1m2 pôdorysnej plochy. Na ľavej vertikálnej osi v grafe sú znázornené náklady v €/m2 a na pravej strane je hmotnosť v t/m2. Varianty konštrukčného riešenia vyľahčenej stropnej konštrukcie sú farebne odlíšené. Na hornej horizontálnej osi je zobrazená stupnica (v %) pre normovanú váhu dôležitosti hodnotiaceho kritéria „minimálna hmotnosť konštrukcie“ a na spodnej osi je zobrazená stupnica (v %) pre normovanú váhu dôležitosti hodnotiaceho kritéria „minimálne celkové náklady na realizáciu stropu“.

Obr. 5 Grafické hodnotenie výhodnosti vybraných variant stropnej konštrukcie

Pri dvoj-kriteriálnej optimalizačnej úlohe je možné sledovať priamo v grafe citlivosť riešenia úlohy na zmenu váh hodnotiacich kritérií, t.j. ako sa mení poradie výhodnosti variant pri zmene váhy kritérií. Napríklad, ak váha kritéria „náklady“ je 70% a váha kritéria „hmotnosť“ 30%, je iné poradie výhodnosti variant, než pri opačnom pomere váh, aj keď pre modelovanú stropnú konštrukciu objektu v oboch prípadoch optimálny variant stropného systému je z panelov Spiroll. Stropný systém QuadDeck by bol optimálny v prípade, ak kritériu „minimálna hmotnosť“ priradíme normovanú váhu dôležitosti viac ako 85%.

13


5

2015 / 2

DISKUSIA A ZÁVER

Hlavnou úlohou vyľahčených stropných konštrukcií je zníženie množstva a hmotnosti zabudovaného materiálu a teda zníženie vlastnej hmotnosti stropnej konštrukcie. Súčasný stavebný trh ponúka viacero systémov vyľahčených stropných konštrukcií, výber vhodnej varianty pre konkrétnu stavbu sa robí väčšinou už v prípravnej fáze projektu výstavby. Základom pri rozhodovaní je, či je možné uvažovať iba s monolitickými alebo aj prefabrikovanými technológiami zhotovovania konštrukcií. V príspevku sú prezentované parciálne výsledky riešenia prípadovej štúdie, zameranej na komparáciu rôznych vyľahčených konštrukčných riešení stropu z rozpätím 11 m.. Pri dvojkriteriálnom hodnotení piatich systémov vyľahčených stropných konštrukcií stropy z predpätých panelov Spiroll vykazujú oproti ostatným systémom väčšinou lepšie hodnoty, tak z pohľadu minimalizácie celkových nákladov, ako aj požiadavky znižovania hmotnosti. Iba na základe prezentovaných výsledkov hodnotenia systémov stropov nie je možné vysloviť jednoznačný záver v prospech stropov z panelov Spiroll, aj keď rozhodne panely Spiroll majú oproti iným stropným systémom viaceré výhody. Pri výbere optimálnej varianty systému stropnej konštrukcie je potrebné zvážiť jeho silné stránky a aj to, či je možné akceptovanie slabých stránok, a či práve nedostatky stropného systému nepreklopia misky váh v prospech iných konštrukčných a technologických riešení. Napríklad, v porovnaní so stropnou konštrukciou z panelov Spiroll, debničkové monolitické systémy (Cobiax a U-Boot Beton) umožňujú biaxiálny prenos zaťažení a môžu mať lepšie povrchy pri požiadavke pohľadového betónu stropu a stropné systémy vyľahčené tepelnoizolačnými vložkami (Quad-Deck) majú lepšie izolačné charakteristiky. Poďakovanie

Príspevok predstavuje čiastkový výstup riešenia projektu VEGA – 1/0677/14 „Výskum zvyšovania efektívnosti výstavby prostredníctvom MMC technológií“, ako aj projektu ITMS: 26220120018 „Podpora Centra excelentného integrovaného výskumu progresívnych stavebných konštrukcií, materiálov a technológií“. Použitá literatúra

[1]

Matoušková, D., Solař, J.: Pozemní stavitelství I., VŠB Ostrava 2005

[2]

Hájek, P. a kol.: Konstrukce pozemních staveb 10 – Nosné konstrukce I, ČVUT, 2002

[3]

Všeobecné informácie o systéme Cobiax [online]. Dostupné na: http://www.cobiax.com/startseite (25. 1. 2015)

[4]

Informácie o systéme U-Boot Beton Dostupné na: http://en.daliform.com/products/construction-division/systems-for-voided-slabs/u-bootbeton.php (25. 1. 2015)

[5]

Informácie o systéme Quad-Deck. Dostupné na: http://www.quadlock.sk/quad-deckstropnyacute-systeacutem.html (25. 4. 2015)

[6]

Panely s keramickými vložkami: Dostupné na: http://www.prefa.cz/sites/prefa.cz/files/cenik_cenik_2015mesi1.pdf (30.10.2015)

[7]

Panely Alidal. Dostupné na: http://www.istavebnictvo.sk/clanky/novinka-roku-betonovedutinove-stropne-panely-alidal/ (30.10.2015)

[8]

Panely Spiroll. Dostupné na: http://www.prefa.cz/sites/prefa.cz/files/down_spiroll.pdf (30.10.2015)

[9]

Fifiková, V.: Optimalizácia zdrojov v projekte výstavby, Diplomová práca, Košice: SvF TUKE, 2015 (školiteľ: Bašková, R.)

14


2015 / 2

ZNEČIŠTĚNÍ VZDUCHOVODŮ PŘI REALIZACI AIR DUCTS POLLUTION DURING INSTALLATION Ing. Blasinski Petr, Ph.D.; doc. Ing. Rubina Aleš, Ph.D. ABSTRAKT

Článek se zabývá analýzou čistoty potrubí vzduchotechniky v různých fázích výstavby. Na základě odběru vzorků je provedeno hodnocení odlišně skladovaných potrubí na stavbě. Jsou porovnány rozdíly mezi "správně" skladovaným potrubím a nechráněným potrubím. V závěru článku je shrnut dopad přenosu nečistot z potrubí na provoz vzduchotechnického systému. Klíčová slova: vzduchotechnika, potrubí, znečištění ABSTRACT

Paper deals with analysis of cleanliness air conditioning duct for various stages of construction. There were taken samples and these were analyzed for different type of storage duct on construction. They are compared differences between the "right" stored duct an unprotected duct. In the conclusion of this article is summarized the impact of carryover dirt from the duct to the ventilation system. Key words: HVAC, duct, contamination

1

ÚVOD

Vzduchotechnické systémy jsou tvořeny zařízením pro dopravu a úpravu vzduchu (HVAC jednotky), dílčími prvky pro regulaci, útlum zvuku, distribuci a zejména potrubními rozvody. Autoři za podpory projektu specifického výzkumu FAST-S-15-2620 v současně době provádí sběr dat a posouzení čistoty vzduchotechnických potrubních rozvodů v několika fázích jejich životního cyklu. V článku se autoři zaměřují zejména na znečištění vzduchovodů pevným aerosolem – prachem. Jak vyplývá z dosavadních měření a šetření, zcela zásadní fázi pro kontaminaci potrubních vzduchovodů je fáze realizace stavby a jejich montáž.

2

AKTUÁLNÍ STAV NA STAVBÁCH

Montáž VZT rozvodů vzduchotechnických zařízení je s ohledem na časovou náročnost a termíny stavebních činností prováděna většinou současně, tedy po montáži vzduchovodů dochází k realizaci a výstavbě další hrubých, či dokončovacích stavebních prací. V této fázi je zcela zásadní kázeň pracovníků provádějící montáž vzduchotechniky. Jak ukazuje obr. 1, etapovitost montáže rozvodů a nedůslednost ochrany těchto rozvodů z jejich vnitřní strany může způsobit, a také způsobuje zásadní kontaminaci [1].

15


2015 / 2

Obr. 1 Ukázka kontaminace vzduchovodů během montáže (na vnější straně – vlevo, na vnitřní straně – vpravo)

Z obr. 1 je patrné, že ke kontaminaci vnitřní strany potrubí došlo, před osazením respektive napojením další trouby. Výsledkem je praktické znehodnocení potrubního rozvodu nejen dané kontaminované části, ale následně celého vzduchovodu po trase proudění vzduchu. Že k takovéto kontaminaci dochází zcela pravidelně potvrzují vzorky z mnoha dalších staveb, viz. obr. 2. Zde je chybou nedůsledná ochrana potrubí v čase mezi montáží oblouků a následně přímé trouby, po montáži oblouků nedošlo k zaslepení vzduchovodu.

Obr. 2 Ukázka kontaminace vzduchovodu v návaznosti na špatnou ochranu VZT potrubí v čase mezi montáží dvou na sebe navazujících úseků (vlevo), čistota vzduchovodu před montáží (vpravo)

3

KLASIFIKACE TŘÍD ČISTOTY

Aby bylo možné kvantifikovat znečištění a provést opravná opatření, je nutné postupovat podle platných, či závazných předpisů. Základním předpisem, který kvantifikuje kvalitu čistoty vzduchotechnických systémů, je ČSN EN 15780 [2]. Podle této normy jsou definovány tři základní přijatelné třídy čistoty, kdy vzduchotechnická zařízení čistých prostorů by měla při předání díla uživateli odpovídat požadavkům klasifikovaným přijatelnou třídou čistoty C – vysoká třída čistoty. Rozdělení do tříd:

A nízká

–

místnosti bez trvalé přítomnosti osob např. sklady, technické místnosti.

16


B střední

–

C vysoká

–

2015 / 2

kanceláře, hotely, restaurace, školy, divadla, obytné budovy, obchodní plochy, výstavní budovy, sportovní budovy, obecné prostory v nemocnicích a obecné pracovní plochy v průmyslu. laboratoře, ošetřovací prostory v nemocnicích, reprezentační kanceláře, VZT jednotky v hygienickém provedení.

Přijatelná úroveň usazeného prachu v tomto případě definuje přijatelnou úroveň čistoty nového vzduchovodu při předání díla od zhotovitele uživateli. V praxi to odpovídá znečištění, které je považováno za přijatelné. Kvantifikace usazeného prachu je uvedena v tab. 1. Tab. 1 Definice respektive kvantifikace kontaminace vzduchovodu usazeným prachem podle [2].

Třída čistoty Nízká Střední Vysoká

4

Přijatelná úroveň usazeného prachu Přívodní, oběhový vzduchovod < 0,9 g/m2 < 0,6 g/m2 < 0,3 g/m2

Přijatelná úroveň usazeného prachu Odvodní vzduchovod < 1,8 g/m2 < 1,8 g/m2 < 0,9 g/m2

ZPŮSOB HODNOCENÍ ČISTOTY

Ke splnění požadované třídy čistoty by měly vzorky vykazovat nižší výsledné hodnoty, než jsou hodnoty mezní. Po vyčištění potrubí a dalších odpovídajících částí by úroveň znečištění po vyčištění měla být menší než 0,3 g/m2. Čistota nebo znečištění se v první řadě hodnotí vizuálně, což může být potvrzeno měřením. Po montáži respektive před spuštěním musí být vzduchovody nejprve zkontrolovány vizuálně, a to jak při posuzování potřeby čištění, tak při ověřování výsledků čištění. Objektivní měření se použije v případě, že výsledky vizuální kontroly jsou z hlediska čistoty a nutnosti čištění ve vzájemném nesouladu [3]. Pro vizuální kontrolu je možné využít připravené etalony znečištění a jejich porovnání vůči odebraným vzorkům. Nicméně pro objektivní hodnocení je nutné provést převážení odebraných vzorků z přesně definované plochy na přesných váhách. Z důvodu složité logistiky odběru vzorků na stavbě, chyb měření na přesných vahách (vlhkost aerosolu apod.) a celkové složitosti postupu objektivního hodnocení vážením je na ústavu TZB VUT v Brně Fakultě stavební vyvíjena metodika mikroskopického posuzování kontaminace vzduchovodů pevným aerosolem [5]. Tato metoda je rychlá a umožňuje bezproblémovou proveditelnost posouzení přímo při realizaci na stavbě. Prakticky se jedná o zpřesnění standardní vizuální kontroly s fyzickým etalonem, kdy elektronicky odebíraná data budou porovnávána s elektronicky definovaným etalonem (kontinuálně doplňovanou databází). Ukázku z elektronického měření mikroskopem uvádíme na obr. 3.

17


2015 / 2

Obr. 3 Ukázka odběru vzorků mikroskopem (vlevo) a výsledek (vpravo)

Z obr. 3 můžeme pozorovat množství stavebního prachu porovnávané se setřenou části povrchu potrubí (textura čistého potrubí tvořeného z pozinkovaného plechu (tmavé a světlé krystaly). Pro ilustraci reálné velikosti prachových částic je v pravé části obrázku přiloženo měřítko o velikosti 1 mm. Výsledek u tak vysoké kontaminace je zřejmý. Čistota posuzované části vzduchovodu je mnohonásobně vyšší než přípustná hodnota nízké třídy čistoty. Vyšším rozlišením je pak možné provést výpočet respektive posouzení množství prachových zrn a následně definovat míru znečištění. Proto, aby bylo možné metodiku mikroskopování prachových částic použít, je nutné ji konfrontovat a validovat podle ověřených postupů. V rámci specifického výzkumu jsou tedy na stejných místech prováděny odběry vzorků pro vizuální porovnání znečištění s etalonovým vzorkem. Další příklady místa odběru jsou uvedeny na obr. 4.

Obr. 4 Ukázka odběru vzorků pomocí lepicí pásky pro porovnání koncentrace prachu s etalonem

Jak je patrné z obr. 5, podle stupně znečištění, lze odebraný vzorek porovnat s etanolem a následně definovat míru znečištění v g/m2 posuzované plochy.

18


2015 / 2

Obr. 5 Ukázka posouzení znečištění potrubního rozvodu vizuální metodou pomocí kontrolního etalonu (vpravo), odebrané vzorky (vpravo)

5

ZÁVĚR

Cílem článku bylo seznámit čtenáře s problémem znečištění vzduchotechnických potrubí. Z textu je zřejmé, že v současné době, kdy se budovy staví nadstandardním tempem a nasmlouvaná cena díla skoro nepokryje režii dodávky, je montáž a zejména kvalita montáže velmi zásadním faktorem ovlivňujícím kvalitu dopravovaného vzduchu a interního mikroklima. V případě uvedení zařízení do provozu v znečištěném stavu však hrozí nejen kontinuální kontaminace vnitřního prostoru emitací usazených částic, ale taktéž zkrácení životnosti realizovaného zařízení. Předvedené metody, které pracovníci ústavu využívají v praxi, dovolují již během výstavby provádět účinnou kontrolu a navrhovat reálná doporučení pro případnou nápravu znečištění vzduchovodů a to v čase, kdy ještě není pozdě. Výsledkem jsou pak úspěšné realizace s kvalitními výsledky vnitřního prostředí. Popsané metody posouzení kontaminace vzduchovodů (zejména metoda mikroskopického měření) umožňují v reálném čase provést účinný odborný odhad jak kvality znečištění (druh prachu, vlákna – schopnost určit z jakého zdroje znečištění pochází a ten pak eliminovat), tak jeho kvantity. Použitá literatura

[1]

RUBINA, A.; UHER, P.; HIRŠ, J., Metodika návrhu, výroby, montáže a provozování vzduchotechnických jednotek v hygienickém provedení, spec. publikace, ISBN 80-903586-5-9, Litera Brno, Brno, 2013

[2]

ČSN EN 15780 – Větrání budov – Vzduchovody – Čistota vzduchotechnických zařízení.

[3]

BJÖRKROTH, M., V. ASIKAINEN, O. SEPPÄNEN. Cleanliness criteria and test procedures for cleanliness labelling of HVAC components. In: Indoor Air 2002 The 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. Monterey, California: , 2001, s. 6.

[4]

ASIKAINENA, V., R. HOLOPAINENB, A. MAJANENB. The verifying concept for the cleanliness of HVAC systems. In: Lifa air [online]. 2015 [cit. 2015-06-24]. Available from: http://www.lifa.net/research/poster3_LIFA_verifying_concept.pdf

[5]

RUBINA, A.; RUBINOVÁ, O.; BLASINSKI, P., Cleanliness of ventilation ducts, indoor space and AHU, příspěvek na konferenci enviBUILD 2015 - Department of Building Constructions, International Conference proceedings, ISBN 978-80-214-5003-5, Faculty of Civil Engineering, STU Bratislava, Bratislava, 2015

19


2015 / 2

OPTIMALIZACE OBJEMOVÉ HMOTNOSTI POLYESTEROVÉ IZOLAČNÍ DESKY V ZÁVISLOSTI NA SOUČINITELI TEPELNÉ VODIVOSTI OPTIMIZATION OF BULK DENSITY OF THE POLYESTER INSULATION BOARDS ACCORDING TO COEFFICIENT OF THERMAL CONDUCTIVITY Ing. Čermák Jan; prof. RNDr. Ing. Šťastník Stanislav, CSc. ABSTRAKT

V tomto článku je popsána výroba izolačních desek z odpadních polyesterových vláken spojených bikomponentními vlákny. Při výrobě lze připravit požadovanou objemovou hmotnost vyrobené izolační desky dávkováním suroviny a jejím stlačením. Právě objemová hmotnost je jedním z důležitých faktorů, které ovlivňují hodnotu součinitele tepelné vodivosti izolační desky. Funkční závislost hodnoty součinitele tepelné vodivosti na objemové hmotnosti desky je popsána v experimentální části článku. Klíčová slova: Polyesterová vlákna, součinitel tepelné vodivosti, objemová hmotnost, izolační deska. ABSTRACT

This article describes the production of insulation boards of polyester fiber waste associated bicomponent fibers. In the production we can prepare the desired bulk density of insulation board made of raw material by dosing and the compression. Currently bulk density is one of the important factors that affects the value of the thermal conductivity of the insulation board. The functional dependence of the thermal conductivity on bulk density board is described in the experimental section. Key words: Polyester fibers, thermal conductivity, bulk density, insulation board.

1

IZOLAČNÍ ROHOŽE Z ODPADNÍHO POLYESTERU

Odpadní polyesterová vlákna se jeví jako vhodná surovina pro výrobu nových izolačních materiálů. Původní polyesterové výrobky musí být nejprve rozvlákněny na jednotlivá vlákna a poté opětovně spojeny v soudržnou rohož. Pro spojení je využito technologie bikomponentních vláken, kdy jsou polyesterová a bikomponentní vlákna dokonale homogenizována v určitém poměru tak, aby se jejich struktura důkladně propojila. Využívá se bikomponentních vláken, které mají nízkou teplotu tání (tt≈ 140°C). Po rozdružení polyesterových vláken a jejich dokonalé homogenizaci s vlákny polyesterovými dochází k nanesení ve vrstvách na speciálně upravený rošt, který má takovou sítových otvorů, aby jím nanesená vlákna nemohla propadávat a mohl jím prostupovat horký vzduch. Právě pomocí horkého vzduchu o teplotě asi 140°C dochází ke spojení struktury bikomponentních a polyesterových vláken, kdy se bikomponentní vlákna nataví a tím se vytváří soudržná prostorová struktura rohože. Objemovou hmotnost vyráběných rohoží lze řídit množstvím nanesené směsi vláken na rošt a jejich stlačením na požadovanou tloušťku. Polymer esteru vzniká chemickou reakcí (polykondenzací) ze dvou vstupních komponent, ze kterých je vyroben polykondenzát, který se zvlákňuje z taveniny do šachty, následně dlouží, popřípadě sdružuje do kabelu, který se dále řeže na střiž nebo trhá na trhanec. Vznikají různě jemná, profilovaná,

20


2015 / 2

popřípadě bikomponentní vlákna. Polyester vytváří ve srovnání s polyamidem relativně tuhá vlákna. Používá se ve směsích s bavlnou, vlnou a střiží do mykaných a česaných přízí. [1]

Obr. 1 Vzhled izolační rohože vyrobené ze směsi polyesterových a bikomponentních vláken.

1.1

Popis experimentu

Cílem experimentu bylo optimalizovat objemovou hmotnost izolační desky z polyesterových vláken tak, aby výsledná deska měla nejmenší možný součinitel tepelné vodivosti λ [Wm-1K-1]. Dále byl proveden experiment, ve kterém byl zkoumán vliv vložení hliníkové fólie do struktury desky na součinitel tepelné vodivosti λ. Hliníková fólie (nadále označovaná Al folie) má díky svému složení a barvě zcela odstranit nebo omezit přenos tepla sáláním v izolační desce a pomoci ke zmenšení hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ izolace. Tepelná vodivost λ byla měřena na deskovém stacionárním přístroji HOLOMETRIX 300 postupem podle [2]. Měření bylo rozděleno do tří etap: 1. 2. 3.

Měření PES izolačních rohoží s různou objemovou hmotností bez Al fólie, měření PES izolačních rohoží s různou objemovou hmotností s jednou Al fólií vloženou uprostřed rohože, měření PES izolačních rohoží s různou objemovou hmotností se dvěma Al fóliemi umístěnými v 1/3 a ve 2/3 tloušťky rohože(viz obrázek 2).

Obr. 2 Vzhled izolační rohože s vloženými dvěma Al fóliemi v 1/3 a ve 2/3 tloušťky rohože. 1.2

Naměřené a vypočtené hodnoty

Všechny naměřené a vypočtené hodnoty byly zaznamenány přehledně do tabulek a grafů.

21


1.2.1

2015 / 2

Naměřené hodnoty d

Vzorek 1

=

m = V = ρd =

φ λ [Wm-1K-1] Uspořádání vzorku

100 mm 168,660 g 3

0,009 m

19 kg/m3

21 kg/m

3

23 kg/m3

25 kg/m3

29 kg/m

3

d = 50 mm = m 168,660 g Vzorek 6 V = 0,005 m3 ρd =

PES+2xAl

0,0446

PES+Al

0,0466

PES+2xAl

0,0432

PES+Al

0,0442

PES+2xAl

0,0420

PES+Al

0,0423

PES+2xAl

0,0402

PES+Al

0,0398

PES+2xAl

φ λ [Wm-1K-1] Uspořádání vzorku 0,0379 PES

37 kg/m3

d = 80 mm m = 316,800 g Vzorek 7 V = 0,007 m3 ρd =

0,0495


d = 65 mm = m 168,660 g Vzorek. 5 V = 0,006 m3 ρd =

PES+Al


d = 75 mm m = 168,660 g Vzorek 4 V = 0,007 m3 ρd =

0,0455



PES



0,0544

0,0383

PES+Al

0,0388

PES+2xAl


44 kg/m3

0,0398

PES+Al

0,0401

PES+2xAl

Tab. 1-7 Přehled hodnot součinitele tepelné vodivosti λ v závislosti na objemové hmotnosti ρd.

22


2015 / 2

Relativní vlhkost prostředíϕ [%]

0

55

80

λ [Wm-1K-1]

0,0498

0,0544

0,0586

Tab. 8 Vliv relativní vlhkosti prostředí ϕ na hodnotu součinitele tepelné vodivosti izolační rohože λ .

Měření bylo provedeno na vzorku polyesterové izolační rohože o tloušťce d = 100 mm ve vysušeném stavu, dále na tzv. vzduchosuchém vzorku dlouhodobě uloženém v laboratorním prostředí a také na vzorku, který byl kondiciován v klimatické komoře o teplotě 23°C a relativní vlhkosti 80 %.

λ [Wm-1 K-1 ]

0,06 0,055 0,05 0,045 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Relativní vlhkost prostředí [%] Graf 1 Závislost relativní vlhkosti okolního prostředí ϕ na hodnotě součinitele tepelné vodivosti λ . 0,0570 0,0550 0,0530 0,0510

λ [Wm-1 K-1 ]

0,0490 0,0470

PES PES+AL

0,0450

PES+2xAL

0,0430 0,0410 0,0390 0,0370 0,0350 15

20

25

30 35 ρV [kg/m3]

40

45

50

Graf 2 Průběh hodnot součinitele tepelné vodivosti λv závislosti na objemové hmotnosti izolační deskyρ.

23


1.3

2015 / 2

Vypočtené hodnoty

Pro potřebu zjištění optimální objemové hmotnosti polyesterové rohože byla provedena aproximace naměřených hodnot metodou nejmenších čtverců. Tímto postupem byl vyčíslen polynom g(x), který těsně aproximuje měřené hodnoty. Pomocí polynomické funkce g(x) byla vyčíslena hodnota součinitele tepelné vodivosti pro objemové hmotnosti rohoží v rozmezí 20 až 49 kg/m3. g(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e x 23 25 29 37 44

f(x) 0,0456 0,0438 0,041 0,0379 0,0395

(f(x)-g(x))2 3,99699.10-19 1,38878.10-18 4,82801.10-19 3,43914.10-20 1,47659.10-21

g(x) 0,0456 0,0438 0,0410 0,0379 0,0395

2,30715.10-18

Lmin=

Tab. 9 Vyčíslení funkce g(x) a odchylky naměřených a aproximovaných hodnot (f(x)-g(x))2.

Poznámka: Hodnota x zobrazuje objemovou hmotnost ρv, hodnota f(x) zobrazuje naměřené hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ, hodnota g(x) zobrazuje vypočtené hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ, hodnota (f(x)-g(x))2 zobrazuje odchylku naměřených a aproximovaných hodnot. g(x)= 6,25.10-8 x4 -7,64.10-6 x3 + 3,74.10-4 x2 -9,11.10-3 x + 0,133 Tab. 10 Tvar aproximační funkce g(x) závislosti součinitele tepelné vodivosti λ na objemové hmotnosti ρ. 0,051 0,049 0,047

λ [Wm-1 K-1 ]

0,045 0,043

Naměřené hodnoty Vypočtené hodnoty

0,041 0,039 0,037 0,035 15

20

25

30

35

40

45

50

55

ρV [kg/m3] Graf 3 Průběh závislosti součinitele tepelné vodivosti λ podle aproximace(metodou nejmenších čtverců) vůči experimentálním hodnotám.

24


1.4

2015 / 2

Závěr

V provedeném experimentu byl sledován vliv objemové hmotnosti polyesterové izolační rohože na hodnotě součinitele tepelné vodivosti λ. Dále byl zjištěn vliv vložení jedné, respektive dvou vrstev hliníkové fólie do izolační rohože. Výsledky experimentu jsou seřazeny v tabulkách 1÷7 a v grafu 2. Z naměřených hodnot vyplývá poznatek, že hodnoty součinitele tepelné vodivosti závisí na objemové hmotnosti ρV. Tento experiment ověřuje vlastnosti izolačních rohoží s objemovou hmotností v rozmezí 19 ÷ 44 kg/m 3. Z grafu 2 je patrné, že hodnota součinitele tepelné vodivosti s rostoucí objemovou hmotností nejprve klesá a od hodnoty objemové hmotnosti 37 kg/m3 se nadále zvyšuje. Cílem tohoto experimentu bylo prokázat optimální objemovou hmotnost s nejnižší možnou hodnotou součinitele tepelné vodivosti λ. Vliv vložených Al fólií je nejvíce patrný při nízkých objemových hmotnostech zkoumaného materiálu. U izolačních rohoží s nižší objemovou hmotností do 30 kg/m3 dochází účinkem velmi lehké struktury k přenosu tepla prouděním, proto je po vložení Al fólie hodnota součinitele tepelné vodivosti λ nižší. Dochází tak k rozdělení desky pro vzduch nepropustnou fólií a tak nedochází k přenosu tepla prouděním v celé tloušťce desky, ale pouze v jednotlivých částech rozdělených Al fólií. Při vyšších objemových hmotnostech izolační rohože je vliv Al fólií nízký. Z toho lze usoudit, že daný materiál je nepropustný pro infračervené záření, proto v něm nedochází k přenosu tepla sáláním. Naopak vliv Al fólie je od hodnoty objemové hmotnosti 37 kg/m 3 nepřináší zlepšení, což je patrně způsobeno narušením struktury izolační desky a přerušením její celistvosti. Z uvedených výsledků lze prokázat, že vložení A fólie do izolační desky nezlepšuje její hodnotu součinitele tepelné vodivosti při vyšších objemových hmotnostech. Nejpříznivější hodnotu součinitele tepelné vodivosti λ = 0,379 Wm-1K-1projevuje vzorek bez vložené fólie s objemovou hmotností 37 kg/m3. Dále s rostoucí objemovou hmotnostíse zvyšuje i hodnota součinitele tepelné vodivosti. V tomto experimentu tedy byla stanovena optimální objemová hmotnost izolační rohože z polyesterových vláken 37 kg/m3. Dále se ukazuje, že vliv vložených Al fólií se projevuje jako zanedbatelný, u optimální objemové hmotnosti dokonce jako nepříznivý. Vyhledáním extrému aproximační funkce se ukazuje, že optimální objemová hmotnost polyesterové rohože činí 39 kg/m3, kdy je hodnota součinitele tepelné vodivosti nejnižší - λ = 0,3778 Wm-1K-1. Odchylka aproximované funkce od naměřených hodnot se pohybuje v řádech 10-21 až 10-18. Lze zjistit, že je odchylka zanedbatelná a vypočtené hodnoty odpovídají reálným hodnotám naměřeným. Výpočet byl proveden pouze u vzorku PES bez vložených Al fólií, protože u tohoto vzorku byla naměřena nejmenší hodnota součinitele tepelné vodivosti. Poděkování

Tento článek byl vytvořen za finanční podpory projektu specifického výzkumu VUT Brno s označením FAST-J-15-2797.

Použitá literatura [1]

Polyesterová vlákna. Škola textilu [online]. [cit. 2015-10-27]. Dostupné z: http://www.skolatextilu.cz/elearning/467/textilni-terminologie-zboziznalstvi/vlakna-prize-anite/Polyesterova-vlakna.html.

[2]

ČSN 72 7306:1995 - Stanovení součinitele tepelné vodivosti stavebních materiálů a výrobků. Praha: ÚNMZ, 1995, 18177.

25


2015 / 2

ZHODNOTENIE STAVU STROPNÝCH PANELOV V AGRESÍVNOM PROSTREDÍ CONDITION EVALUATION OF CEILING PANELS IN AN AGGRESSIVE ENVIRONMENT Ing. Hegedüsová Iveta, Ph.D., doc. Ing. Priganc Sergej, Ph.D. ABSTRAKT

V článku sú prezentované výsledky chemickej analýzy betónových vzoriek odobratých z existujúcich stropných panelov. Panely sú súčasťou nosného systému poľnohospodárskeho ustajňovacieho objektu. Analýza sa previedla za účelom preukázania nepriaznivého vplyvu agresívneho prostredia na betónovú nosnú konštrukciu. Kľúčové slová:

Stropný panel, degradácia, chemická analýza, obsah chloridových iónov, karbonatácia ABSTRACT

The article presents chemical analysis results of concrete samples withdrawn from actual ceiling panels. The panels are a part of a load-bearing system of an agricultural farming structure. The analysis has been carried out to prove an unfavourable impact of the aggressive environment onto the bearing structure. Key words: Ceiling panel, degradation, chemical analysis, chloride ion content, carbonation

1

ÚVOD

Poľnohospodárske objekty na Slovensku, ktoré boli budované v 60 - tych rokoch minulého storočia, v súčasnosti vykazujú vysoký stupeň degradácie. V období intenzívneho rozvoja výstavby veľkokapacitných kravínov normy, ktoré boli v platnosti, len v malej miere zohľadňovali vplyv nepriaznivého prostredia na nosný železobetónový prvok. Z dôvodu nedostatku poznatkov o nepriaznivých účinkoch špecifického maštaľného agresívneho prostredia na nosný prvok dnes objekty živočíšnej výroby vykazujú značné poškodenie a následné oslabenie svojej nosnej funkcie. Maštaľné prostredie je prezentované najmä vysokou relatívnou vlhkosťou, škodlivými plynmi, maštaľnými kyselinami, baktériami a plesňami. Ďalším dôvodom degradácie je fakt, že v minulosti sa týmto objektom z hľadiska ich údržby nevenovala dostatočná pozornosť, čo sa výrazne odrazilo na znížení ich funkčnosti. Tento problém sa dotýka niekoľko stoviek objektov, ktoré boli postavené na území celého Slovenska a ktoré dodnes slúžia na ustajnenie hovädzieho dobytka. Prevažná väčšina z nich vykazuje vážne známky poškodenia, v najväčšej miere ide o degradáciu stropných panelov.

2

SÚČASNÝ STAV STROPNÝCH PANELOV

Na diagnostiku boli vybrané rebierkové vyľahčené železobetónové stropné panely s označením SZD 10n – 450 (Obr.1), ktoré boli montované v objektoch kravína typu K-174. Sú to extrémne vyľahčené prvky, ktoré boli v období ich výroby staticky spoľahlivé. Vplyvom ich subtílnosti však došlo k degradácii oveľa skôr, ako sa predpokladalo. Tieto stropné panely tvoria nosnú konštrukciu strechy kravína. Panel má šírku rebra 30 mm a hrúbku dosky 20 mm. V pozdĺžnych rebrách je umiestnená

26


2015 / 2

hlavná nosná pozdĺžna výstuž (jeden profil s priemerom 8 mm). Výstuž je kotvená v čelných rebrách súdržnosťou alebo privarením k priečnym prútom (priemer 6 mm) [1]. Obhliadka stropných panelov preukázala v podhľadovej časti známky karbonatácie, čo malo za následok pokles ochrannej funkcie výstužných vložiek a výstuž začala korodovať. Došlo k vzniku pozdĺžnych trhlín v rebrách v úrovni hlavnej nosnej výstuže. Pozdĺžne trhliny boli pozorované na prevažnej väčšine stropných panelov, navyše súdržnosť medzi výstužou a betónom bola buď narušená alebo dokonca úplne zrušená. Betón bol miestami odpadnutý, teda krytie betónom neexistovalo, výstuž bola obnažená (Obr. 2). Následne bol meraný priemer tejto obnaženej výstuže, kritický úbytok prierezovej plochy zaznamenaný nebol. Obhliadka sa zamerala aj na zhodnotenie okrajových podmienok uloženia stropného panela, kde sa predpokladal vplyv agresívneho prostredia do vnútra kotviacej oblasti. V kritickej oblasti kotvenia trhliny neboli pozorované a preto zlyhanie panela z dôvodu porušenia v kotevnej oblasti sa nepredpokladá. Stropné panely boli obhliadnuté aj z pozície ich hornej hrany. Po odstránení jednotlivých vrstiev strešného plášťa sa skonštatovalo, že pozorovaná zálievka bola sčasti porušená, miestami dokonca chýbala.

hlavná nosná výstuž ø 8 mm

konštrukčná výstuž ø 6 mm

Obr. 1 Priečny rez panelom

Obr. 2 Degradácia stropných panelov

V rámci obhliadky stropných panelov boli odobraté vzorky z troch najviac degradovaných stropných panelov (spolu 5 vzoriek). Vzorky boli prevezené do laboratória a podrobené chemickému rozboru. Chemický rozbor bol zameraný na zistenie obsahu škodlivých látok v betónovej konštrukcii (amónne soli, chloridové ióny, sírany, dusičnany) a alkalitu, vzhľadom na dlhodobý vplyv agresívneho maštaľného prostredia na stropné panely a následnú degradáciu týchto železobetonových prvkov.

27


3

2015 / 2

CHEMICKÁ ANALÝZA

Cieľom chemickej analýzy bolo stanoviť zmeny alkalickej reakcie v prvom kroku semikvantitatívne fenolftaleínovým testom, vzorky sa následne spracovali a z pripravených výluhov sa stanovila alkalita na základe merania hodnôt pH. Vzhľadom na špecifické podmienky prostredia objektu K-174 sa v ďalších krokoch stanovili koncentrácie chloridových iónov [-Cl-], dusičnanov [-NO3-], amónnych solí [-NH4+]. Súčasne sa vo vzorkách semikvantitatívne posudzovala aj prítomnosť síranov [-SO42-]. Skúmané vzorky boli testované štandardnými postupmi za účelom získania poznatkov o obsahu škodlivých látok a to z dôvodu nepriaznivého vplyvu týchto látok na kvalitu betónu. 3.1

Príprava vzoriek

K dispozícii bolo 5 vzoriek z panelov, z každej vzorky sa časť použila na fenolftaleínový test a zvyšok vzorky sa použil na pomletie v drvičke s označením BCD 32. Pomletá vzorka sa presypala na sústavu sít a preosiatím sa zabezpečila potrebná frakcia (jemné zrno s priemerom 0 – 0,5 mm) (Obr.3) k analýze. Do skúmaviek sa pomocou digitálnej váhy postupne navážili práškové vzorky o hmotnosti približne 2 g. Každá vzorka sa zaliala 100 ml deionizovanej vody a uzavrela sa fóliou, aby sa do skúmavky nedostali cudzie látky. Pripravené roztoky stáli v laboratóriu 24 hodín, aby sa mohli vylúhovať látky obsiahnuté v betónovom prášku.

Obr. 3 Príprava roztokov ku skúškam 3.2 3.2.1

Meranie vzoriek Fenolftaleínový test

Po nastriekaní fenolftaleínového roztoku na betónovú plochu vzoriek sa po hodine pôsobenia pozorovalo sfarbenie povrchu jednotlivých vzoriek. Podľa [2] sa meria na rôznych miestach výška zafarbenia s presnosťou na 1 mm pomocou hĺbkomeru a za výslednú hodnotu hĺbky karbonatácie sa pokladá priemerná hodnota z nameraných hodnôt. Na všetkých vzorkách bol test negatívny (Obr.4), čo svedčí o vysokom stupni karbonatácie. 3.2.2

Meranie pH a obsahu chloridov

Meranie hodnoty pH prebiehalo potenciometrickou metódou pomocou prístroja s označením pH meter MS 22, ktorý sa nakalibroval pomocou skúšobného roztoku na hodnotu 7,01. Do každej vzorky výluhu sa ponorili elektródy prístroja a z digitálneho displeya sa po ustálení odčítavala hodnota pH. Meranie obsahu chloridových iónov sa uskutočnilo rovnakým prístrojom, ktorý sa opäť nakalibroval a po výmene elektród sa rovnakým postupom meral elektrický potenciál (E) výluhu.

28


3.2.3

2015 / 2

Meranie obsahu dusičnanov, síranov a amónnych solí

Dusičnanový test a test na prítomnosť amónnych solí sa relizoval meracími súpravami pomocou činidla, rozsah merania sa pohyboval medzi 0 mg/l až 100 mg/l. Po uplynutí časového limitu sa v roztoku rozvinula farba, ktorá sa porovnávala s priloženou farebnou stupnicou (Obr.4).

Obr. 4 Výsledky testu na prítomnosť amónnych solí a fenolftaleínového testu 3.2.4

Meranie obsahu síranov

Síranový test sa realizoval semikvantitatívnou skúškou. Do výluhu sa pridal 10% - tný vodný roztok chlorovodíka HCl a roztok chloridu bárnatého BaCl2. Na základe intenzity bielej zrazeniny sa určila pozitívna reakcia, odstupňovaná podľa množstva bieleho zákalu v skúmavke. Po ukončení chemických skúšok sa namerané hodnoty spracovali, koncentrácie uvedené v mg/l sa prepočítali na percentuálny obsah a výsledky sa zaznamenali v Tab. 1 a na Obr. 5. Ozn. vzorky 1 2 3 4 5

pH

Cl- [%]

NO3-[%]

SO4

NH4+[%]

8,98 8,72 9,23 8,95 9,13

0,129 0,044 0,079 0,035 0,072

0,601 0,600 0,463 0,245 0,241

+++ +++ +++ +++ +++

0,048 0,060 0,046 0,049 0,048

Tab. 1 Výsledky skúšok

Obsah [%]

0,7 0,6

obsah chloridov

0,5

obsah dusičnanov

0,4

obsah amónnych solí

0,3 0,2 0,1 0 1

2

3

4

Vzorky panelov č. 1 - 5 Obr. 5 Obsah chemických látok vo vzorkách panelov

29

5


4

2015 / 2

VÝSLEDKY Z CHEMICKÉHO ROZBORU

Z hľadiska alkality (pH 8,72 - 9,23) bol najvyšší stupeň karbonatácie (III. stupeň) preukázaný u všetkých vzoriek, čo potvrdil aj fenolftaleínový test, ktorý bol u týchto vzoriek negatívny. Z hľadiska obsahu chloridových iónov možno skonštatovať, že u vzoriek stropných panelov bola preukázaná priemerná hodnota 0,072 % Cl-. Tieto percentuálne hodnoty sú vztiahnuté k hmotnosti betónu. Norma uvádza, že obsah chloridov v betóne, vyjadrený percentuálnym podielom Cl- iónov k hmotnosti cementu nesmie prekročiť hodnoty požadovanej kategórie podľa Tab. 10 uvedenej v norme [3]. Pre betón s oceľovou výstužou platí kategória Cl 0,4, pre ktorú je medzná hodnota 0,4 % Cl-. Priemerné hodnoty boli prepočítané a vztiahnuté k hmotnosti cementu a sú uvedené v Tab. 2. Ozn. vzorky

%Cl-/mb

min. %Cl-/mc

primer %Cl-/mc

max. %Cl-/mc

1 2 3 4 5 priemer

0,129 0,044 0,079 0,035 0,072 0,072

1,195 0,407 0,731 0,324 0,667 0,665

0,835 0,319 0,572 0,254 0,522 0,520

0,768 0,262 0,470 0,208 0,429 0,423

Tab. 2 Percentuálny obsah Cl- k hmotnosti betónu a cementu

Pôvodná receptúra betónovej zmesi nebola k dispozícii. Množstvá cementu pridávané do betónovej zmesi pri prefabrikátoch sa pohybovali v čase ich hromadnej výroby v intervale od 270 do 420 kg/m3 v závislosti od typu prvku, od druhu kameniva a pod. Pre účel vyhodnotenia merania sa zvolili tri hodnoty obsahu cementu v betóne a to minimum, maximum a priemer z uvedených hodnôt, aby sa získala informatívna hodnota percentuálneho obsahu chloridových iónov vztiahnutá k hmotnosti cementu pre minimálne tri rôzne možné zámesi. Prítomnosť chloridových iónov v betóne nie je priaznivá skutočnosť, ich vplyvom dochádza k bodovej korózii aj v zásaditom prostredí [4]. Pri vyšších koncentráciách sa treba obávať výrazného úbytku prierezovej plochy výstuže, pretože ich migrácia do okolia výstuže urýchľuje jej elektrochemickú koróziu a zároveň dochádza aj k degradácii betónu vplyvom kryštalizačných tlakov. Nameraný obsah chloridových iónov predstavuje pre stropné panely riziko (Obr. 6).

limitná hodnota 0,4%Cl/mc

Obr. 6 Percentuálny obsah Cl- k hmotnosti cementu vo vzorkách

30


2015 / 2

Z hľadiska koncentrácie síranových iónov u sledovaných vzoriek panelov bola zhodne preukázaná veľmi silná pozitivita testu (+++). Možno predpokladať, že ide o vonkajšie chemické síranové napadnutie, spôsobené reakciou síranových iónov z vonkajších zdrojov so zložkami cementového kameňa. Z hľadiska koncentrácie dusičnanových iónov u sledovaných vzoriek panelov bola maximálna hodnota nameranej koncentrácie 0,601 % (-NO3-). Dusičnany predstavujú pre betónovú konštrukciu nebezpečenstvo, pretože reakcia dusičnanu s hydroxidom vápenatým spôsobuje zväčšujúcu sa pórovitosť cementového kameňa a ďalšou postupnou reakciou dochádza k výraznému zväčšeniu objemu pevnej fázy [5]. Dochádza k degradácii štruktúry cementového kameňa. Z hľadiska koncentrácie amónnych solí bola u vzoriek panelov maximálna hodnota nameranej koncentrácie 0,060 % (-NH4+), z hľadiska ohrozenia konštrukcie uvedené percentuálne množstvá nepredstavujú akútnu hrozbu.

5

ZÁVER

Z uvedených výsledkov vyplýva potreba dôkladne plánovať zloženie betónovej zmesi pre betónové prvky, u ktorých je predpoklad, že budú zabudované v agresívnom prostredí. Ako uvádza norma [3] vplyv síranovej agresivity je nutné eliminovať použitím cementov s vysokou síranovzdornosťou (portlandský cement s obsahom C3A v slinku menším ako 8% hmotnostných) a zároveň použitím prísad ako je kremičitý úlet alebo mletý zeolit. Z hľadiska amónnej agresivity sa odporúča ako prísada taktiež kremičitý úlet a plastifikačná prísada. Objekty vybudované v minulom storočí v súčasnosti nezodpovedajú dnešným požiadavkám noriem. Vyžadujú si dôslednú diagnostiku za účelom zhodnotenia ich stavu hlavne z hľadiska statickej funkcie. Na základe týchto získaných informácií je možné správne určiť typ rekonštrukčných prác, poprípade navrhnúť úplnú výmenu poškodených prvkov. Za účelom dôkladného zhodnotenia stavu betónových stropných panelov je potrebné k chemickej analýze doplniť aj statické skúšky, zamerané na zisťovanie priehybov stropných panelov a tieto merania je vhodné doplniť aj numerickou analýzou, pomocou ktorej by bolo možné určiť, či posudzovaný panel je alebo nie je schopný naďalej plniť svoju funkciu.

Použitá literatura [1]

Fecko, Ladislav a kol. Experimentálne overovanie únosnosti strešných železobetónových panelov z objektu K-174 v Hrabušiciach. KBaKK, VŠT Košice. Výskumná úloha R-02-529811. 1989.

[2]

Matoušek, Milan; Drochytka, Rostislav. Atmosferická koroze betonu. Ikas Praha. 1998.

[3]

STN EN 206-1.Betón. Časť 1: Špecifikácia, vlastnosti, výroba a zhoda. 2002.

[4]

Bilčík, Juraj. Životnosť a trvanlivosť, obnova panelových domov, komplexné riešenie konštrukčných, technologických, hygienických a energetických problémov. JPD 3/2004/4056, kód projektu 13120120137, Bratislava 6/2007. Európsky sociálny fond. http://www.4construction.com.

[5]

Štefunková, Zuzana; Kmecová, Veronika. Vplyv roztokov dusičnanu amónneho na cementové pasty. Vidiecke stavby v európskych regiónoch II. Architektúra – konštrukcie – technológie – bezpečnosť – logistika. Zborník recenzovaných vedeckých prác. SPU Nitra. 2014. ISBN 978-80-552-1242-5.

31


2015 / 2

TVORBA KONCEPCIE ÚZEMNÉHO ROZVOJA CYKLOTRÁS V KONTEXTE INTEGROVANÉMU DOPRAVNÉMU SYSTÉMU A PRVKOV CESTOVNÉHO RUCHU CREATION OF CONCEPT FOR SPATIAL DEVELOPMENT FOR THE CYCLING PATHS IN THE CONTEXT OF INTEGRATED TRANSPORT SYSTEM AND TOURISM Ing. arch. Martin Hépal; Ing. Otto Tokár; Ing. arch. Mária Rajecká ABSTRAKT

Koncepce územního rozvoje cyklostezek Bratislavského samosprávného kraje ve vztahu k Integrovanému dopravnímu systému a významným bodem cestovního ruchu (dále jen "koncepce rozvoje cyklostezek") představuje dokument, který slouží jako podklad pro plánovaný rozvoj cyklistických tras a Terminálů integrované osobní dopravy v procesu aktualizace územně plánovací dokumentace regionu a dotčených měst a obcí. Koncepce rozvoje cyklostezek se skládá z analytické a návrhové části. Hlavní částí dokumentu je návrh trasování cyklistické dopravy formou samostatných cyklistických komunikací a cyklostezek k přestupním uzlům Integrovaného dopravního systému a cílům cestovního ruchu, návrh vybavenosti cyklistické dopravy jakož i Terminálů integrované osobní dopravy. Článek představuje koncepci rozvoje cyklostezek se zaměřením na její závěry a zároveň nabízí metodický návod pro vytváření obdobných koncepcí. Klíčová slova: cyklistická doprava, cyklostezka, Integrovaný dopravní systém. ABSTRACT

Concept for spatial development for the cycling paths in Bratislava autonomous region in relation to Integrated transport system and significant tourist landmarks (further referred to as 'Developmental concept of cycling paths) presents a document that serves as a foundation for planned development of the cycling paths and Terminals of integrated passenger transport in the process of updating territorial planning of the region as well as included towns and villages. Developmental concept of cycling paths consists of analytical and practical sections. The main part of the document is a proposal for routing of the cycle transportation in the form of independent cycling routes and paths to the transfer nodes of Integrated transport system. Furthermore, the goal of tourism, design of the facilities of the cycling transport as well terminals of the integrated passenger transport. The paper constitutes a concept of development of the cycling paths focusing on its conclusions, while offering a methodological instruction for the creation of similar concepts. Key words: cycling, cycling paths, Integrated transport system.

32


1

2015 / 2

ÚVOD

Cyklistická doprava je pojem, ktorý v sebe zahŕňa hmotné a prevádzkové aspekty viažuce sa na aktívne využívanie bicykla. Pre cyklistu je prioritný bezpečný a rýchly presun do cieľa – do zamestnania, do školy, za občianskou vybavenosťou a to všetko s možnosťou prestupu na mestskú alebo medzimestskú hromadnú dopravu. Samozrejmosťou je využitie infraštruktúrnych doplnkov – odstavné plochy, požičovne bicyklov a príslušenstva, servis a iné.

Bicykel je ideálny mestský dopravný prostriedok na krátke vzdialenosti (cca 2 až 5 km). Na tejto vzdialenosti je v porovnaní s inými druhmi dopravy najrýchlejší, pričom čas prepravy je uvažovaná v zmysle „Door to Door“. Bicykel je v meste konkurencieschopný aj z dôvodu, že cyklisti majú výrazne menšie nároky na statickú dopravu v porovnaní s individuálnou automobilovou dopravou (ďalej len IAD). Problémom v našich pomeroch je však skutočnosť, že s návrhom potrebnej cyklistickej infraštruktúry zväčša neuvažujú územné plány miest a obcí, čo znemožňuje koncepčné plánovaný rozvoj cyklodopravy. 1.1

Predmet koncepcie

Predmetom Koncepcie územného rozvoja cyklotrás Bratislavského samosprávneho kraja vo vzťahu k Integrovanému dopravnému systému a významným bodom cestovného ruchu (ďalej len „koncepcia rozvoja cyklotrás“) je analýza jestvujúceho stavu cyklistickej infraštruktúry, dostupnosti prestupových uzlov Integrovaného dopravného systému (ďalej len IDS) a významných bodov cestovného ruchu (ďalej len CR). Hlavnou časťou koncepcie rozvoja cyklotrás so zameraním na cyklistickú dopravu je návrh vedenia cyklistov na samostatných cyklistických komunikáciách a cyklistických cestičkách k prestupovým uzlom IDS a cieľom CR. Riešené územie je vymedzené hranicami Bratislavského kraja, ktorého plocha je 2 052,6 km2. Osídlenie Bratislavského kraja pozostáva z hlavného mesta SR – Bratislavy a 72 obcí. Pričom Bratislava pozostáva zo 17 mestských častí [1]. 1.2

Cieľ koncepcie

Hlavným cieľom koncepcie rozvoja cyklotrás je odľahčenie preťaženej dopravnej infraštruktúry v regióne a to najmä znížením podielu využívania IAD v prospech cyklistickej dopravy. Cyklistická doprava má menšie nároky na parkovanie a nemá negatívny vplyv na životné prostredie a zároveň podporuje zdravší životný štýl.Koncepcia rozvoja cyklotrás chce prispieť k zvýšeniu podielu cyklistickej dopravy zo súčasných 1,5 % na 10 % do roku 2020 v súlade so základnou víziou Národnej stratégie rozvoja cyklistickej dopravy a cykloturistiky v SR [2]. Cieľom je integrácia cyklistickej dopravy s ostatnou dopravou (železničnou dopravou, cestnou dopravou, vodnou dopravou, atď.), pričom by mala byť zabezpečená maximálna bezpečnosť všetkých účastníkov cestnej premávky, najmä cyklistov, v miestach kde sa cyklistická dopravná sieť prekrýva s cestnou sieťou. Ďalším cieľom koncepcia rozvoja cyklotrás je napojenie cyklistickej dopravnej siete na strategické prestupové uzly – Terminály integrovanej osobnej prepravy (ďalej len TIOP) a zastávky mestskej a medzimestskej hromadnej dopravy. Súčasne je cieľom, aby sa na strategických prestupových uzloch medzimestskej a mestskej hromadnej dopravy budovali záchytné parkoviská typu „Park and Ride“ a „Bike and Ride“. Súčasťou koncepcie je aj zabezpečenie dostupnosti významných turistických a rekreačných cieľov v Bratislavskom samosprávnom kraji cyklistickou dopravou na krátke i dlhé vzdialenosti.

33


2

2015 / 2

ANALYTICKÁ ČASŤ

Analytická časť koncepcie rozvoja cyklotrás hodnotí súčasný rozvojový potenciál Bratislavského samosprávneho kraja (ďalej len BSK) v oblasti cyklistickej dopravy. Nosnou zložkou analytickej časti boli výjazdové rokovania a stretnutia s predstaviteľmi miest, obcí a dotknutých organizácii, vykonané prieskumy priamo v teréne a štúdium východiskových podkladov, pozri Použitá literatúra / Východiskové podklady. 2.1

Analýza cyklotrás v Bratislavskom samosprávnom kraji

Bratislavský samosprávny kraj má v súčasnosti okolo 800 km vyznačených cykloturistických trás, prevažne v lesnom prostredí [3]. Cyklotrasy v zastavanom území sú vo veľkej miere vedenie po existujúcich frekventovaných komunikáciách cyklopruhmi alebo cyklokoridormi. Obrovský potenciál pre BSK prináša trasovanie medzinárodných trás EuroVelo týmto územím. EuroVelo je sieť 14-tich diaľkových cykloturistických trás naprieč celou Európe. Keď bude sieť EuroVelo v roku 2020 kompletne dokončená, bude celková dĺžka súčtu jej trás vyše 70 tisíc kilometrov. Cez Slovensko prechádzajú tri trasy EuroVelo, pričom územím BSK prechádza EuroVelo 6 a EuroVelo 13 [4]. 2.1.1

EuroVelo 6 - Dunajská cyklocesta

Trasa spája Atlantik s Čiernym morom. Na Slovensko vstupuje v obci Berg a má dve varianty: pôvodná, ktorá vedie kratšou časťou cez slovenské územie do Rajky v Maďarsku v dĺžke 23 km a neskôr schválený druhý variant, ktorý prechádza ľavým brehom Dunaja cez Prístavný most v Bratislave až do Gabčíkova [4]. 2.1.2

EuroVelo 13 - Cesta Železnej opony

Cesta železnej opony (Iron Curtain Trail) prechádza naším územím v dĺžke 96 km. Táto cyklotrasa vstupuje na slovenské územie smerom od rakúskych hraníc v prechode Hohenau - Moravský Svätý Ján a vedie cez Devín do Bratislavy, potom cez most Lafranconi k Mostu SNP a Petržalku do Kittsee v Rakúsku. Je vedená zväčša po hrádzach a účelových komunikáciách riek Morava a Dunaj [4]. 2.2

Analýza Terminálov integrovanej osobnej prepravy

Prestupné miesta – uzly a zastávky, tvoria strategické body dopravnej siete. Uzly a zastávky sú miesta, kde cestujúci môže vstúpiť, resp. vystúpiť zo systému hromadnej dopravy. Uzly tvoria zároveň prestupové miesta, kde môže cestujúci zmeniť trasu, použiť nadväzné spojenie, poprípade prestúpiť na inú formu hromadnej dopravy. Ďalším cieľom koncepcia rozvoja cyklotrás je napojenie cyklistickej dopravnej siete na strategické prestupové uzly – Terminály integrovanej osobnej prepravy (ďalej len TIOP) a zastávky mestskej a medzimestskej hromadnej dopravy. Ide najmä o napojenie na stanice a zastávky železničnej osobnej prepravy, ktorá je nosným systémom integrovanej dopravy. Súčasne je cieľom, aby sa na strategických prestupových uzloch medzimestskej a mestskej hromadnej dopravy budovali záchytné parkoviská typu „Park and Ride“, kedy cestujúci prestupuje s formy IAD na mestskú a medzimestskú hromadnú dopravu a záchytné parkoviská typu „Bike and Ride“, kedy cestujúci prestupuje z cyklistickej dopravy na mestskú a medzimestskú hromadnú dopravu. Tieto parkoviská slúžia na krátkodobé i dlhodobé odstavenie dopravného prostriedku.

34


2015 / 2

Odstavné zariadenia pre bicykle musí spĺňať nasledujúce kritériá [5]: • • • •

bezpečné zaistenie bicykla, možnosť uzamknutia bicykla, ľahkú identifikovateľnosť, bezbariérovosť.

Najbežnejšou formou sú stojany pre bicykle, pričom štandardom by malo byť ich zastrešenie. V zahraničí sú bežné uzamykateľné boxy pre jednotlivé bicykle, uzamykateľné prístrešky, či automatické parkovacie systémy. 2.3

Analýzy súčasnej dostupnosti vybraných cieľov cestovného ruchu

Cykloturistika je podmnožinou cyklistickej dopravy a výrazne koreluje s cestovným ruchom. Cieľom koncepcie rozvoja cyklotrás je zabezpečenie dostupnosti turistických a rekreačných cieľov v BSK cyklistickou dopravou na krátke i dlhé vzdialenosti. Dobudovaním cyklistických cestičiek k Terminálom integrovanej osobnej prepravy a ich vzájomným prepojením sa posilní dôležitý tento segment cestovného ruchu najmä pre vidiecke oblasti. Je tu predpoklad pre ich rozvoj, zvýšenie zamestnanosti a konkurencieschopnosť.

3

NÁVRHOVÁ ČASŤ

Na základe stanovených cieľov a výstupov analytickej časti koncepcie rozvoja cyklotrás boli navrhnuté cyklotrasy tak, aby bola dosiahnutá maximálna integrácia cyklistickej dopravy s ostatnou dopravou a to najmä napojením cyklistickej dopravnej siete na strategické prestupové miesta – uzly a zastávky mestskej a medzimestskej hromadnej dopravy a vedením cyklotrás k oblastiam s vysokou mierou pracovných príležitostí – priemyselné parky, nadnárodné spoločnosti a intenzívne urbanizované mestské prostredie. Vytvára sa tým predpoklad pre výrazne väčšie využívanie cyklistickej dopravy spojenej s hromadnou osobnou dopravou pri dochádzaní za prácou, vzdelaním, či občianskou vybavenosťou a zároveň sa zabezpečí dostupnosť turistických a rekreačných cieľov v BSK na krátke i dlhé vzdialenosti. Koncepcia rieši segregáciu cyklodopravy od cestnej dopravy. Niektoré cyklotrasy vedené po pozemných komunikáciách v intraviláne i extraviláne sa vplyvom výrazného nárastu využívania IAD v posledných desaťročiach stali nebezpečnými a z toho dôvodu boli navrhnuté zrušenie značenia. 3.1

Návrh trasovania cyklistickej dopravy

Najdôležitejšou časťou koncepcie rozvoja cyklotrás bolo vymedzenie bezpečných cyklistických dopravných trás v území, vychádzajúc z existujúcej sídelnej štruktúry, rozvojových centier a hlavných rozvojových smerov v území ako aj navrhovanej koncepcia rozvoja sídelnej štruktúry BSK ukotvenej v Územnom pláne regiónu – BSK (ďalej len ÚPN R BSK) [1], ktorá je založená na týchto princípoch: • • •

zachovanie historicky vyvinutej osnovy krajiny, rozvoj nadregionálnych väzieb vo vzťahu k susedným štátom (Rakúsko, Maďarsko) a krajom na národnej úrovni (Trnavský kraj), rozvoj a podpora existujúcich regionálnych rozvojových centier osídlenia (Malacky, Pezinok, Modra, Senec) a rovnomerných podmienok rozvoja ostatných obcí,

35


•

2015 / 2

rozvoj a podpora regionálnych rozvojových pólov mesta Bratislavy v záujme zníženia dostredivých tokov do mesta Bratislavy za prácou a službami.

Vychádzajúc z uvedených princípov bola navrhnutá základná sieť rozvoja cyklistickej dopravy pozostáva z 10-tich hlavých (kmeňových) cyklistických trás prepájajúcich strategické prestupové uzly, oblasti s vysokou mierou pracovných príležitostí a významné body cestovného ruchu a pridružených (vetvových, podvetvových), ktoré dopĺňajú hlavnú sieť a prepájajú obce Bratislavského samosprávneho kraja a mestské časti Bratislavy, pozri Tab. 1 a Obr. 1.

Tab. 1 Dopravné cyklistické trasy

Pri návrhu cyklistických trás sa prihliadalo k možnostiam využívania existujúcej infraštruktúry ako sú účelové komunikácie, poľné cesty, hrádze vodných tokov a možnostiam trasovania samostatných nemotoristických komunikácií určených pre cyklistov (cyklistická cestička) v pridružených priestoroch diaľnic, rýchlostných ciest a ostatných pozemných komunikácií ako aj trás inžinierskych sieti. Ďalej sa prihliadalo k možnosti využitia existujúcich bezbariérových prechodov (mosty, lávky, podchody). Cyklistické cestičky boli umiestňované i v súbehu navrhovaných komunikácií v zmysle ÚPN R BSK [1]. Pri navrhovaní prvkov cyklistickej infraštruktúry je potrebné vychádzať z Technických podmienok navrhovania cyklistickej infraštruktúry TP 07/2014 [5], ktoré vydalo Ministerstvo dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja SR. Z hľadiska komplexnosti systému je potrebné navrhovať v nižších stupňoch ÚPP a ÚPD ako aj v projektových dokumentáciách vybavenie cyklistických komunikácií a to najmä: • • •

cyklistické odpočívadlá, servisné stanice pre bicykle, odstavné zariadenia pre bicykle.

Základná vybavenosť parkoviska TIOP typu „Bike and Ride“: • •

stojany pre bicykle, pričom štandardom by malo byť ich zastrešenie, bezbariérový prestup na hromadnú dopravu - v podchodoch a nadchodoch vybavený schodiskovými žliabkami, slúžiacimi pre vedenie bicykla.

36


2015 / 2

Obr. 1 Návrh trasovania cyklistickej dopravy

4

ZÁVER

Koncepcia rozvoja cyklotrás navrhla ucelenú sieť cyklodopravných trás, ako súčasť Integrovaného dopravného systému. Priestorové usporiadanie nových cyklistických cestičiek je potrebné podrobnejšie vymedziť v nižších stupňoch územnoplánovacej dokumentácie a územnoplánovacích podkladoch a poprípade doplniť o ďalšie úseky, ktoré neboli riešené v regionálnych súvislostiach, ale na miestnej úrovni majú svoj význam. Cyklistické cestičky navrhujeme zahrnúť medzi stavby verejnoprospešného charakteru. Koncepcia územného rozvoja cyklotrás Bratislavského samosprávneho kraja vo vzťahu k Integrovanému dopravnému systému a významným bodom cestovného ruchu bola na základe objednávky vypracovaná spoločnosťou Pozemné stavby TTK s.r.o. Zodpovední riešitelia sú: Ing. Otto Tokár a Ing. arch. Martin Hépal. Obstarávateľom bol Bratislavský samosprávny kraj. Osoba odborne spôsobilá pre obstarávanie ÚPP a ÚPD: Ing. arch. Mária Rajecká.

37


2015 / 2

Použitá literatúra

[1]

Územný plán regiónu. Záväzná časť – Bratislavský samosprávny kraj. [online]. Bratislava, Bratislavský samosprávny kraj, 2013, 37 strán [cit. 20.11.2015]. Dostupné na: http://www.region-bsk.sk/SCRIPT/ViewFile.aspx?docid=10050878

[2]

Národná stratégia rozvoja cyklistickej dopravy a cykloturistiky v Slovenskej republike. [online]. Bratislava, Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky, 2015-03, 48 strán [cit. 20.11.2015]. Dostupné na: http://www.telecom.gov.sk/index/open_file.php?file=doprava/cyklistika/Cyklostrategia_2013_ druhe_vydanie_SK.pdf

[3]

Územný generel dopravy Bratislavský samosprávneho kraja. Bratislava, Bratislavský samosprávny kraj, 2012-09, 92 strán

[4]

EuroVelo na Slovenku. [online]. [cit. 20.11.2015]. Dostupné na: http://www.eurovelo.sk/sk/; http://www.eurovelo.sk/sk/6; http://www.eurovelo.sk/sk/13

[5]

Technické podmienky. Navrhovania cyklistickej infraštruktúry. [online]. Bratislava, Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky, 2014-07, 77 strán [cit. 20.11.2015]. Dostupné na: http://www.telecom.gov.sk/index/open_file.php?file=doprava/dopinfra/cesinfra/tech_predpisy/ 2014/TP_07_2014_navrhovanie_cyklistickej_infrastruktury.pdf

38


2015 / 2

SUPPORT FOR SMALL RENEWABLE ENERGY SOURCES IN SLOVAKIA doc. Ing. Jankovichová Eva, Ph.D. ABSTRACT

Electrical energy and demand is constantly increasing disproportionately. Therefore, taken at Community level long-term programs such as the Europe 2020 strategy, which is primarily focused on the energy sector. Its priorities include reducing greenhouse gas emissions, increase energy efficiency through the development and introduction of innovative technologies and increasing the share of renewable energy sources (RES) at Community level. The issue of implementation of energy from renewable sources in addition to the existing EU environmental strategies key area where attention is focused policy. Therefore, we can expect a significant inflow of funds into the development of these strategic concepts. Improving the energy efficiency is one of the key strategic approaches, contributing to the achievement of greenhouse gas emissions in Community.[1] Key words: small renewable energy sources, energy efficiency, environmental strategies

1

INTRODUCTION

Europe committed itself to reduce its GHG (greenhouse gas) emissions by 80-95 % by 2050 and in the shorter term, by 2020, to reduce GHG by 20%, increase the share of renewable to 20%, and save 20% energy. The latter is the weakest of the three objectives. Accountability is unclear and monitoring progress mainly indirect and based on estimating policy impacts. The concept of development of electricity from small renewable energy sources in the Slovak Republic focuses on the analysis tools to support the development of small sources to households. In 2012, the Act on Energy no. 251/2012, as defined, small source to produce electricity to power up to 10 kW and have been partly eliminate the administrative burden. Institute small source has been introduced especially taking into account the specificities of variable resources, such as photovoltaic and wind. The introduction of small sources continues to hamper the complex permitting process is also relatively very demanding administration source operation. It is therefore necessary to introduce changes to the relevant legislation through simple notification procedure consisting of a single manufacturer's obligation to provide information without further reporting. The proposed legislative modifications are without prejudice to the heat economy.[2] 1.1

Supported devices

Within the framework of the national project Green households will be supported installation of five of equipment types for renewable energy in households. Household can get support only one device of each type. Family houses are eligible applicants in all five types of facilities (photovoltaic panels, solar collectors, heat pumps, biomass boilers, wind turbines) may thus request the support of several species. Residential buildings could be supported only on solar panels and biomass boilers. The rules support the installation of small equipment for use RES are defined in the document General conditions to promote renewable energy in the household. For supported equipment the specific requirements apply, which shows when the household is entitled to support for equipment use.[3]

39


1.2

2015 / 2

Green households

In the project Green households:

● Residential customers will be able to obtain the contribution of small photovoltaic panels with an output of 10 kW, allowing them to transform solar energy into electricity. As the excess electricity they cannot consume household is supplied to the distribution system free of charge, it is important that the performance of devices designed to produce electricity consumed most households, either immediately at the time of manufacture or by storing electricity in batteries. ● It will be possible to obtain the support for the installation of solar thermal collectors, which are used for hot water and central heating. Priority will be given installation of collectors with an average area of about 5 m², which represents a sufficient installed thermal capacity of the hot water for normal household family house. ● It will be possible to obtain the support for the installation of heat pumps that will be used primarily for heating. A heat pump device using the heat from the outside. It is particularly suited for low temperature heating systems, such as e.g. floor, wall or ceiling heating in homes with good thermal insulation. The efficient use of renewable energy heat pumps reduce the operating costs for heating and hot water. ● It will be possible to obtain the support for the installation of biomass boilers to cover the needs of heat and domestic hot water. Support refers to boilers burning pellets, briquettes, wood chips and boilers for the gasification of wood logs. ● May comply with the Operational Programme Environmental quality also supported the installation of small wind turbines designed to generate electricity. Actual use of these facilities in Slovakia, but currently prevent multiple obstacles. Because of the need to adjust the laws of general application, it is possible that at the beginning of the project will not be able to issue orders for the installation of wind turbines.[4] 1.3

10 steps to promote

There is a national project Green household only in the preparatory phase, households still cannot apply for vouchers. However, they can already prepare afamiliarize with how Slovak Innovation and Energy Agency (SIEA) is planning to provide support. 1. Familiarize yourself with the support conditions 2. Check how renewable energy sources is suitable for your household 3. Choose a contractor and equipment 4. Enclose the contract with the contractor 5. Ask for the issue of vouchers 6. SIEA will send you a contract with voucher

40


2015 / 2

7. The Contractor will implement installation 8. Hand over all necessary documents to the contractor 9. The Contractor asks for reimbursement voucher 10. SIEA verify the correctness of expenditure actually determine the amount of eligible expenses and reimburse voucher to the contractor[5]

2

ENERGY EFFICIENCY

2.1

Financial Income of Producer from Small Source

Internal consumption of electricity produced resulting in financial savings for the manufacturer has not taken electricity from the system at an average rate 302.40 € / year (see Table 1). The condition is that the household will remain classified as a consumer of electricity in the home and not as an entrepreneur in the energy sector. One producer

1 year

7 years (2014-2020)

Electricity Production (kWh)

2,000

14,000

Self-consumption 80 % (kWh)

1,600

11,200

Financial saving of producer (euro)

302.40

2,116.80

Tab. 1 Quantification of the Model Savings an Electricity Producer from a Small Source

Year

Increase in earnings for the Number of saved energy for installations one household cumulative (euro)

Average population of households

Number of Annual growth of people with income per increase income household about 100.80 member (euro) euro/year

2014

3,300

9,900

2015

10,000

30,000

2016

16,600

49,800

2017

26,600

2018

40,000

120,000

2019

53,300

159,900

2020

67,600

202,800

302.40

3

100.80

79,800

Tab. 2 Calculation Model of Savings Payments for Households Electricity

The median number of residents in one household is three people (Statistical Office SR). The increase in annual income would in monetary terms amounted to 100.80 euro per household member. In 2020, it may be in Slovakia 202,800 citizens with the increase of income 100 per year for saved energy.

41


2015 / 2

The concept of the electricity development from small renewable energy in Slovakia in the first stage brings a coherent approach to legislative and financial support for the development of small sources of electricity and heat, which is intended to cover his own household consumption, without compromising the stability of the distribution system and the effect of financial savings for operators of small sources and the distribution companies. At this stage, will be considered as suitable sources for households, photovoltaic panels and small wind turbines, photo thermal collectors, heat pumps and biomass boilers for heating, the legislative instruments are designed in particular to facilitate connecting electricity sources, as heat sources are not legally restricted and their installation is easily possible in the current settings system.[2]

3

RENEWABLE ENERGY IN THE EU 28

Renewable energy sources cover solar thermal and photovoltaic energy, hydro (including tide, wave and ocean energy), wind, geothermal energy and biomass (including biological waste and liquid biofuels). Wind power is among one of the most important renewable energy sources, which is available to a wider population and compared to the solar system brings even more advantages. Renewable energy sources cover solar thermal and photovoltaic energy, hydro (including tide, wave and ocean energy), wind, geothermal energy and biomass (including biological waste and liquid biofuels). Wind power is among one of the most important renewable energy sources, which is available to a wider population and compared to the solar system brings even more advantages. Compared with solar system wind system can be more consistent and reliable sources of energy in the home. Wind energy is much less dependent on weather conditions and can operate constantly, when the wind blows a little bit. In 2012, energy from renewable sources was estimated to have contributed 14.1% of gross final energy consumption in the EU28, compared with 8.3% in 2004, the first year for which this data is available. The share of renewable in gross final energy consumption is one of the headline indicators of the Europe 2020 strategy.[6] The target to be reached by 2020 for the EU28 is a share of 20% renewable energy use in gross final energy consumption. The national targets.[7] take into account the Member States' different starting points, renewable energy potential and economic performance.

Data for 2010 for MT, IS, CH, ME, MK, TR, US, JP not available. Data source: Eurostat Fig. 1 Share of renewable energy in gross final energy consumption (%)

42


2015 / 2

National energy efficiency ambitions close to cost-effective potentials but overall too low. Most Member States outline energy efficiency ambitions in their NREAPs below cost effective end use saving potentials as predicted by the Energy Savings 2020 report. In consequence Europe’s 20% saving target would be missed.[8]

4

BARRIERS TO RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES ADOPTION

Rapidly increasing energy demand and growing concern about economic and environmental consequences call for renewable/sustainable energy technologies. Renewable/sustainable energy technologies have faced a number of constraints that have affected their rate of adoption. Twentyeight barriers have been identified from an extensive literature review. These identified barriers have been categorized into seven dimensions of barriers, i.e. Economical & Financial; Market; Awareness & Information; Technical; Ecological and Geographical; Cultural & Behavioral; and Political & Government Issues. This understanding may be helpful in framing the policies and strategies towards adoption of renewable/sustainable energy technologies.[9]

5

CONCLUSION

National target of Slovakia is 14 % of total energy consumption from renewable sources (in the year 2012 it was 10.1%). Slovakia could improve its competitiveness by reforming its energy sector and by increasing energy efficiency. Slovakia is very energy intensive, with a high share of industry in the economy. At the same time, small and medium sized industrial customers pay rather high electricity prices (Renewable energy in the EU28, 2014).[10] Slovak government wants to year 2020 to promote renewable energy sources to power up to 10 kW. Support will be for the solar plant and collectors, wind turbines, biomass boilers and heat pumps. Subsidies should be designed not only for family houses but also for the owners' of residential buildings. They should cover about a quarter of the acquisition cost. It may be obtained by those who have undertaken to produce green energy for at least three years. Candidates, who wish to operate their own green energy source, themselves pay roughly three quarters of the rest they remitted in the form of subsidy. The government is prepared to 115 million euro, one hundred million from EU funds. The "Support for Small Renewable Energy" will start next year and should end in 2020.[11] Following the energy policy of the Slovak Republic and the European Union in Slovakia implemented several measures to increase the share of renewable energy sources (RES) for the production of electricity, heat and biofuels for transport. Achieving a 14% share of renewables in gross electricity consumption in 2020 determines a National action plan for renewable energy, approved by Government Resolution no. 677 dated 06/10/2010. State of the internal electricity market and achieved share of electricity from renewables in the energy mix requires correction in promoting a gradual rundown of some forms of support.[12]

43


2015 / 2

Literature

[1]

Energy Efficiency. [online] published 20.03.2014 [cit. 05.07.2014]. Available at: http://www.go-eco.sk/ENERGETICKA-EFEKTIVNOST

[2]

Concept of the Eletricity Production Development from Small Renewable Energy Sources in the Slovak Republic, Phase I. [online] published 06.2013 [cit. 29.10.2014]. Available at: http://www.rokovania.sk/File.aspx/ViewDocumentHtml/Mater-Dokum156787?prefixFile=m_

[3]

Green Household. [online] published 09.2015 [cit. 13.10.2015]. http://zelenadomacnostiam.sk/sk/zariadenia/podporovane-zariadenia/

Available

at:

[4]

Green Household. [online] published 09.2015 [cit. 13.10.2015]. http://zelenadomacnostiam.sk/sk/domacnosti/podmienky-podpory/

Available

at:

[5]

Green Household. [online] published 09.2015 [cit. 20.10.2015]. http://zelenadomacnostiam.sk/sk/domacnosti/ako-poziadat-o-poukazku/

Available

at:

[6]

Available at: http://ec.europa.eu/europe2020/index_en.htm

[7]

Available at: http://ec.europa.eu/energy/renewables/index_en.htm

[8]

SCHEUER, S. (2011): Energy Demand in the EU. Comparison of Forecasts and Ambitions. The contributing research paper to Energy Savings 2020. Available at: http://roadmap2050.eu/attachments/files/EnergydemandintheEU Acomparisionofforecastsandambitions.pdf

[9]

Sunil Lutra-Sanjay Kumar-Dixit Garg-Abid Haleem (2015): Barriers to renewable/sustainable energy technologies adoption: Indian perspective. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews, ELSEVIER, Vol. 41, January 2015, pp.762-776. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032114007631

[10]

Available at: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/ITY_PUBLIC/8-10032014-AP/EN/810032014-AP-EN.PDF

[11]

State Support to Home Invasion Solaris. In: Diary SME, 10.02.2014, p. 1, 6

[12]

Green Household. [online] published 09.2015 [cit. 12.10.2015]. Available at: vhttp://www.op-kzp.sk/obsah-aktuality/vyzvanie-na-prelozenie-narodneho-projektu-zelenadomacnostiam-opkzp-po4-sc411412-2015-np1/

44


2015 / 2

OPTIMALIZACE PROCESŮ V AKTIVAČNÍ NÁDRŽI PROCESS OPTIMALIZATION IN THE ACTIVATION TANK Ing. et Ing. Jedličková Věra; prof. Ing. Hlavínek Petr, CSc., MBA ABSTRAKT

Trendem dnešní doby je nejen zefektivňovat, ale i šetřit náklady. Tento článek je zaměřený na snížení nákladů na provoz čistírny odpadních vod. Čistírenský proces je nepřetržitým procesem vyžadujícím pro svou funkci elektrickou energii. Největší množství elektrické energie je spotřebováno v aktivační nádrži, kde je nutné provzdušňování. Zmíněné energetické náklady se v mnoha případech dají snížit pouhou optimalizací procesů v aktivační nádrži. V případě našeho výzkumu se jedná o řízení aerace pomocí pevného nastavení doby nitrifikace a denitrifikace, kdy na základě předchozího pozorování byla snížena doba provzdušnění. Následně bylo prokázáno, že došlo ke třetinovému snížení elektrické energie spotřebované pro aktivační nádrž a to bez jakéhokoliv zhoršení odtokových parametrů. Klíčová slova: Čistírna odpadních vod (ČOV), odpadní voda (OV), nitrifikace a denitrifikace. ABSTRACT

Trend today is not only to make more effective but also save costs. This article is aimed at reducing the cost of operating the wastewater treatment plant. Sewage process is a continuous process requiring electricity. The largest amount of electricity is consumed in the aeration tank, where it is necessary aeration. The aforementioned energy costs are in many cases can be reduced simply by optimizing processes in the activation tank. In the case of our research was the control aeration using a hard time setting nitrification and denitrification, which based on a previous observation as reduced aeration. Subsequently it was shown that there was a one-third reduction in the power consumed for the activation tank without any deterioration of the drainage parameters. Key words: Wastewater treatment plant, wastewater, nitrification and denitrification.

1

ÚVOD

Čistírny odpadních vod (ČOV) jsou v ekonomicky rozvinutých zemích v podstatě nutností. Jejich úkolem je účinné odstranění znečisťujících látek škodlivých pro vodní prostředí, jedná se především o látky vyprodukované lidskou činností. Jednou z důležitých znečišťujících látek je dusík, který lze z odpadních vod (OV) odstranit pomocí biologické metody, tzv. aktivačního procesu, kde dochází k nitrifikaci a denitrifikaci. K tomuto je procesu však nutné velké množství energie na provzdušnění, které zpravidla představuje nejvyšší procento celkové spotřeby elektrické energie na ČOV. Bylo zjištěno, že velká část stávajících ČOV v České republice nemá efektivní řízení aktivačního procesu. V důsledku toho dochází ke zbytečnému zvyšování nákladů na provoz celé ČOV, ale i ke zhoršení procesu odstranění znečišťujících látek. V dnešní době existují přísná nařízení zaměřující se na kvalitu vyčištěné OV, které je nutné pod hrozbou vysokých sankcí dodržovat. V případě již zmíněného dusíku se jedná o povolené limity vypouštění NH4+ a Ncelk, které jsou společně s dalšími limity uvedeny v Nařízení vlády č. 61/2013.

45


2015 / 2

Na českém trhu je možné nalézt několik variant pro odstranění dusíku na ČOV, nejčastěji se však vyskytuje oběhová aktivace, která je současně i jednou z nejstarších metod. V současnosti se ustaluje jejich podoba jako nízkozatížených systémů s dlouho dobou zdržení a s vysokým stářím kalu. Pro odstraňování dusíku jak již bylo výše zmíněno, je nutná dodávka kyslíku, která je zajištěna tak, aby byly tvořeny zóny s rozdílnou koncentrací rozpuštěného kyslíku a došlo k vytvoření optimálních podmínek pro simultánní nitrifikaci a denitrifikaci.

2

MOŽNOSTI ŘÍZENÍ PROCESŮ V AKTIVAČNÍ NÁDRŽI

Nezbytnou součástí ČOV je aktivační nádrž, kde dochází k biologickému aktivačnímu procesu, tedy procesu nitrifikace a denitrifikace, který z největší části přispívá k odstranění dusíku z odpadních vod. Nitrifikace je autotrofní anaerobní proces oxidace amoniaku na dusičnany s dusitany jako meziproduktem (NH4+ → NO2−→ NO3−). Následuje heterotrofní anoxický proces denitrifikace, kdy dojde k přeměně dusitanů na elementární dusík často s několika meziprodukty NO3- → NO2- → NO → N2O → N2. [4]. Na průběhu aktivačního procesu se podílí celá řada faktorů (koncentrace rozpuštěného kyslíku a oxidu uhličitého, hodnota pH, teplota atd.), je proto nutné věnovat pozornost optimalizaci tohoto procesu v závislosti na aktuálních podmínkách. 2.1

Pevně nastavená doba nitrifikace a denitrifikace

Tento způsob řízení je v současnosti stále hojně využívaným systémem. Jak již název napovídá, jedná se o přesně nastavenou dobu nitrifikace a denitrifikace (především na základě předchozích zkušeností při řízení aktivačních procesů), s následnou úpravou pro konkrétní ČOV. I přes optimalizaci nastavené doby pro danou ČOV nelze touto metodou jakkoliv reagovat na aktuální situaci, tedy aktuální znečištění odpadní vody. S vhodným nastavením délky trvání procesů je však možné dosáhnout kvalitního čištění OV, jak bude dále prezentováno v kapitole 3. Snížení nákladů na řízení aktivační nádrže. 2.2

Závislost na koncentraci rozpuštěného kyslíku a pH

Obdobně jako v předchozím případě se jedná o často využívaný způsob řízení, v současnosti nejčastěji využívaný. Jedná se o manuální nastavení pevné hodnoty koncentrace rozpuštěného kyslíku a rozmezí pH. Obecně byla pro odstranění dusitanů zjištěna optimální koncentrace rozpuštěného kyslíku 2,7-5,7 mg/l a optimální pH 6,45-7,85. [2] Vždy je ovšem potřeba ke každé čistírně přistupovat individuálně a hodnoty přizpůsobit konkrétní odpadní vodě. Ne vždy je však dané nastavení dostatečně efektivní a to především v kombinaci s jednobodovým měřením koncentrací v nádrži. 2.3

Matematický vztah v závislosti na koncentraci amoniakálního dusíku

Pro tento systém je typická kaskáda regulátorů, kdy je jedním regulátorem stanovena hodnota koncentrace rozpuštěného kyslíku, zatímco druhý regulátor stanovuje veličinu nutnou k dosažení žádané hodnoty, kterou jsou otáčky dmychadla, případně otevření regulační klapky. Je možné využití PID regulátoru pro stanovení hodnoty koncentrace rozpuštěného kyslíku. Pro regulátor bývá využívána hodnota koncentrace amoniakálního dusíku na odtoku i průměrná koncentrace rozpuštěného kyslíku. Na ČOV v Uppsale je efektivní konstantní nastavení požadovaných hodnot koncentrací rozpuštěného kyslíku 3,5 mg/l a Namon 5 mg/l. [1]

46


2.4

2015 / 2

Závislost na koncentraci amoniakálního dusíku

Možností pro zlepšení odstranění dusíku a šetření nákladů na energie může být také nastavení nitrifikace a denitrifikace na základě měření koncentrace amoniakálního dusíku (N-NH4+). Řízení je prováděno nastavením frekvence motorů dmychadel na základě koncentrace amoniakálního dusíku a to nejlépe na konci aerační zóny. Řízení je zpravidla na základě PID regulátoru s nastavenou koncentrací N-NH4+ na hodnotu 8,5 mg/l s tím, že v létě je možné zvýšení na 9,5 mg/l (na ČOV Praha). Při tomto způsobu řízení je nutné nastavit regulátor tak, aby měl delší odezvu, která odpovídá reakční době nitrifikantů, tedy cca 1-1,5 hodiny. [3] Je nutné mít na paměti, že výše zmíněná hodnota je závislá na mnoha parametrech, proto není možné ji striktně použít na všech ČOV. 2.5

Závislost na amoniakálním dusíku a dusičnanech

Jedná se o velmi přesnou a efektivní metodu při odstranění dusíku, protože je schopna rychle reagovat na aktuální koncentrace v odpadní vodě. Jedná se o řízení procesů nitrifikace a denitrifikace v závislosti na koncentraci amoniakálního (N-NH4) a dusičnanového (N-NO3) dusíku s jejich vzájemnou vazbou. Pro možnost využití tohoto systému je nutné v aktivační nádrži instalovat dvě, lépe však tři online sondy indikující aktuální koncentraci N-NH4 a N-NO3, optimálně i rozpuštěného kyslíku, jako pojistku pro případ poruchy. První etapou aktivačního procesu je proces nitrifikace, který je zahájen sepnutím aeračního zařízení v závislosti na koncentraci dusičnanového dusíku N-NO3 a zároveň při dodržení podmínky maximální koncentrace amoniakálního dusíku N-NH4. Proces nitrifikace je pak ukončen na základě dosažení dané koncentrace amoniakálního dusíku. Následuje druhá fáze a to denitrifikace, která nastane po vypnutí aeračního zařízení, přičemž v této fázi je hodnota N-NO3 pouze hodnotou informativní.

3

SNÍŽENÍ NÁKLADŮ NA ŘÍZENÍ AKTIVAČNÍ NÁDRŽE

Při čištění odpadních vod je nezbytná dodávka elektrické energie pro jednotlivé procesy čištění. Největší podíl na spotřebě elektrické energie má na svědomí aktivační nádrž. Jak již bylo výše popsáno, pro zajištění aktivačního procesu je nutné provzdušňování aktivační nádrže. Vzhledem k neustále se zvyšujícím cenám energií je žádoucí snížení potřebných nákladů na provoz ČOV. Proto jsme se zaměřili na konkrétní ČOV v obci Mikulov navržené pro 25 000 EO, jejíž součástí jsou dvě oběhové aktivační nádrže, které jsou řízeny pomocí nastavení pevné doby nitrifikace a denitrifikace. Konkrétně se jedná o následující nastavení: doba nitrifikace 60 min., následuje 10 min. ustálení a poslední nezbytnou fází je 80 min. denitrifikace, jeden cyklus tedy trvá 150 minut. Během nitrifikace přerušovaně docházelo provzdušňování a to v celkové délce 30 min. Při tomto provozu činí spotřeba elektrické energii v aktivační nádrži celých 45% z celkové spotřeby na čistírenský provoz. Průměrná spotřeba na jednotlivé procesy v červenci 2015 je znázorněna na následujícím grafu Obr. 1 (vlevo). Na úvod je rovněž nutné zmínit, že tato ČOV splňuje veškerá nařízení pro vypouštění odpadních vod.

47


2015 / 2

Obr. 1 Procentuální rozdělení spotřeby elektrické energie na čistírně odpadních vod Mikulov, původní nastavení aerace (vlevo), snížená doba aerace (vpravo)

Na ČOV Mikulov není problém s dodržováním povolených limitů pro vypouštění odpadních vod, proto jsme se zaměřili na možnost snížení nákladů, konktrétně tedy na provoz aktivační nádrže. Ke stávající kyslíkové sondě v aktivační nádrži byly instalovány dvě sondy, které online zaznamenávají hodnoty amoniakálního dusíku a dusičnanů. Po dobu několika měsíců byly pozorovány měřené parametry, aby bylo možné provést úpravu nastavení doby nitrifikace a denitrifikace. Z prováděného měření N-NH4+ a N-NO3 v období od května do července se ukázalo, že dochází ke značnému kolísání koncentrací v aktivační nádrži, často i mimo povolené limity což bylo způsobeno vysokým bodovým zatížením (např. vyvážení fekálních vozů), ale i velmi vysokými teplotami v téměř bezdeštném období. V měsíci srpnu proběhlo plánované čištění aktivačních nádrží, přičemž po jejím opětovném zaběhnutí byl nastaven nový režim řízení. Konkrétně došlo ke změně času aerace, což znamená dobu nitrifikace 40 min., ustálení 10 min. s následnou denitrifikací v délce 100 min. Cyklus 150 minut byl ponechán, avšak došlo ke třetinovému snížení doby nitrifikace a tím i ke snížení požadavku na provzdušnění. Změna cyklu byla změnou velmi pozitivní, došlo ke snížení výkyvů i snížení koncentrací obsahu amoniakálního dusíku (N-NH4+) i dusičnanů (N-NO3). Tuto pozitivní změnu nelze přičítat pouze změně doby provzdušňování, ale jistě nese svůj velký podíl i počasí, kvalita vody, vyčištění nádrží a případné další. Velmi pozitivním výsledkem však je, že se po snížení doby aerace ušetřily náklady na spotřebu elektrické energii a nikterak se nezhoršila kvalita vyčištěné odpadní vody, ba naopak oproti přechozímu měření jsou hodnoty koncentrací N-NH4+ a N-NO3 nižší a kolísání je udržováno v nízkém rozmezí. Změna procentuálního rozdělení celkových nákladů na spotřebu energické energie je názorná na Obr. 1, kdy došlo ke třetinovému snížení nákladů za aeraci, neboli k celkové úspoře za spotřebu energií. Na grafu viz Obr. 2 můžeme názorně vidět hodnoty koncentrací ze sond umístěných v aktivační nádrži v průběhu jednoho dne, hodnoty jsou v jednotlivých dnech samozřejmě rozdílné, avšak s obdobným charakterem i hodnotami.

48


2015 / 2

N-NO3 a N-NH4 [mg/l]

10

NO3

NH4

8 6 4 2 0 0:00

2:24

4:48

7:12

9:36

12:00

14:24

16:48

19:12

21:36

0:00

čas [hod] Obr. 2 Ukázka koncentrace amoniakálního dusíku (N-NH4+) a dusičnanů (N-NO3) v aktivační nádrži za jeden den, konkrétně dne 22. 10. 2015

V následující tabulce pro ucelení informací o kvalitě vody přikládám výsledky rozborů vyčištěné odpadní vody opět ze dne 22. 10. 2015 a to v podobě směsného 24 hodinového vzorku (tytu “b”). Můžeme zde pozorovat zcela vyhovující parametry vody na odtoku. Datum

22. 10. 2015

Průtok

1974

m3

Přítok

Odtok

Jednotky

pH

7.6

7.40

mg/l

CHSK

542

26

mg/l

BSK5

161

2.7

mg/l

NLc

312

4

mg/l

N-NO2

0.315

0.01

mg/l

N-NO3

1.11

0.54

mg/l

N-NH4

26.9

<0,28

mg/l

N-anorg

28.30

0.708

mg/l

Pc

6.15

0.28

mg/l

Tab. 1 výsledky rozborů vyčištěné odpadní vody

4

ZÁVĚR

Možnost úspory energie v aktivační nádrži se ukázala jako velice úspěšná a to i při zachování stávajícího procesu řízení. Pouhou úpravou pevné doby nitrifikace a denitrifikace, tedy úpravou doby provzdušnění, je možné optimalizovat proces čištění odpadních vod. Tímto dojde ke snížení nákladů elektrické energie pro provoz v aktivační nádrži, což se pozitivně projeví i na celkových nákladech nutných pro provoz čistírny odpadních vod. Existuje více možností, jak snížit spotřebu energií na čistírenský proces, proto se budoucnu zaměříme na optimalizaci řízení procesu nitrifikace a denitrifikace změnou způsobu řízení. Avšak pozitivním zjištěním je, že zle snížit provozní náklady ČOV i bez vynaložení vysokých pořizovacích nákladů.

49


2015 / 2

Poděkování

Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I" a projektu FAST-J-15-2745 podporovaného v rámci juniorského projektu specifického výzkumu. Chtěla bych poděkovat panu Otovi Dubinovi, mistru ČOV Mikulov za ochotu a pomoc při sběru dat.

Použitá literatura

[1]

OLSSON, G. & NEWELL, B. Watewater Treatment Systems Modelling, Diagnosis and Control, London, IWA Publishing, 1999, 1371-1377s.

[2]

RUIZ, G., JEISON, D., CHAMY R. Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of watewater with high ammonia concentration. Water research, 2003.

[3]

TALLEC, G., GARNIER, J., GOUSAILLES, M., Nitrogen removal in a watewater treatment plant throught biofilters: nitrous oxide emission during nitrification and denitrifiation. Springer-Verlag 2006, Bioprosess Biosyst Eng (2006) str. 232-333, DOI 10.1007/s00449-0060081-0.

[4]

TODT, V., HRUBÝ, T. & MAREŠ, J., Specifické dávkování chemikálií a řízení dodávky vzduchu dle koncentrace N-NH4+ na ÚČOV Prha. Odpadní vody – Veolia Voda, Plzeň, 2012.

50


2015 / 2

KONTROLA A TESTOVANIE NIVELAČNÝCH PRÍSTROJOV PRE PRÁCE V STAVEBNÍCTVE VERIFICATION AND TESTING OF LEVELING INSTRUMENTS FOR WORK IN BUILDING INDUSTRY Ing. Ježko Ján. Ph.D. ABSTRAKT Príspevok predstavuje postup testovania nivelačných prístrojov využívaných pri prácach v stavebníctve. Všeobecne popísaný postup testovania a overovania nivelačných prístrojov (optických i digitálnych) je doplnený výsledkami a hodnotením štyroch vybraných nivelačných prístrojov (Sokkia C40, Geo Fennell NO.10, Spectra AL100 a Leica Sprinter 150) využívaných pre práce v stavebníctve v oblasti technickej nivelácie. Klíčová slova: technická norma, nivelačný prístroj, technická nivelácia, zjednodušený a úplný postup. ABSTRACT The article introduces the testing procedure of levelling instruments in construction. Generally described testing and validation procedure of levelling instruments (optical and digital as well) is supplemented by results and evaluation of four selected levelling instruments (Sokkia C40, Geo Fennell NO.10, Spectra AL100 a Leica Sprinter 150) used to work in technical levelling. Key words: technical standard, levelling instrument, technical levelling, simplified and complete procedure.

1

ÚVOD

Pri práci s nivelačnými prístrojmi (NP) sa predpokladá splnenie základných osových podmienok, definovaných pre tento typ geodetických prístrojov. NP však ako každé meracie prístroje podliehajú rôznym vplyvom, ktoré môžu spôsobiť nedostatočné presné určenie prevýšení. Cieľom príspevku je výklad a aplikácia testovacieho postupu pre určenie odchýlky sklonu zámernej priamky a určenie presnosti prevýšenia meraného v nivelačnej zostave podľa technickéj normy STN ISO 17123-2 s aplikáciou pre štyri nivelačné prístroje.

2

KONTROLA A TESTOVANIE NIVELAČNÝCH PRÍSTROJOV

Kontrola a testovanie geodetických prístrojov používaných v stavebnej praxi je možné realizovať podľa niektorých medzinárodných noriem. Do týchto noriem patrí aj STN ISO 17123-2 (Nivelačné prístroje). Norma je z oblasti pôsobnosti medzinárodnej technickej komisie ISO/TC 172/SC 6 – „Optics and optical instruments /Geodetic and surveying instruments“ (Optika a optické prístroje/Geodetické a meracie prístroje). Špecifikuje skúšobné postupy, zamerané na určovanie a odhad presnosti nivelačných prístrojov a pomôcok pri meraniach v stavebníctve a geodézií. Cieľom týchto skúšok je najmä overenie vhodnosti jednotlivých prístrojov na príslušnú úlohu a splnenie požiadaviek iných noriem. Skladá sa z dvoch častí – postupov [1, 4, 5]: • •

zjednodušená metodika testovania (vhodná pre prístroje používané v stavebnej praxi – prístroje nižšej triedy presnosti), úplná metodika testovania (vhodná pre prístroje určené pre presnú niveláciu, aplikácie v inžinierskej geodézii – prístroje vyššej triedy presnosti).

51


2.1

2015 / 2

Zjednodušená metodika testovania

Metodika je určená na určovanie presnosti optických nivelačných prístrojov používaných na niveláciu a na úlohy v stavebnej praxi s možnosťou používania nerovnakých dĺžok zámer. Postup je založený na určení prevýšenia medzi dvoma bodmi (60m vzdialenými), určuje či testovaný prístroj vyhovuje dovolenej odchýlke pre plánovanú meračskú úlohu [1, 2, 3]. 2.2

Konfigurácia testovacej priamky

Pre zníženie vplyvu refrakcie na minimum, je vhodné na realizáciu skúšky vybrať vodorovné územie (obr. 1.1, 1.2, [3]).

Obr. 1 (prevzaté z [3])

Obr. 2 (prevzaté z [3]) 2.3

Postup merania

Pred meraním je potrebné prístroj aklimatizovať s vonkajším prostredím (2 min. na 1°C teplotného rozdielu). Potom sa vykonajú dve série meraní. V prvej sérii sa prístroj postaví približne do stredu medzi dva body A,B (Δ/2 = 30m). Táto konfigurácia minimalizuje vplyv refrakcie a chyby optickej sústavy (obr. 1). Séria merania pozostáva z 10 meraní, každé meranie pozostáva z odčítania zámery vzad xA,j , na bode A a jedného odčítania vpred xB,j , na bode B. Medzi každým párom odčítaní je treba zmeniť mierne polohu prístroja a znovu urovnať a odčítať nové hodnoty. Po piatich meraniach (xA1, xB1, ..... xA5, xB5) sa merania vzad a vpred vymenia pre ďalších päť meraní (xA6, xB6, ..... xA10, xB10). V druhej sérii je potrebné prístroj postaviť približne v polohe Δ/6 = 10m od bodu A a 5Δ/6 = 50m od bodu B (obr. 2). Takto sa realizuje ďalších desať meraní rovnakým postupom ako pri prvej sérii [3].

3

ANALÝZA NAMERANÝCH ÚDAJOV

Matematicko-štatistická analýza meraných údajov sa delí podľa použitej metodiky testovania (zjednodušená, alebo úplná). 3.1

Spracovanie výsledkov testovania pri zjednodušenej metodike

Prevýšenie pri testovaní je určené vzťahom: hj = xA,j - xB,j ; j = 1,......10 kde hj je rozdiel medzi odčítaním vzad xA,j a odčítaním vpred xB,j .

(3.1)

10

h1 =

∑h j =1

10

j

,

52

(3.2)


2015 / 2

kde h1 je priemerná hodnota prevýšení h j prvej série meraní. Hodnota h1 je považovaná za skutočnú hodnotu prevýšenia medzi bodmi A a B. j =1,...,10, (3.3) v j = h1 - h j kde v j je oprava príslušného meraného výškového rozdielu hj prvej série meraní. Ako počtárska kontrola slúži suma opráv jednej série. 10

∑v j =1

j

= 0.

(3.4)

10

s=

∑v j =1

2 j

,

n

(3.5)

10

kde:

∑v j =1

2 j

je suma štvorcov opráv v j prvej série a n = 10 – 1 = 9 je príslušný počet stupňov

voľnosti (počet nadbytočných meraní), s je empirická chyba výškového rozdielu, získaná z prvej série meraní. 20

h2 =

∑h j =11

10

j

,

(3.6)

kde h2 je priemerná hodnota výškových rozdielov h j druhej série meraní. Rozdiel h1- h2 musí byť v rámci povolenej odchýlky p (napr. podľa ISO 4463-1) pre plánovanú meračskú úlohu. Ak p nie je dané, vtom prípade rozdiel musí spĺňať podmienku │ h1 - h2 │< 2,5.s, kde s je empirická stredná chyba vypočítaná podľa rovnice (3.5). Ak je rozdiel │ h1 - h2 │ príliš veľký, indikuje to nespoľahlivosť merania pri veľkých dĺžkach zámer (50m), a z toho vyplývajúce z chyby z odčítania, refrakcie a chybu zámernej osi. V takomto prípade je treba: • skontrolovať chyby zámernej osi podľa užívateľského manuálu, • zredukovať maximálnu dĺžku zámer.

4

TESTOVANIE NIVELAČNÝCH PRÍSTROJOV PRE TECHNICKÚ NIVELÁCIU PODĽA STN ISO 17123-2

Predchádzajúci postup testovania a overovania nivelačných prístrojov (optických i digitálnych) bol aplikovaný pri testovaní štyroch nivelačných prístrojov (Sokkia C40, Geo Fennell NO.10, Spectra AL100 a Leica Sprinter 150) využívaných pre práce v TN v stavebnej praxi (obr. 3, 4, 5, 6). 4.1

Nivelačný prístroj Sokkia C40

Údaje získané z merania prístrojom Sokkia C40, ako aj vypočítané prevýšenia, priemerné prevýšenia a opravy sa nachádzajú v tab. 1 [1, 2].

Obr. 3 Nivelačný prístroj Sokkia C40 [2]

Obr. 4 Nivelačný prístroj Geo Fennell NO.10 [2]

53


1 j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Σ

2 xAj [m] 0,588 0,612 0,613 0,576 0,636 2,022 2,020 2,000 2,026 2,027 13,120

3 xBj [m] 1,995 2,009 2,012 1,983 2,043 0,615 0,613 0,593 0,620 0,621 13,104

2015 / 2

4 hj [m] -1,407 -1,397 -1,399 -1,407 -1,407 1,407 1,407 1,407 1,406 1,406 0,016

5 vj [mm] -2,0 8,0 6,0 -2,0 -2,0 -2,0 -2,0 -2,0 -1,0 -1,0 0,0

6 v2j [mm2] 4,0 64,0 36,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 1,0 1,0 126,0

7 j 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Σ

8 xAj [m] 1,064 1,034 1,046 1,042 1,040 2,443 2,425 2,449 2,442 2,446 17,431

9 xBj [m] 2,463 2,442 2,445 2,441 2,442 1,043 1,025 1,039 1,043 1,047 17,430

10 hj [m] -1,399 -1,408 -1,399 -1,399 -1,402 1,400 1,400 1,410 1,399 1,399 0,001

Tab. 1 Merané hodnoty, prevýšenia a opravy

h1 =- 1,405 m

h2 =- 1,401 5 m

s =0,003 7 m

│ h1 - h2 │ < 2,5 . s

(4.1)

V riešenej úlohe │ h1 - h2 │= 0,004m a to je menej ako 2,5.s = 0,009m. 4.2

Nivelačný prístroj Geo Fennell

Údaje získané z merania NP Geo Fennell, vypočítané prevýšenia, priemerné prevýšenia a opravy sa nachádzajú v tab. 2 [1,2]. 1 j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Σ

2 xAj [m] 0,500 0,607 0,606 0,613 0,596 2,035 2,041 2,038 2,048 2,048 13,132

3 xBj [m] 1,904 2,013 2,020 2,028 2,001 0,629 0,630 0,628 0,641 0,640 13,134

4 hj [m] -1,404 -1,406 -1,414 -1,415 -1,405 1,406 1,411 1,410 1,407 1,408 -0,002

5 vj [mm] 4,6 2,6 -5,4 -6,4 3,6 2,6 -2,4 -1,4 1,6 0,6 0,0

6 v2j [mm2] 21,16 6,76 29,16 40,96 12,96 6,76 5,76 1,96 2,56 0,36 128,4

7 j 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Σ

8 xAj [m] 0,962 0,968 0,978 0,988 0,993 2,390 2,387 2,381 2,384 2,385 16,816

9 xBj [m] 2,365 2,370 2,381 2,387 2,394 0,988 0,986 0,979 0,982 0,983 16,815

10 hj [m] -1,403 -1,402 -1,403 -1,399 -1,401 1,402 1,401 1,402 1,402 1,402 0,001


h1 = -1,408 6 m

h2 = -1,401 7 m │ h1 - h2 │ < 2,5 . s

s =0,003 8 m (4.2)

V riešenej úlohe │ h1 - h2 │= 0,007m a to je menej ako 2,5.s = 0,009m.

Obr. 5 Nivelačný prístroj Spectra AL100/AL200 [2]

Obr. 5 Nivelačný prístroj Leica Sprinter 150 [2]

54


4.3

2015 / 2

Nivelačný prístroj Spectra AL224

Údaje získané z merania prístrojom Spectra AL224, a nachádzajú v tab. 3 [1, 2]. 1 j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Σ

2 xAj [m] 0,536 0,588 0,597 0,590 0,593 1,912 1,912 1,893 1,921 1,914 12,456

3 xBj [m] 1,807 1,859 1,867 1,860 1,864 0,643 0,640 0,622 0,650 0,642 12,454

4 hj [m] -1,271 -1,271 -1,270 -1,270 -1,271 1,269 1,272 1,271 1,271 1,272 0,002

5 vj [mm] 0,2 0,2 -0,8 -0,8 0,2 1,8 -1,2 0,2 0,2 -1,2 0,0

6 v2j [mm2] 0,04 0,04 0,64 0,64 0,04 3,24 1,44 0,04 0,04 1,44 7,60

7 j

8 xAj [m] 1,081 1,093 1,108 1,114 1,111 2,384 2,361 2,375 2,368 2,371 17,366

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Σ

9 xBj [m] 2,354 2,367 2,381 2,388 2,383 1,111 1,088 1,101 1,096 1,098 17,367

10 hj [m] -1,273 -1,274 -1,273 -1,274 -1,272 1,273 1,273 1,274 1,272 1,273 -0,001


h1 =-1,270 8 m

h2 =- 1,273 1 m

s =0,001 m

│ h1 - h2 │ < 2,5 . s

(4.3)

V riešenej úlohe │ h1 - h2 │= 0,002m a to je menej ako 2,5.s = 0,0025m. 4.4

Nivelačný prístroj Leica Sprinter 150

Údaje získané z merania prístrojom NP Leica Sprinter 150, ako aj vypočítané prevýšenia, priemerné prevýšenia a opravy sa nachádzajú v tab. 4 [1, 2].

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 xAj [m] 0,588 0,664 0,687 0,670 0,676 1,931 1,913 1,908 1,905 1,914

3 xBj [m] 1,861 1,937 1,960 1,943 1,948 0,659 0,642 0,635 0,632 0,643

4 hj [m] -1,273 -1,273 -1,273 -1,273 -1,272 1,272 1,271 1,273 1,273 1,271

5 vj [mm] 0, 6 0, 6 0, 6 0, 6 -0, 4 -0, 4 -1,4 0,6 0,6 -1,4

6 v2j [mm2] 0,36 0,36 0,36 0,36 0,16 0,16 1,96 0,36 0,36 1,96

Σ

12,856

12,860

-0,004

0,0

6,40

1 j

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

8 xAj [m] 1,091 1,077 1,085 1,099 1,110 2,369 2,368 2,361 2,364 2,359

9 xBj [m 2,364 2,351 2,360 2,372 2,384 1,096 1,095 1,088 1,091 1,086

10 hj [m] -1,273 -1,274 -1,275 -1,273 -1,274 1,273 1,273 1,273 1,273 1,273

Σ

17,283

17,287

-0,004

7 j


h1 = -1,272 4 m

h2 = -1,273 4 m │ h1 - h2 │ < 2,5 . s

V riešenej úlohe │ h1 - h2 │= 0,001m a to je menej ako 2,5.s = 0,002m.

55

s =0,000 8 m (4.4)


5

2015 / 2

ZÁVER

Technické normy a predpisy majú svoju nezastupiteľnú úlohu na medzinárodnej i na národnej úrovni Ich používanie, ale i preberanie a tvorba sú neodmysliteľnou a nevyhnutnou zložkou v procese technickej realizácie akéhokoľvek výrobku, tovaru i služby. Takouto službou i tovarom je stavebná činnosť i geodetické práce na stavbe. Používanie technických noriem i ich tvorba sa stáva nevyhnutnou súčasťou stavebnej i geodetickej praxe a umožňujú skvalitniť výsledný produkt – stavbu. Výsledkom kontroly a testovania podľa STN ISO 17123 -2 je konštatovanie, že kontrolované prístroje (Sokkia C40, Geo Fennell NO.10, Spectra AL100 a Leica Sprinter 150) testované na základe postupu podľa predmetnej normy a príslušnej testovacej štatistiky (zjednodušená metodika testovania) vyhoveli daným požiadavkám na meranie pre potreby v stavebníctve a môžu byť plne využívané pre požadované úlohy.

Článok bol spracovaný ako súčasť projektu VEGA, reg. číslo projektu 1/0133/14 Vedeckej grantovej agentúry MŠ SR „Detekcia plošných a diskrétnych posunov nestabilných území na báze nízko nákladovej fotogrametrie a satelitných technológií“.


[1]

JEŽKO, J.: Testovanie nivelačných prístrojov podľa medzinárodnej normy STN ISO 17123-2. In: Aktuálne problémy geodézie, inžinierskej geodézie a fotogrametrie. Vedecko-odborný seminár s medzinárodnou účasťou. Katedra geodézie, Bratislava, SR, 2011, ISBN 978-80-2273501-8, nestr.

[2]

MERVOVÁ, D.: Testovanie nivelačných prístrojov podľa STN ISO 17123-2. Bakalárska práca, 2010, Katedra geodézie, Bratislava, 38s. + 15 príloh.

[3]

STN ISO 17123-2: 2005 Optika a optické prístroje – Postupy na testovanie geodetických prístrojov. 2. časť: Nivelačné prístroje.

[4]

STN ISO 17123-5: 2005 Optika a optické prístroje – Postupy na testovanie geodetických prístrojov. 5 časť: Elektronické tachymetre.

[5]

STN ISO 17123-3: 2001 Optika a optické prístroje – Postupy na testovanie geodetických prístrojov. 3. časť: Teodolity.

56


2015 / 2

NEVHODNĚ NAVRŽENÉ STAVEBNÍ PRVKY VERSUS VIDEOANALÝZA KONFLIKTNÍCH SITUACÍ INAPPROPRIATELY DESIGNED BUILDING ELEMENTS VERSUS VIDEO ANALYSIS OF CONFLICT SITUATIONS doc. Ing. Vladislav Křivda, Ph.D.; doc. Ing. Ivana Mahdalová, Ph.D.; Ing. Jan Petrů, Ph.D. ABSTRAKT

Článek se zabývá stručným popisem sledování konfliktních situací v silničním provozu v ČR i v zahraničí. Popisuje původní metodiku videoanalýzy konfliktních situací vytvořenou v 70. letech 20. století. Hlavní část článku je věnována využití videoanalýzy konfliktních situací při hodnocení nevhodně navržených stavebních prvků na křižovatkách. Klíčová slova: silniční doprava, konfliktní situace, bezpečnost silničního provozu ABSTRACT

This paper deals with of brief description of monitoring of road traffic conflict situations in the Czech Republic and abroad. It describes origin methodology of video analysis of conflict situations created in the 70s of the 20th century. The main part of this article is devoted to the use this method for assessment of inappropriately designed building elements on intersections. Key words: Road Transport, Conflict Situation, Road Traffic Safety

1

ÚVOD

Každá pozemní komunikace, resp. její konstrukce musí splňovat přísná kritéria pro zachování bezpečného a plynulého provozu. Spolehlivost takové konstrukce je mj. ovlivněna zatížením a to jednak zatížením, které vytvářejí automobily svou hmotností (např. riziko tvorby vyjetých kolejí na vozovce) a jednak tzv. dopravním zatížením, reprezentovaným intenzitou dopravních proudů. Vysoké intenzity dopravy pak mohou vyvolávat nestandardní chování účastníků silniční dopravy a tím zvýšený počet nebezpečných situací. Tyto situace mohou vyústit v dopravní nehodu a je pak otázkou, zda se jí dalo, či nedalo zabránit. K nehodě může dojít jednak vlivem nepozornosti řidiče (účastníka provozu) a jednak „chybnou infrastrukturou“ (např. nevhodně navržená pozemní komunikace, křižovatka, přechod pro chodce atp.), která zapříčiní špatné chování řidiče a následný problém, tj. například tzv. konfliktní situaci (skoronehodu) nebo přímo dopravní nehodu. Konfliktní situace je takový okamžik či situace v silničním provozu, kdy vzniká, resp. může vzniknout, pro některé účastníky větší než obvyklá míra nebezpečí [4]. Každé dopravní nehodě musí samozřejmě předcházet právě konfliktní situace, jež lze také nazývat jako tzv. skoronehodu. Naopak lze tedy říci, že každá dopravní nehoda je důsledek takové konfliktní situace, kdy se nepodařilo míru nebezpečí střetu odvrátit. Konfliktní situace jsou tedy potenciální nehodové situace a jejich typ pak předurčuje typ dopravní nehody. Statistiky dopravní nehodovosti nám dávají jistý přehled o počtech a příčinách dopravních nehod, statistiky konfliktních situací však logicky neexistují. V případě potřeby je tedy nutno provést analýzu

57


2015 / 2

chování účastníků provozu na místě samém, a to např. s využitím videoanalýzy konfliktních situací. Cílem tohoto příspěvku je tedy poukázat na možnost využití této metody při sledování těch konfliktů, které mohou být příčinou dopravních nehod, u kterých dochází k narušování stavebních prvků křižovatek s tím, že tato metoda byla vyvinuta v rámci odborné činnosti na Fakultě stavební, VŠB-TU Ostrava [8] a jako taková je zde přednášena studentům, kteří ji využívají mj. pro řešení svých závěrečných prací. Použití videoanalýzy konfliktních situací však může také sloužit projektantům dopravních staveb, aby se vyvarovali některých chybných návrhů při projektování křižovatek. Využijí ji rovněž auditoři bezpečnosti pozemních komunikací při bezpečnostních inspekcích.

2

STRUČNÝ VÝVOJ SLEDOVÁNÍ KONFLIKTNÍCH SITUACÍ

Počátky sledováním konfliktních situací sahají do 60. let minulého století, kdy Perkins a Harrish [10] zaznamenávali na základě vizuálního pozorování situace na vstupních ramenech do křižovatky. Zapisovány byly však pouze ty situace, při kterých došlo buď k výraznému vybočení z jízdního pruhu, nebo k prudkému zabrzdění (to bylo evidováno rozsvícením brzdových světel). Tímto postupem se poté zabývali také další autoři jako například Bennet, Baker, Hayward, Rustam a Sabey (viz [2], [3], [6] a [11]). Konfliktní situace byly předmětem sledování i v tehdejším Československu. Počátkem 70. let 20. století se pozorování chování účastníků dopravy začal zabývat doc. Ing. Jan Folprecht, Ph.D. z Ústavu silniční a městské dopravy v Praze, který si uvědomil, že typů konfliktních situací je mnohem více než analyzovali dopravní inženýři ze zahraničí. Uvědomil si také, že pro získání objektivnějších výsledků je vhodné využití videotechniky (více viz následující kapitola). Po nástupu doc. Folprechta na VŠB-TU Ostrava (konkrétně na Institut dopravy Fakulty strojní) se začátkem 90. let začala tato metoda využívat i na tomto pracovišti a to především při pedagogické činnosti. V rámci mezifakultní spolupráce a přestupu některých pracovníků mezi pracovišti se videoanalýza konfliktních situací začala využívat při pedagogické, odborné i publikační činnosti na Katedře dopravního stavitelství Fakulty stavební VŠB-TUO. Výsledkem je řada závěrečných prací studentů všech forem studia i odborných výsledků (články v odborných časopisech, využití v projektech atp.). Původní metodika doc. Folprechta se tak mohla dále rozvíjet a některé počiny, týkající se využití videoanalýzy konfliktních situací při hodnocení nevhodně navržených stavebních prvků na křižovatkách [8], jsou patrné z tohoto článku. Jako další odborníky, kteří se zabývají, příp. zabývali sledováním konfliktních situací, lze jmenovat např. doc. Slabého [12], doc. Kocourka [7], Ing. Ambrose [1], Ing. Zajíce [13] a další. Zajímavým počinem je vznik metodiky [1], která využívá různých způsobů sledování dopravních konfliktů a je pravděpodobně v dnešní době jediným uceleným a certifikovaným dokumentem v ČR pro tuto problematiku.

3

VIDEOANALÝZA KONFLIKTNÍCH SITAUCÍ DLE FOLPRECHTA

Významným počinem, který uskutečnil doc. J. Folprecht při sledování konfliktních situací pomocí videoaparatury, bylo rozdělení těchto situací dle jejich závažnosti. Proto doc. J. Folprecht zvolil tři stupně závažnosti konfliktních situací a to takto [4]: •

I. stupeň – situace, kdy jde o porušování dopravních předpisů v té chvíli osamoceným účastníkem silničního provozu, tj. bez přítomnosti jiných, které by mohl omezit či ohrozit (jde o tzv. potenciální konfliktní situaci),

58


•

•

2015 / 2

II. stupeň – situace, kdy lze pozorovat jisté narušení plynulosti provozu, tzn. situace, které sice nevyvolávají násilnou reakci dalších účastníků, ale váhání, agresivita či prosté chybné jednání je zřejmé a má za následek reakci dalších účastníků, III. stupeň – situace, kdy jedině prudká úhybná reakce (ostré brzdění nebo náhlé vybočení) zamezí střetu.

Na základě bohatých zkušeností stanovil doc. J. Folprecht postup při sledování a hodnocení konfliktních situací s využitím videoaparatury [4]. Nejdříve se pořídí videozáznam vybraného místa, kde má být silniční provoz analyzován, a to pokud možno z co nejvyššího místa. Statisticky průkazný soubor konfliktních situací je možno získat již z hodinového záznamu [5] – nicméně záleží na povaze provozu, typu pozorovaného místa atp. a v případě potřeby je nutné sledovat delší záznam. Je nezbytné, aby videozáznam vyhodnocovalo více osob současně. Jednak se tím zrychlí samotné vyhodnocování a jednak výsledky budou objektivnější, než v případě sledování jediným pozorovatelem. Sledování videozáznamu je však omezeno na maximálně tři hodiny [4], jelikož po této době již klesá soustředěnost a dochází k chybným úsudkům. Při vyhodnocování se využívá možnost záznam zastavit, zpomalit, resp. opakovat, v čemž vlastně spočívá jádro výhody použité technologie. Ze záznamu lze navíc zaznamenat další charakteristiky silničního provozu v daném místě, tj. například intenzita a složení dopravního proudu atp. Soubor vybraných dopravních charakteristik společně se souborem zaznamenaných konfliktních situací pak tvoří datovou základnu určující charakter provozu na daném místě. Vysledované konfliktní situace zaznamenával doc. J. Folprecht do půdorysného schématu dané lokality, jak ukazuje obr. 1. Tímto způsobem se velmi dobře ozřejmí místa jejich kumulací a tím také jejich příčiny. Lze pak vyvodit i případný způsob možných následných opatření k zabránění vzniku těchto konfliktů. Četnost výskytu konfliktních situací je pak ukazatelem váhy (míry vlivu) příčin, které logicky vyplývají z typů konfliktních situací [4]. Projektant dopravních staveb tak může již pouhým posouzením těchto výstupů provést, s cílem zlepšit organizaci dopravy, odpovědný návrh na úpravu uspořádání.

Obr. 1 Příklad grafického zpracování videoanalýzy podle doc. J. Folprechta [4]

Podrobnosti o Folprechtově metodě lze nalézt například v [5] a [8], případně lze kontaktovat přímo autory tohoto článku.

59


4

2015 / 2

VYUŽITÍ VIDEOANALÝZY KONFLIKTNÍCH SITUACÍ PŘI HODNOCENÍ NEVHODNĚ NAVRŽENÝCH STAVEBNÍCH PRVKŮ NA KŘIŽOVATKÁCH

Jako každá metodika i videoanalýza konfliktních situací prochází svým vývojem. V rámci výzkumné činnosti, jenž je shrnuta v [8], bylo nutno přistoupit k různým inovacím a to především při členění konfliktních situací. Podle příslušnosti vzniku dané konfliktní situace pak byly situace nově rozděleny na tzv. vlastní konfliktní situace (souvisí přímo s provozem na sledovaném místě, s jeho stavebním uspořádáním atp.) a na tzv. nevlastní konfliktní situace (nesouvisí přímo s provozem na sledovaném místě, s jeho stavebním uspořádáním atp. a vzniknou mimo sledované místo). Další rozdělení souvisí s alternativou, kdy konfliktní situace vznikne v důsledku jiné situace a samy o sobě by pravděpodobně nevznikly. Konfliktní situace pak dělíme na tzv. prvotní konfliktní situace (nejsou vyvolány jinou situací) a na tzv. následné konfliktní situace (jsou vyvolány jinou situací (zpravidla prvotní, nebo případně i jinou následnou situací). Vzhledem k tomu, že důvod vzniku některých konfliktních situací není zapříčiněn pouze chybným chováním řidiče (resp. jiného účastníka silničního provozu), ale na vzniku těchto situací nese svým způsobem vinu i např. stavební uspořádání sledovaného místa, bylo potřeba konfliktní situace rozdělit následujícím způsobem. První skupinu tvoří tzv. provozní konfliktní situace (zapříčiněné pouze samotným řidičem, resp. jiným účastníkem silničního provozu), druhou pak tzv. stavební konfliktní situace (zapříčiněné nejen samotným řidičem, ale také – mnohdy především – nevhodně navrženými stavebními prvky). Do provozních situací můžeme zařadit například nedání přednosti v jízdě, jízda na červenou, nebezpečí najetí zezadu atp. Mezi stavební konfliktní situace řadíme například jízdu v těsné blízkosti obrubníků, najetí do protisměru při výjezdu z křižovatky atp., ale pouze dojde-li k těmto situacím také vinou nevhodně navržených stavebních prvků! Jde-li o situaci, které šlo zabránit a která tedy vznikla pouze chybným chováním řidiče, měla by být tato situace zařazeno do skupiny provozních konfliktních situací. Na základě zkušeností ([8], [9]) lze konstatovat, že pro sledování a následnou analýzu provozních konfliktních situací je v podstatě dostačující použití tzv. základního videozáznamu z pozorovacího místa umístěného pokud možno v co nejvyšší poloze (podle doporučení původní metodiky doc. Folprechta). Pro sledování a analýzu stavebních konfliktních situací je ale potřeba doplnit základní videozáznam dalším tzv. detailním videozáznamem, který je pořízen v těsné blízkosti problematického stavebního prvku. Postup při hodnocení nevhodně navržených stavebních prvků na křižovatkách je následující ([8] – výrazně zestručněno): 1.

2.

3. 4.

5.

Vytipování problémové křižovatky na základě vlastního pozorování a zkušeností, podnětů občanů (řidičů), provedení ověření průjezdnosti křižovatky pomocí vlečných křivek atp. Monitoring na místě podle identifikačních znaků jako například porušené obrubníky, stopy od pneumatik projíždějících vozidel na obrubnících, poškozené směrové sloupky, pojížděním neznatelné vodicí čáry atp. Pořízení videozáznamu celé křižovatky (tzv. základní videozáznam) pro získání celkového obrazu provozu na křižovatce s vytipováním problémových míst. Pořízení detailních videozáznamů míst, kde na základě vyhodnocení základního videozáznamu je evidentní nebezpečí vzniku stavebních konfliktních situací, nebo míst, kde lze tyto situace předpokládat. Kamera je umístěna v úrovni křižovatky v místě, odkud je na inkriminované místo nejlépe vidět. Body 3 a 4 se mohou provést i současně. Vyhodnocení videozáznamů buď zjednodušeným způsobem (tj. prostá základní analýza provozu z běžícího videozáznamu – viz obr. 2) nebo podrobnou analýzou videozáznamu

60


6.

7.

8. 9. 10.

2015 / 2

(tj. pomocí krokování po jednotlivých snímcích záznamu a porovnáním různých změn např. svislé polohy kola, které najelo na obrubník, vůči podběhu atp. – viz obr. 3). Výsledky videoanalýzy lze pak zaznamenat tabelárně, kde jsou uvedeny přesně časy vzniku konfliktní situace, označení situací zvoleným klasifikačním symbolem, stručný popis vzniku konfliktní situace s případným upozorněním na důležité či zvláštní okolnosti atp. Součástí tabelárního vyhodnocení je pak uvedení údajů o četnosti konfliktních situací a, je-li potřeba, také ukazatelů relativní konfliktnosti (poměr počtu konfliktních situací a počtu projetých vozidel). Samozřejmostí by mělo být zpracování získaných údajů s využitím příslušných matematických a statistických metod. Grafické vyhodnocení se pak provádí zakreslením konfliktních situací do půdorysného schématu (viz obr. 4). Je vhodné použít dvě schémata, přičemž na prvním je vhodnými značkami naznačeno co nejpřesněji místo vzniku konfliktní situace a počtem těchto značek pak četnost daného konfliktu. Na druhém schématu je pak schematický znázorněn průběh vzniku konfliktní situace, ze kterého je mj. zřetelný směr jízdy vozidel, místo vzniku konfliktu atp. Samozřejmostí je shromáždění podrobné fotografické dokumentace a vytvoření videosekvencí konkrétních konfliktních situací. V případě potřeby je vhodné provést ověření průjezdnosti daného místa s použitím vlečných křivek. Závěrem by měl být proveden návrh na opatření za účelem zlepšení plynulosti dopravy a zvýšení bezpečnosti provozu na sledované křižovatce.

Obr. 2 Najetí autobusu na vodorovné značení, resp. do těsné blízkosti obrubníku ostrůvku [8]

Obr. 3 Detail najetí vozidla na obrubník; levá fotografie ukazuje okamžik těsně před najetím na obrubník, prostřední fotografie okamžik, kdy už kolo na obrubník najelo a pravá fotografie pak okamžik sjetí kola zpět na vozovku – je zde patrná jednak mezera mezi pneumatikou a vozovkou (dolní šipka) a jednak změna velikosti mezery mezi pneumatikou a podběhem (horní šipky); mezi levou a pravou fotografií uplynulo 10/25 sekundy [8]

61


2015 / 2

Obr. 4 Schéma vzniku a lokalizace dvou konfliktních situací – příklad [8]

5

ZÁVĚR

Dopravní nehodovost na silnicích v ČR podle statistik každým rokem sice klesá, nicméně z důvodu měnícího se způsobu sledování dopravních nehod (především co se týče povinnosti řidičů hlásit vznik nehody) nelze tyto výsledky brát jako srovnatelné s předchozími údaji. Průkaznější jsou již časové řady ukazující vývoj počtu zraněných či usmrcených, jelikož tyto nehody by měly být policii hlášeny a tudíž lze předpokládat, že se drtivá většina těchto dopravních nehod promítne ve statistice dopravní nehodovosti. Podívejme se na tuto problematiku ale z opačné strany, jinými slovy: definujme si, co to vlastně je dopravní nehoda. Podle zákona [14], je dopravní nehodou událost v provozu na pozemních komunikacích, například havárie nebo srážka, která se stala nebo byla započata na pozemní komunikaci a při níž dojde k usmrcení nebo zranění osoby nebo ke škodě na majetku v přímé souvislosti s provozem vozidla v pohybu – viz § 47, odstavec 1 tohoto zákona [14]. V odstavci 4 uvádí zákon mj. následující povinnost: Dojde-li při dopravní nehodě k usmrcení nebo zranění osoby nebo k hmotné škodě převyšující zřejmě na některém ze zúčastněných vozidel včetně přepravovaných věcí částku 100 000 Kč, jsou účastníci dopravní nehody povinni neprodleně ohlásit dopravní nehodu policistovi [14]. O hlášení dopravní nehody v souvislosti s usmrcením nebo zraněním osoby již řeč byla a obvykle k tomu dochází. Co se týče hlášení nehody s hmotnou škodou na vozidlech, závisí pak na rozhodnutí a dohodě samotných účastníků dopravní nehody. Nicméně často dochází také k dopravním nehodám, kdy dojde k poškození majetku třetí osoby, součásti pozemní komunikace atp. Zákon [14] na takovou událost myslí v odstavci 5 § 47 (upraveno): Povinnost ohlásit dopravní nehodu platí i v případě, kdy při dopravní nehodě dojde ke hmotné škodě na majetku třetí osoby a dojde k poškození nebo zničení součásti nebo příslušenství pozemní komunikace. Pokud se jedná o viditelné poškození, lze opět předpokládat, že k nahlášení nehody dojde. Ale jak je to s hlášením dopravních nehod, dojde-li k nepatrnému poškození (např. při pojíždění zvýšeného obrubníku), jehož následky mohou být zřetelné až po opakovaném poškozování (pojíždění)? V mnoha případech tuto skutečnost řidič ani nezaregistruje a pokračuje v jízdě. Viníkem však nemusí být vždy pouze samotný řidič, ale na vině mohou být také chybně navržené stavební prvky (malý poloměr nároží, nedostatečná šířka jízdního pruhu atp.). K odhalování takových případů, kdy vlivem nevhodně navrženého stavebního prvku dochází k jeho postupnému poškozování, lze s výhodou použít právě videoanalýzu konfliktních situací. Vždy je však nutné mít na paměti, zda se opravdu jedná o pravidelné poškozování těchto stavebních prvků, anebo došlo na tomto místě k ojedinělé dopravní nehodě, poškození vlivem zimní údržby, nebo

62


2015 / 2

se jedná o výjimečné situace zapříčiněné zakrytím sledovaného prvku sněhem, kdy tento prvek není pro řidiče zřetelně viditelný a může dojít k ojedinělému najetí např. na obrubník (viz obr. 5 a 6).

Obr. 5 Srovnání letního a zimního záběru na ochranný ostrůvek [8]

Obr. 6 Srovnání letního a zimního záběru na výjezd z okružní křižovatky; šipkou je označené stejné místo (z jiného úhlu) – vpravo již ovšem s chybějícím směrovým sloupkem [8]

Konfliktní situace způsobené pouze chybným chováním řidiče lze řešit například větší osvětou, která osvětlí správný způsob jízdy a chování na okružních křižovatkách. Tato osvěta však nemůže být zaměřena pouze na nové řidiče (tj. v autoškolách), ale i na stávající zkušenější řidiče, kteří tímto způsobem budou mj. upozorněni na novinky v pravidlech silničního provozu. Konfliktní situace způsobené chybně navrženou křižovatkou lze sice řešit její vhodnou úpravou, je však nutné mít vždy na paměti, že jakákoliv, byť pozitivní, změna může mít za následek vznik dalšího problému, resp. problémů (a mnohdy závažnějších). Sledování konfliktních situací v silničním provozu má jistě svůj opodstatněný význam. Vždy je lépe problémům (tj. zde dopravním nehodám) předcházet, než poté řešit jejich následky, které mohou být a obvykle bývají, poměrně závažného charakteru (úmrtí, zranění, věcná škoda).

PODĚKOVÁNÍ Výsledky uvedené v tomto příspěvku vznikly za finanční podpory projektu výzkumu a vývoje č. CG911-008-910 „Vliv geometrie stavebních prvků na bezpečnost a plynulost provozu na okružních křižovatkách a možnost predikce vzniku dopravních nehod“ Ministerstva dopravy ČR [9].

63


2015 / 2


[1]

AMBROS, Jiří a Josef KOCOUREK. Metodika sledování a vyhodnocování dopravních konfliktů. Brno: Centrum dopravního výzkumu, v.v.i., 2013, 41 s. ISBN 978-80-86502-62-5

[2]

BENNET, C. T. Accident at Urban Junctions. The Journal of the Institution of Highway Engineers 18. 1971, č. 7

[3]

BAKER, W. T. An Evaluation the Traffic Conflicts Technique. Highway Research Record. Washington, 1972, č. 384

[4]

FOLPRECHT, Jan. Metoda sledování a hodnocení konfliktních situací v silniční dopravě a její význam pro zvyšování bezpečnosti provozu. In: Mezinárodní vědecká konference při příležitosti 50 let působení VŠB v Ostravě: Sekce 19: Doprava. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 1995, s. 227-231.

[5]

FOLPRECHT, Jan a Vladislav KŘIVDA. Organizace a řízení dopravy I. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2006, 158 s. ISBN 80-248-1030-1.

[6]

HAYWARD, J. C. Near-miss Determination through Use of a Scale of Danger. Highway Research Record. Washington, 1972, č. 384

[7]

KOCOUREK, Josef. Sledování dopravních konfliktů jako ukazatelů bezpečnosti dopravy. Silnice a železnice. 2010, č. 3, s. P8-P12. ISSN 1801-822X.

[8]

KŘIVDA, Vladislav. Využití videoanalýzy konfliktních situací při hodnocení nevhodně navržených stavebních prvků na křižovatkách. Ostrava, 2012. 100 s. Habilitační práce. VŠBTU Ostrava, Fakulta strojní

[9]

MAHDALOVÁ, Ivana. Vliv geometrie stavebních prvků na bezpečnost a plynulost provozu na okružních křižovatkách a možnost predikce vzniku dopravních nehod. Projekt výzkumu a vývoje č. CG911-008-910 Ministerstva dopravy ČR. Řešitel Katedra dopravního stavitelství, Fakulta stavební, VŠB – Technická univerzita Ostrava. 2009 – 2010

[10]

PERKINS, S. R. a J. I. HARRIS. Traffic Conflicts Characteristics – Accident Potential at Intersections. Highway Research Record. Washington, 1968, č. 225

[11]

RUSTAM, K. a B. E. SABEY. Accident and Traffic Conflicts at Junction. TRRL Report. Crowthorne, Bereshire, 1972, č. 514

[12]

SLABÝ, Petr. Aktivace výzkumu dopravní nehodovosti v letech 1996 – 1999. Silniční obzor. 1997, č. 2. ISSN 0322-7154.

[13]

ZAJÍC, Pavel. Analýza provozu na pozemních komunikacích pomocí automatizovaného hodnocení videozáznamu. Ostrava, 2011. 14 s. Teze disertační práce. VŠB-TU Ostrava, Fakulta strojní.

[14]

Zákon č. 361/2000 Sb. o provozu na pozemních komunikacích a o změnách některých zákonů (zákon o silničním provozu), ve znění pozdějších předpisů. In: Sbírka zákonů České republiky. 2000.

64


2015 / 2

EVALUATION OF A HEATING SYSTEM WITH A HEAT PUMP ACCORDING TO THE MODE OF INPUT DATA Ing. Linhartová Vladimíra ABSTRACT

The paper is focused on evaluating a heating system with an air source heat pump using the bin method. The main goal of the paper is to find the difference between three modes of input outside air temperature data in the calculation. Outside air temperatures are used in three modes, an hour based calculation, monthly frequencies and annual frequencies based calculations. Key words: Bin Method, Heat Pump, Seasonal Performance Factor

1

INTRODUCTION

A heat pump is a machine which is needed for providing low-temperature renewable energy, but it is necessary to deliver energy with a higher potential. The delivered energy is usually electric energy from non-renewable energy sources. Given that, it is important to care how much of the delivered electric energy the heating system is consuming. It is possible to calculate how much electric energy a heating system will consume before the system is installed. The COP (Coefficient of Performance) is used for the evaluation of the efficiency of a heat pump. To have a classified value of the coefficient we need to calculate it according to known temperature conditions in a specified period. The COP is defined as a quotient of the energy supplied by the heat pump and the electric energy input. There are variable working conditions in a heating system during the season. The temperature of heating water varies in connection with the outside air temperature as well as the required heat load. The heat pump capacity drops as ΔT rises, the heating load rises proportionally and, at some point, the heat pump capacity is exceeded. At this moment, a backup heater is used. A heating system with a heat pump is evaluated by the Seasonal Performance Factor, denoted as SCOPnet for electrically driven heat pumps [4,5]. This is a factor of the average seasonal heat pump’s efficiency in the active mode. It is necessary to consider the heat pump’s technical quality, the heating system’s parameters and its temperature conditions, but also the ratio of the heat pump output and the actual heat load [2]. When the weather varies hour-by-hour, the demand set for the heating equipment varies. The basic equation for calculating SCOPnet is described below: SCOPnet=

2

(

(

PRINCIPLE OF CALCULATION

)

)

The computational evaluation of a heating system with a heat pump was carried out using the bin method. This method is applied in standard [1]. The bin method is an energy calculation method used in the prediction of the annual (monthly, hourly) heat pump performance. Every bin is defined by the mean temperature and duration. The calculation is based on the performance characteristics of the heat pump given in products’ standard and on other characteristics of the products as included in the system.

65


2015 / 2

The evaluated heat pump system’s boundary comprises the heat pump, the heat source system, the attached storages and electrical back-up heaters. Auxiliary components connected to the system are considered as well. The real operating time of the air-source heat pump was calculated in each bin. The running time depends on the heating capacity, given by the operating conditions, and on the heat pump requirement, given by the distribution system. The operating time has to be calculated as the quotient of the heat demand in an interval (for space heating and hot water preparation) [kWh] and the real heat pump’s available performance [kW] in the bin. The operating time is always shorter than or as long as the duration of the bin. Hot domestic water preparation takes precedence over space heating. At the lowest outside air temperatures in winter, it could happen that the available time is utilized for hot water and there is not available time for space heating. As the outside air temperature increases, the time available for heating increases, too. While the performance of the heat pump is not high enough to ensure the energy needs of the house, the back-up heater turns on. Then, both energy sources work together. The backup heater is determined by a parallel operation mode and respective temperatures, the balance point temperature and the low temperature cut-out. Using these temperatures, the energy fraction of the heat pump and the backup operation can be determined and the energy consumption can be calculated. In the parallel operation mode of the backup heater, the heat pump is not switched off at the balance point temperature. The backup heater only supplies the part of energy requirement that the heat pump cannot deliver [1]. The electric energy consumption in the heating and hot water mode had to be calculated in each bin. The electric energy consumption for the heat pump operation was calculated. The electric energy consumption of auxiliary equipment (like pumps) was calculated as the multiple of the working time of the heat pump [hours] and the input power of auxiliary equipment [kW]. The input power of auxiliary equipment in the hot water mode was 0.1 [kW] and in the heating mode 0.3 [kW]. The electric energy consumption of the back-up heater was calculated in each bin, too. The output data were balanced during the entire year in every bin. The computational method does not take into account the time of the high electricity tariff. Nor does it take into account if the heat pump reaches the maximum working temperatures. The bin is a statistical temperature class for the outdoor air temperature, with class limits expressed in temperature units. The cumulative frequency only depends on the outdoor air temperature and does not take into account solar and thermal gains. [1]

3

INPUT DATA AND CALCULATION PROCEDURE

The heat pump in this case is used for hot domestic water preparation and space heating in a singlefamily house. Hot domestic water heating has priority over space heating so the calculation was split into two parts. The calculation was done in the Excel spreadsheet. The heat pump was chosen with a suitable compressor and coolant to be able to ensure hot water during the summer time. A low-temperature energy heat pump extracts air from the outside. The heat pump rated power is 8 kW in conditions A7/W35 °C. More accurate characteristics of the heat pump are shown in Fig. 2.The backup heater is an electric boiler. The bin data are based on long-term weather measurements from Praha Ruzyne, Czech Republic. The lowest outside air temperature was – 15.1 °C, the highest temperature was 30.7 °C, the mean outside temperature was 7.9 °C.

66


2015 / 2

The family house has one floor and an attic. The living area is 240 m2. The heat load of the house is 16 kW at a nominal outside temperature of 12 °C. The space heating demand is 28 900 kWh.year-1. The space heating demands are separated into months in Fig 1. The amount of the monthly energy demand was respected in each bin. The space heating requirement of a bin was calculated by a weighting factor which is derived from evaluating the cumulative frequency of the outdoor air temperature by means of cumulative heating degree hours. The heating season is defined by an outside air temperature lower than 13 °C. The heating system never operates during June, July and August. Under these conditions, the heating period has 234 days. The energy demand for hot domestic water heating is 4.3 kWh.person-1.day-1. Four people are calculated to live in the house so the total energy demand is 6 280 kWh.year-1. The time of the heat supply is spread out throughout the day (100 %) in the hour based bin method as follows [3]: 35% from 0 a.m. to 5 p.m., 50 % from 5 p.m. to 8 p.m. and the remaining 15 % from 8 p.m. to 0 a.m. The reduction of the hot water consumption during summer is not considered. 6000 5000 [kWh]

4000 3000 2000 1000 0

ENERGY DEMAND FOR HEATING [kWh]

ENERGY DEMAND FOR DOMESTIC HOT WATER [kWh]

Fig. 1 Energy demands in the evaluated single-family house

The performance of the heat pump and the COP needed to be calculated according to the outside air temperature and the temperature outgoing from the condenser in each bin. To determine the data for the whole range of source and sink temperatures, linear inter- and extrapolation between the test points were applied. The water temperature outgoing from the condenser is 55 °C in the hot domestic water mode. The designed temperature of the heating water going into the heating system is 45 °C and the temperature gradient is 10 °C. The heating water temperature is converted according to the outside air temperature in other words quality control system. An additional charge to the heating water temperature, for covering losses in heat exchangers etc., is 2 °C. This calculation was made in three variants according to the mode of the input outside air temperature bin data.

67

HEAT OUTPUT AND POWER CONSUMPTION [kW]


2015 / 2

65°C 55°C 45°C 35°C

12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00

65°C 55°C 45°C 35°C -20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

INLET TEMPERATURE TO THE EVAPORATOR [°C]

Fig. 2 Heat pump’s properties measured by the manufacturer 3.1

Evaluation based on hourly bin data

OUTSIDE AIR TEMPERATURE [°C]

Hour based data of the outside air temperature were used in the calculation. There were 8760 bins with a duration of one hour in the calculation. 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 -5,0 -10,0 -15,0 1

1 001

2 001

3 001

4 001

5 001

6 001

7 001

8 001

HOURS IN AN YEAR

Fig. 3 Temperature bin data for each day of the evaluated year 3.2

Evaluation based on monthly frequency of outside air temperature

The frequency of the outside air temperature was calculated during each month. The number of hours in each bin was calculated with the outside air temperature step 1 K. Praha Ruzyne has the following temperature bin data for the month of January and July, see Fig. 4.

HOURS IN A MONTH

80 70 60 50 40 30 20 10 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

0 OUTSIDE AIR TEMPERATURE [°C]

Fig. 4 Temperature bin data for the month of January and July 3.3

Evaluation based on annual frequency of outside air temperature

The frequency of the outside air temperature was calculated during one year. The number of hours in each bin was calculated with step 1 K. Praha Ruzyne has the following temperature bin data for an annual calculation period, see Fig. 5.

68


2015 / 2

450

HOURS IN AN YEAR

400 350 300 250 200 150 100 50 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0 OUTSIDE AIR TEMPERATURE [°C]

Fig. 5 Temperature bin data for the evaluated year

4

OBTAINED RESULTS

The results obtained in the evaluation of the heating system in the three modes of outside air temperature data are summarized in Tab. 1. From the comparison of the obtained results, we can see that there are no greater differences than by tens of kWh. The results from these three evaluations are comparable in the perspective of the whole year evaluation. Calculated values Units Amount of heat from heat pump delivered into heating kWh system Energy for heat pump operation

kWh

Hour

Month

Year

33 520

33 337

33 754

9 282

9 160

9 231

Energy demand of auxiliary devices

kWh

1 126

1 116

1 127

Output of back-up heater

kWh

1 660

1 842

1 426

COP of heat pump

-

3.61

3.64

3.66

Seasonal performance factor

-

2.92

2.90

2.86

Tab. 1 Results obtained from the evaluation

If the results are examined in more detail, there are considerable differences in the temperature bins. The greatest difference in the results in Tab.1 is in the output of the back-up heater. The differences are shown in Fig. 6, specifically the back-up heater performance calculated for all 1 K temperature bins (evaluation based on monthly frequencies and the annual frequency of the outside air temperature).

69

OUTPUT OF BACK-UP HEATER [kWh]


2015 / 2

240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -15

-14

-13

-12

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

OUTSIDE AIR TEMPERATURE BINS [°C]

ANNUAL FREQUENCY EVALUATION

MONTH FREQUENCY EVALUATION

Fig. 6 Results of the output of the back-up heater for monthly frequencies and annual frequency evaluation

5

CONCLUSION

While designing a heating system with a heat pump, it is important to calculate how much electric energy the system will consume. The amount of primary electricity consumption should be an important aspect for the designer as well as the investor. There is a comparison of three modes of the input outside air temperature data in this paper – hour based, month based and annual based outside air temperature bin data. From the obtained results, we can assume that the difference is very low in the annualized scale. When the results are under the microscope, it is possible to find out that the results, mainly the annual frequency and also the monthly frequency, differ more than could be acceptable for an exact energy balance. For the initial energy balance, month based bin temperature data could be adequate, but for the exact energy balance, the use of outside air temperature data based on hourly measurement is justified.

Acknowledgement The paper was supported by the student grand SGS of CTU Prague. I would like to thank Associate Professor Tomas Matuska and Professor Jiri Petrak for valuable advice.

70


2015 / 2

Literature

[1]

EN 15316-4-2. Method of calculation of system energy requirements and system efficiencies: Part 4-2: Space heating generation systems, heat pump systems. 2008.

[2]

ANSI/ASHRAE STANDARD 116-2010. Methods of Testing for Rating Seasonal Efficiency of Unitary Air-Conditioners and Heat Pumps. 2010.

[3]

ČSN 060320. Hot Domestic Water Preparation. 2006.

[4]

EN 14825. Air conditioners, liquid chilling packages and heat pumps, with electrically driven compressors, for space heating and cooling - Testing and rating at part load conditions and calculation of seasonal performance. 2014.

[5]

MATUŠKA, Tomáš. Parametry pro hodnocení efektivity tepelných čerpadel: COP a SCOP. TZB-info [online]. 2015, 2015-10-21 [cit. 2015-12-14]. ISSN 1801-4399. Dostupné z: http://vytapeni.tzb-info.cz/tepelna-cerpadla/13196-parametry-pro-hodnoceni-efektivitytepelnych-cerpadel-cop-a-scop

[6]

MATUŠKA, Tomáš. ŠOUREK, Bořivoj. Výpočet ročního provozu tepelného čerpadla intervalovou metodou podle TNI 73 0351. Praha: Topenářství Instalace 07/2014, poř. číslo 286, ročník 48, s. 42-48. ISSN 1211-0906.

[7]

KRAINER, Robert. BAŠTA, Jiří. Intervalová metoda pro hodnocení efektivity provozu tepelných čerpadel. Alternativní zdroje energie 2010. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2010, s. 273-281. ISBN 978-80-02-02241-1.

71


2015 / 2

MOŽNOST PODPORY NA REGENERACI BROWNFIELDS THE POSSIBILITY SUPPORT TO BROWNFIELDS REGENERATION Ing. Lukele Petra Elly; doc. Ing. Korytárová Jana, Ph.D.

ABSTRAKT

Práce se v počátku zaměřuje na vysvětlení obecné charakteristiky urbanistického termínu brownfields. Vysvětluje příčinu, proč tyto lokality nemohou být podporovány z dostupných dotací, a je třeba pro efektivní rehabilitaci navrhnout nový systém, jehož princip je zde nastíněn. Cílem navrhnutého systému by bylo určení doby návratnosti vložených finančních prostředků do sanace na podporu rozvoje brownfields. Tento finanční nástroj by sloužil malým a středním podnikům, ze kterého by čerpali prostředky. V textu je popsána současná analýza stavu a proveditelnost. Klíčová slova: Analýza, brownfields, fond, financování, podpora, proveditelnost

ABSTRACT

The work focuses on issues explaine the general characteristics of urban brownfields term. The specifics reason, why these sites may not be supported by the available funding, and is neccessery create a new system for effective rehabilitation. It explores the possibilities and ways of financing these abandoned and unused areas. The aim of the paper focuses on determine the period of recovery of the investment into sanitation to support the development of brownfields. The text describes the current analysis of condition, feasibility; especially is focused on current funds to support the abandoned territory. Keywords: Analysis, brownfields, feasibility, fund, funding, support

1

OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

Brownfields je urbanistický termín označující opuštěná území, prázdné haly, dopravní stavby, letiště, průmyslové zóny, rozpadající se obytné budovy. Označení vychází z barvy opuštěných staveb na leteckých a satelitních snímcích. Opakem jsou greenfields. Brownfields jsou charakteristické často svými obrovskými rozměry, negativními sociálními a ekologické dopady, jako jsou například krádeže, shromažďování bezdomovců, vandalismus apod., a nesmíme opomenout jejich velkou ekologickou zátěž. Pohlédneme na brownfields z opačného úhlu pohledu, jsou v mnoha případech tvořeny kulturně a technicky cennými budovami, včetně jedinečného technologického vybavení či výstavbou. Při obnovení užívání budov se proto doporučuje přihlížet k těmto aspektům a pokud možno je částečně zachovat. Brownfields často představují potenciál dalšího rozvoje a jejich realizace má pozitivní sociální a ekonomický dopad na danou oblast. Jedním z největších problémů, týkající se sanace brownfields, je potřeba investice a výše finančních prostředků nutné k rekonstrukci brownfields. 1.1

Proč revitalizovat brownfield

Výhody přestavby brownfields jsou jak environmentální, tak ekonomické. Přivedení brownfields k aktivnímu využívání se zvýší atraktivnost lokality, zvýší se hodnota sousedních pozemků, vytvoření

72


2015 / 2

se pracovní místa a lokalita bude vykazovat daňově aktivní. Zlepší se i životního prostředí, může dojít k rozšíření zeleně a aktivního využívání krajiny. Výhodou je i využití stávající infrastruktury a především se snižuje rozléhání měst do okolí. Je třeba si uvědomit, že volný prostor není neomezený a ničme si tak krajinu.

2

SOUČASTNOST A POČET BROWNFIELDS V ČR

V současné době existuje Národní databáze brownfieldů, která obsahuje detailní informace včetně vlastnických vztahů, ekologické zátěže i fotografií ve velkém rozlišení o brownfields napříč celou Českou republikou. Cílem regenerace je zvýšit přitažlivost a hodnotu jednotlivých lokalit na úroveň, kdy mohou přímo soutěžit s výstavbou na zelené louce V Národní databázi brownfieldů v současné době CzechInvest eviduje 3 136 BF z toho je 497 ve veřejném vlastnictví, 526 BF je publikováno na webu www.brownfieldy.cz, z toho je 114 BF ve veřejném vlastnictví. Dále je evidováno 604 BF, u nichž je kombinované vlastnictví, z toho je publikováno 23 BF. Na základě předběžných výsledků lze odhadnout, že se na území České republiky vyskytuje asi 12 000 ha brownfields. Tohle číslo ovšem není konečné a pro současnost není ani jiné k dispozici. Roku 2011 byl proveden odhad, který hovoří o čísle mezi 8 500 - 11 700 lokalit, zaujímají plochu až 38 tisíc hektarů. Výkyvy nastaly díky zadání a zpracování v daném kraji, a to například ve velikosti minimálních ploch areálů zařazených do studie. Z toho 10% pochází z průmyslové výroby a 17% brownfields by se dalo opět využít pro průmyslovou výrobu. Přesné číslo je téměř nemožné zjistit. Problematikou regenerace brownfields v České republice se zabývá Ministerstvo průmyslu a obchodu, Ministerstvo životního prostředí a Ministerstvo financí.

Obr. 1 Schéma Národního programu

3

VYHLEDÁVACÍ STUDIE PRO MODEL NA REGENERACI ÚZEMÍ

Nejvhodnějším řešením k sanaci brownfields je návrh vyhledávací studie modelu návratnosti a řešení financování fondu. Je třeba brát v úvahu tři možné strany. Na straně jedné soukromý sektor, a kolik by mohl zafinancovat do projektu, dále stát, a co získá obec za pozemek. Ideálním výstupem práce by byl zvolen výše úvěru pro vytvoření akciové společnosti na podporu dotčených lokalit. Výsledek bude konzultován s Ministerstvem průmyslu a obchodu České republiky a bude použit pro účely fondu pro podporu brownfields. Jedná se například o propočítání vynaložených nákladů a posléze výše nájemného ve zrekonstruované lokalitě. Peníze se opět vloží do fondu a budou znovu použity na další regeneraci lokality. Je potřeba pečlivě zvážit dobu návratnosti. V rámci průzkumu nákladů na ekologické škody je potřeba znát procento zamořeného území z celkové plochy zóny. Prozkoumáním databáze bylo ověřeno, že

73


2015 / 2

není možné přesně odhadnout procento kontaminace průmyslových zón. Pro vyhledávající studii je nezbytné i vymezení základních kritérií, aby lokalita mohla být do ní zařazena. Do seznamu budou vloženy lokality malých velkých podniků a musí být zároveň v Národní databázi brownfieldů. Ministerstvo průmyslu a obchodu České republiky pracuje na vývoji fondu k regeneraci brownfields: a. Struktura a složení projektového týmu Obsahuje návrh struktury a naplnění organizační struktury tvorby strategie, tj. především obsazení role Gestora tvorby strategie, Koordinátora tvorby strategie, složení Týmu pro tvorbu strategie a dalších rolí potřebných pro tvorbu dané strategie. b. Analýza zainteresovaných stran Obsahuje popis klíčových zainteresovaných stran a rámcový návrh způsobu jejich zapojení do tvorby strategie. Dále budou v této podkapitole uvedené zainteresované strany, které se budou podílet na schvalování strategie (respektive se budou podílet na samotném rozhodnutí o tvorbě strategie). Zároveň budou popsány hlavní zájmy, potřeby a priority klíčových zainteresovaných stran, které mohou ovlivnit tvorbu strategie nebo její schválení. c. Aktivity tvorby strategie Tato podkapitola obsahuje hlavní aktivity a činnosti (včetně indikace metod, nástrojů a technik potřebných pro jejich realizaci) potřebné pro vytvoření strategie, přičemž je u nich uveden jejich předpokládaný rozsah. d. Odhad nákladů a harmonogramu tvorby strategie Indikativní harmonogram a rozpočet tvorby strategie zohledňuje především nastavený rozsah a hlavní aktivity tvorby strategie. e. Hlavní rizika tvorby strategie Obsahuje popis hlavních rizik spojených s tvorbou strategie a vyhodnocení jejich významnosti (tj. jak mohou tato rizika postup tvorby strategie včetně jejího schválení ovlivnit). Pro potřebu modelu budou lokality rozděleny do tří úrovní podle sanačních typů brownfields. První skupina lokality A představují rozvojové projekty, které jsou poháněné soukromým financováním. Lokality B jsou charakterizovány jako hranice rentability. Mají tendenci být financovány prostřednictvím PPP. Lokality C zahrnují projekty představující projekty zejména ve veřejném sektoru nebo obecní, poháněné veřejnými finančními prostředky nebo zvláštních právních nástrojů (např. daňové pobídky) [1].

:

Obr. 2 Sanační typy brownfields [2]

74


2015 / 2

Obr. 3 Možnosti trhu [1]

4 4.1

DÍLČÍ VÝSTUPY Návrh modelu

V rámci spolupráce s Ministerstvem průmyslu a obchodu bude navržen model pro zhodnocení a posouzení rentability, reálnosti a návratnosti investice do brownfields. Tento projekt byl uskutečněn v Moravskoslezském kraji pod vedením pana Foltýnka v rámci programu JESSICA. Ministerstvo průmyslu a obchodu by chtělo zhotovit tento fond fungující pro celou Českou republiku a podporovat tím sanaci brownfields. Strategie fondu je regenerace brownfields a výstavba infrastruktury pro podnikání. V Ostravě program probíhal tak, že společnost PPF Financial Consulting sestavila tým specialistů, který byl kompetentní naplnit výzvy spojené s finančními nástroji v celém životním cyklu od plánování integrované strategie rozvoje města po přípravu a realizaci konkrétního projektu. CONTERA Management je společnost vedená lidmi, kteří mají mnohaleté zkušenosti v oblasti řízení projektů, řízení stavebního procesu a rozvojem nemovitostí. Jedná se o existenci tržní mezery, kdy region severní Moravy představuje přílišné riziko pro komerční banky, pokud se mluví o projektovém financování a podnikatelských nemovitostech. Je zde uplatněn přístup „end – to – end“, kdy manažer fondu pracuje s projekty již v rané fázi, a to jak na straně nabídky tak i poptávky, a propojuje vlastníky, klienty a finance. Díky dalším službám, nad rámec služeb fondu dramaticky klesá „technické“ riziko financování. Moravskoslezský kraj si vybral na rozvoj EIB. Byly vypsány 2 soutěže na úvěrový program regenerace brownfields, ale nebyl funkční. V druhé byl zvolen fond a správce fondu a sbíral žádosti a předkládali se mu projekty. Tím se pak založí SPB (akciová společnost) a do ní obec vloží pozemek, SPV finance a zrealizuje se projekt. Jedná se o podobný princip jako u PPP, ale zde je problém koncesních smluv, a že vlastník je většinou developer a lidé si navzájem nevěří. Návrh modelu bude nejprve nejprve obsahovat identifikaci a členění lokalit, poté je třeba určit dostupné dotační fondy pro daný rok. Nejdůležitejší částí modelu bude výpočet, aby lokalita byla schopna návratnosti, a za jakých podmínek nastane. Neméně významným je výpočet či odhad budoucího nájmu lokality, od kterého se doba návratnosti odvíjí. Vše se musíme dát do matematické podoby a získat potřebný vzorec. Je zapotřebí zjistit náklady na výstavbu zóny a objektu, model investic státních a soukromých prostředků, určit analýzu nákladů vynaložených na výstavbu. Je třeba nastínit nejlepší řešení, přehlednost a správnost výpočtů, s cílem použití identifikace lokalit pro Českou republiku, a vytvoření fondu pro uskutečnění návratných akcí lokalit k životu.

75


4.1.1

2015 / 2

Finanční nástroje v Moravskoslezském kraji – alternativní forma financování městského rozvoje z prostředků EU

Evropská komise připravila v rámci přípravy programového období 2007-2013 4 iniciativy, označované jako 4J – JESSICA, JEREMIE, JASPERS a JASMINE. Smyslem těchto iniciativ bylo zvýšit účinnost a udržitelnost využívání strukturálních fondů. Jedná se o finanční nástroje a technickou asistenci. JASPERS – příprava velkých projektů JASPERS, neboli „Společná pomoc při podpoře projektů v evropských regionech“, poskytuje technickou pomoc pro dvanáct zemí EU, které přistoupily v roce 2004 a 2007. Tým JASPERS nabízí pomoc při přípravě velkých projektů, které budou spolufinancovány z EU fondů a na které jsou kladeny vysoké kvalitativní požadavky. JEREMIE – financování MSP JEREMIE, neboli „Společné evropské zdroje pro mikropodniky až střední podniky“, je iniciativou Evropské komise vyvinutou společně s Evropským investičním fondem (EIF). Podporuje využití finančních nástrojů s cílem zlepšit přístup k financování pro malé a střední podniky. JESSICA – podpora městského rozvoje JESSICA, neboli „Společná evropská podpora udržitelných investic do městských oblastí“, je iniciativa Evropské komise připravená ve spolupráci s Evropskou investiční bankou (EIB) a Radou Evropské rozvojové banky (CEB). Podporuje trvale udržitelný rozvoj měst a regeneraci pomocí finančních nástrojů. JESSICA podporuje udržitelné městské podporou projektů například v následujících oblastech:

• městská infrastruktura - doprava, voda/odpadní vody, energie; • kulturní památky a dědictví - cestovní ruch nebo jiné udržitelné využití; • regenerace brownfields; • tvorba zázemí pro malé a střední podniky, IT a/nebo R&D; • univerzitní kampusy; • lepení energetické činnosti [1]. Jak JESSICA funguje? Příspěvky z Evropského fondu pro regionální rozvoj (ERDF) jsou přiděleny fondům rozvoje měst (FRM, UDF), které je investují do partnerství veřejného a soukromého sektoru nebo do jiných projektů zahrnutých do integrovaného plánu pro udržitelný rozvoj míst. Tyto investice mohou mít formu vlastního kapitálu, úvěrů a/nebo záruk. Alternativně může řídící orgán směrovat finanční prostředky do fondů pomocí holdingového fondu (HF), které jsou vytvořeny, aby investovali do několika FRM. Vzhledem k revolvingovému charakteru nástrojů jsou výnosy z investic znovu investovány do nových projektů rozvoje měst, čímž se recyklují veřejné prostředky [1]. Jaké jsou výhody využití FN

• Udržitelnost - investice FRM by měly generovat výnosy a tímto způsobem splatit poskytnutou podporu. To nabízí udržitelnější alternativu k pomoci tradičně poskytované prostřednictvím dotací.

76


2015 / 2

• Pákový efekt - tím, že fond kombinuje strukturální fondy s jinými zdroji financování, bude JESSICA zvyšovat disponibilní prostředky, které jednodušeji poskytnou podporu většímu počtu projektů. • Flexibilita - model JESSICA nabízí flexibilitu, a to jak z pohledu struktury, tak při využívání finančních prostředků formou vlastního kapitálu, úvěru nebo záruky. Ty pak mohou být přizpůsobeny specifickým potřebám jednotlivých regionů či projektů. • Odbornost - JESSICA umožňuje řídícím orgánům, městům a obcím, aby zapojily soukromý a bankovní sektor. To pomáhá k přilákání dalších investic, stejně jako technické a finanční kapacity pro řízení projektů [1]. Využití nástroje JESSICA v EU

• • • •

Připraveno 65 hodnotících studií na téma JESSICA ve 22 členských státech; 54 studií již dokončeno (http://jessica.europa.eu; www.eib.org/jessica); 1,89 mld. EUR formálně převedeno do 22 JESSICA schémat v 11 členských státech; 19 Holdingových fondů and 3 FRM bez HFm z tohi 18 řízeno EIB; cca 30 FRM je aktuálně vybráno, první projekty se realizují v Estonsku, Německu, Polsku a Litvě [1].

Očekávání od příštího období

• • • • • •

Předpokládá se zvýšení významu finančních nástrojů při využívání rozpočtových zdrojů EU (Budget review, 5th Cohesion Report, MFF 2014-2020); legislativní rámec pro 2014-2020 poskytne jasnou sadu pravidel, která bude založena na současné dobré praxi; „direct management“ - komise bude podporovat vznik centrálně řízených fondů ve správě EIB. rozsah – společné ustanovení v Obecném nařízení pro všechny fondy (ERDF, ESF apod.), pokrytí všech tematických cílů. novinka – Ex ante hodnocení zapojení FN jako povinná součást přípravy operačního programu. kombinace – projekty by měly snáz získávat návratnou i dotační podporu, vždy s aplikací adekvátních pravidel pro veřejnou podporu [1].


[1]

FOLTÝNEK D. (2014). Regenerace brownfields s využitím finančních nástrojů. Prezentace. [cit. 2015-10-01]

[2]

CABERNET (2013). MODEL 2: Brownfield Redevelopment Types - the A-B-C Model [cit. 2015-10-07]. Dostupný z: http://www.cabernet.org.uk/index.asp?c=1312

77


2015 / 2

CENOVÁ STATISTIKA STAVEBNICTVÍ CONSTRUCTION PRICE STATISTICS Ing. Nový Martin, CSc. ABSTRAKT

Vývoj cenové hladiny ve stavebnictví na úrovni vstupů (nákladů) i výstupů (cen) dlouhodobě sleduje Český statistický úřad. Publikované cenové indexy lze použít ve smlouvách o dílo uzavíraných mezi objednatelem a zhotovitelem staveb jako koeficient pro tvorbu pružných cen. Nejnovější výsledky roku 2015 ukazují, že s růstem objemu stavební výroby se deflační vývoj obrátil a v několika posledních čtvrtletích dochází k mírnému inflačnímu růstu cen. Klíčová slova: Cenová statistika, cenový index, stavebnictví, pružná cena ABSTRACT

Czech Statistical Office is constantly monitoring developments in the price level in the construction industry at the level of inputs (costs) and output (in prices). Published price indices can be used in contracts for work concluded between the client and the contractor building as a factor for the creation of flexible pricing. The latest results of 2015 show that the growth in production of construction output and a deflationary trend has reversed in the last few quarters there is a slight inflationary price increases. Key words: Price statistics, price index, construction industry, flexible price

1

VÝZNAM STAVEBNICTVÍ

Téměř žádná lidská činností se neobejde bez použití výsledků stavební výroby, tj. staveb. Bydlení, doprava, kultura, vzdělávání, výroba, zdravotnictví, energetika – to všechno jsou oblasti individuálního nebo kolektivního využívání staveb. Stavební výroba má vazby na další odvětví hospodářství, která jí dodávají potřebné materiály, výrobky, energie, služby. Rostoucí požadavky na vstupy do stavebnictví tak vyvolávají růst produkce dodavatelů. Na realizované stavební investice navazuje v dalších letech růst výroby v ostatních odvětvích. Stavebnictví je tedy významnou součástí hospodářství každého státu a je proto nezbytné veškerým informacím spojeným s vývojem ve stavebnictví věnovat náležitou pozornost. Výsledek stavební činnosti – stavební dílo – je vždy originální výrobek vysokého stupně komplexnosti, jehož časová a zdrojová náročností může dosahovat velkých hodnot. Cíl výstavbových projektů se obvykle určuje ve třech rovinách – specifikační (provedení), časové (termíny) a nákladové (cena). Stavební dílo vzniká zabudováním stovek až tisíců různých materiálů, polotovarů a výrobků. Při jejich zpracovávání se uplatňují rozmanité technologie za účasti řady profesně odlišných pracovníků a používají se různá nářadí, stroje a zařízení. Prostředí stavby značně ovlivňuje pracnost a náklady na výrobu. Proto i shodné stavební konstrukce nebo práce se mohou lišit spotřebou zdrojů a tím i náklady a cenou. Způsob a určení výše ceny za stavební práce je v tržním hospodářství věcí dohody zúčastněných stran, tj. investora a dodavatele.

78


2015 / 2

Obvyklým smluvním nástrojem ve stavebnictví je smlouva o dílo vymezená v Občanském zákoníku (zákon č. 89/2012 Sb.) (Nový občanský zákoník, 2014). Obě smluvní strany se musí dohodnout buď přímo na výši ceny, nebo na způsobu, jak bude tato cena stanovena. Vzhledem k tomu, že stavba může být značně rozsáhlá a nákladná, cena stavební části se většinou určuje skladebně z cen jednotlivých stavebních konstrukcí a prací. Ty jsou určeny slovním popisem, měřicí jednotkou, množstvím, cenou jednotkovou a cenou celkovou a jsou seřazeny v podrobném rozpočtu. Cena obsahuje veškeré náklady dodavatele (na materiál, mzdy, zákonné odvody, stroje, energie, řízení a provoz firmy) a jeho přiměřený zisk. Jednotkové ceny může určovat dodavatel na základě sledování vlastních nákladů nebo je může přejímat z databází sestavovaných specializovanými firmami anebo zjišťovat na trhu. Do ceny funkční stavby je třeba ještě zahrnout náklady na inženýrskou a kompletační činnost, náklady na technologie, náklady spojené s umístěním stavby popř. další pořizovací náklady.

2

CENOVÁ STATISTIKA

Cenová statistika obecně zjišťuje cenové údaje a z nich určuje cenovou hladinu formou cenových indexů. Cenová hladina je tvořena cenami mnoha druhů výrobků a služeb, jimiž se obchoduje. Cena jednoho druhu zboží může být různá časově (v různém období), ale i geograficky (na různých místech). Úkolem cenové statistiky je zjišťování stavu a vývoje cen a cenových hladin v členění podle oborů výroby resp. služeb (podle různých klasifikačních hledisek). V české statistické praxi se výsledky statistických zjišťování cen organizovaných Českým statistickým úřadem, organizační složkou státu (dále jen ČSÚ) publikují ve formě cenových indexů v měsíční nebo čtvrtletní periodicitě. Některá šetření uveřejňují i vybrané cenové údaje (v Kč) jako doplňující informace. Ceny se zjišťují výběrovým způsobem u vybraných respondentů za určené reprezentanty. Reprezentant zastupuje skupinu zboží nebo služeb obdobného druhu se stejným nebo podobným cenovým vývojem. Má většinou významný podíl na obratu této skupiny a je zastoupen ve všech nebo většině geografických oblastí a časových obdobích. Při výpočtu cenových indexů se používá následující algoritmus. Pro každou dvojici vykázaných cen reprezentanta (od jednoho respondenta) se nejprve vypočte individuální index jako podíl ceny ve sledovaném období k ceně ve výchozím období. Ze všech individuálních indexů stejného reprezentanta (od různých respondentů) se dále vypočte prostý aritmetický průměr. Takto vypočtené indexy reprezentantů vybraných podle použité klasifikace, jejího stupně a položky se nakonec agregují do úhrnů (kumulací) i několika úrovní. V ČR se používá pro výpočet cenového indexu I výpočetní vzorec typu Laspeyres v modifikované podobě:

kde značí: p1 p0 q0 n m

-

=

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

, ,

×

⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠

(1)

cena ve sledovaném období, cena v základním období, stálá váha (produkce v základním období), počet individuálních indexů jednoho reprezentanta, počet reprezentantů agregovaných do k-té položky použité klasifikace

79


2015 / 2

Vzorec (1) představuje vážený aritmetický průměr, kde indexy reprezentantů jsou váženy dílčími obraty, nebo je zastupujícími vahami ze základního období. Stálé váhy se určují z ukazatelů zjištěných příslušnou statistikou produkce.

3

CENOVÁ STATISTIKA STAVEBNICTVÍ

Obecně se cenové indexy dělí na indexy vstupů (nákladů) - tzv. input indexy a indexy výstupů - tzv. output indexy. Ve stavebnictví má výpočet indexů obou typů mnohaletou historii a v současnosti publikuje ČSÚ výsledky ve třech řadách: • • •

Indexy cen stavebních prací a stavebních děl (output), Indexy nákladů stavební výroby (input), Indexy cen materiálových vstupů stavební výroby (input).

Zjišťování cen stavebních prací probíhá ve čtvrtletních intervalech, a proto je základním časovým obdobím čtvrtletí. Z výsledků čtvrtletního šetření označeného Ceny Stav 1-04, které je dlouhodobě součástí Programu statistických zjišťování (Vyhláška o Programu statistických zjišťování na rok 2016, 2015), se publikují i některé vybrané průměrné jednotkové ceny stavebních prací a hodnoty hodinových sazeb za práce prováděné specializovanými pracovníky. Indexy i ceny jsou počítány za celou republiku. Indexy cen stavebních prací a stavebních děl (objektů) se počítají na matematickém modelu, který obsahuje soupis vybraných stavebních a montážních prací (reprezentanty). Současná metodika používá k výpočtu cenových indexů vzorec (1). Zjišťovaná cena stavební práce obsahuje kromě zabudovaného a spotřebovaného materiálu veškeré další náklady nutné k realizaci sledované činnosti (mzdové náklady, zákonné sociální a zdravotní pojištění, náklady na provoz stavebních strojů a mechanizmů, náklady dopravní mimo přesunu hmot, režijní náklady, mimořádné náklady vznikající v důsledku umístění a individuálního prostředí stavby, zisk), ale bez nákladů na zařízení staveniště a daně z přidané hodnoty. Sledovaným obdobím je prostřední měsíc čtvrtletí. Vyšší agregace jsou představovány položkami určené klasifikace stavebních prací resp. stavebních děl. Indexní schémata se sestavují z položkových rozpočtů vybraných stavebních objektů a celkových objemů stavební produkce v ČR. Aktuální základní cenovou hladinou je rok 2005, váhy jsou aritmetickým průměrem produkční struktury stavebnictví za léta 2007 až 2010. 3.1

Indexy cen stavebních prací a stavebních děl

Od roku 2004 jsou výsledky zpracování všech cenových statistik ve stavebnictví zveřejňovány ve čtvrtletní publikaci pod aktuálním názvem Indexy cen stavebních prací, indexy cen stavebních děl a indexy nákladů stavební výroby (Katalog produktů, 2015). Pro třídění výsledků stavební výroby – stavebních objektů (děl) – se používá Klasifikace stavebních děl CZ-CC. Tato klasifikace neobsahuje agregaci budov a inženýrských děl. Proto se uvádí jako zvláštní agregační položka stavební díla. Spolu s indexy za opravy a údržbu staveb a dalšími položkami je používá statistický Číselník druhů staveb. Od počátku roku 2012 jsou stavební konstrukce a práce tříděny podle systému číselníků TSKPstat, který vychází z klasického Třídníku stavebních konstrukcí a prací, jež lépe (a kontinuálně po desítky let) vyhovuje stavařské praxi. Indexy jsou uváděny za vybrané práce hlavní stavební výroby (HSV) a přidružené stavební výroby (PSV) členěné dále na skupiny stavebních dílů, stavební díly a řemesla. V tabulce na Obr. 1 jsou uvedeny cenové indexy vybraných položek TSKPstat v časové řadě za jednotlivá čtvrtletí od roku 2012.

80


2015 / 2

Obr. 1 Cenové indexy vybraných položek TSKPstat (zdroj dat ČSÚ)

Cenová statistika stavebních prací rovněž publikuje průměrné ceny vybraných stavebních konstrukcí a prací za měřicí jednotku ve sledovaném čtvrtletí. Průměrná cena se počítá jako prostý aritmetický průměr ze všech vykázaných cen daného reprezentanta. Popis stavební práce vychází z popisu reprezentantů statistického šetření Ceny Stav 1-04 podle číselníků TSKPstat a klasifikace CZ-CPA doplněného o další upřesňující podmínky (Krajská správa ČSÚ v Hradci Králové, 2015). V roce 2015 je do systému zařazeno 137 reprezentantů umožňujících vykazovat ceny několika tisíců konkrétních stavebních prací. V tabulce na Obr. 2 jsou uvedeny průměrné ceny vybraných reprezentantů šetření Ceny Stav 1-04 opět v časové řadě za jednotlivá čtvrtletí od roku 2012.

Obr. 2 Průměrné ceny vybraných reprezentantů stavebních prací (zdroj dat ČSÚ) 3.2

Indexy nákladů stavební výroby

Další publikovanými výstupy cenové statistiky jsou indexy nákladů stavební výroby ve třídění podle položek Číselníku druhů staveb. Ve výpočtu tohoto typu indexů jsou zohledněny veškeré náklady stavebních firem, které jim při realizaci stavebních prací vznikají a jež obsahuje běžně používaný kalkulační vzorec ceny stavební práce. Zisk se nezapočítává, protože není pro stavební firmu nákladem. Tento výpočet nemá vlastní výkaznictví, používají se při něm sekundární datové zdroje – již jinde zjištěné nebo vypočítané ukazatele. Na Obr. 3 je v grafu zobrazen vývoj indexů nákladů stavební výroby ve srovnání s indexy cen stavebních děl.

81


2015 / 2

Obr. 3 Graf indexů cen stavebních děl a nákladů stavební výroby (zdroj dat ČSÚ) 3.3

Indexy cen materiálových vstupů stavební výroby

Největší náklad ve stavebnictví představují stavební materiály, polotovary a výrobky zabudovávané do staveb. Proto se samostatně počítají cenové indexy materiálů a výrobků spotřebovaných ve stavebnictví, používaných stavebních strojů a spotřebovávaných pohonných hmot a energií. Obr. 4 obsahuje graf s vývojem cenových indexů materiálových vstupů ve struktuře Číselníku druhů staveb.

Obr. 4 Graf indexů materiálových vstupů stavební výroby (zdroj dat ČSÚ)

82


4

2015 / 2

POUŽITÍ VÝSLEDKŮ CENOVÉ STATISTIKY

Ve stavebnictví se indexy cen stavebních prací používají ve smlouvách o dílo. Cena stavebního objektu se obvykle určuje jednorázově v prováděcím rozpočtu. Mezi časem sestavení rozpočtu a časem realizace stavby nebo práce uplyne řada měsíců, někdy i let. V tomto období dochází k pohybu cenové hladiny. Cenový index lze pak použít jako koeficient upravující cenu za postupně prováděné a fakturované práce (zatříděné podle TSKPstat) oproti cenám rozpočtovaným. Lze použít rovněž index přiřazený celému stavebnímu objektu podle CZ-CC. Ve smlouvě musí být jasně definován druh použitého indexu, frekvence jeho aktualizace popř. i způsob výpočtu časového koeficientu. Indexy lze použít i pro jednorázovou aktualizaci dříve sestavených rozpočtů objektů zatříděných podle CZ-CC. Indexy nákladů stavební výroby a indexy cen materiálových vstupů lze využívat v managementu stavebních firem jako průměrnou srovnávací hladinu s vlastními ekonomickými ukazateli. Cenové indexy se rovněž používají pro stanovení koeficientu změny cen staveb v metodice podle Vyhlášky 441/2013 Sb. k provedení zákona o oceňování majetku (oceňovací vyhláška) v platném znění (Vyhláška k provedení zákona o oceňování majetku, 2013). Ceny publikované v oceňovacích vyhláškách jsou vztaženy k cenové úrovni roku 1994 a násobením základní ceny koeficientem změny cen staveb se přepočtou do aktuální cenové úrovně. Cenové indexy ve stavebnictví mohou používat soukromí investoři při sledování vývoje cenové hladiny staveb a adekvátnosti nabídkových cen. Průměrné ceny stavebních prací je možné používat jako jeden ze standardů při vyhodnocování soutěžních nabídek. Cenové indexy se dále používají ve statistice produkce jako tzv. deflátory pro přepočet objemů produkce z cen běžných do cen stálých. Velikost produkce lze pak v čase srovnávat s vyloučením vlivu inflace. Vybrané hodnoty cenových indexů stavebnictví se používají v dalších statistických výpočtech a jsou rovněž předávány statistickému úřadu Evropské unie – Eurostatu. Cenové indexy jsou ve stavebnictví důležitým nástrojem na jednoduché a výstižné aktualizace cenových údajů. Nejnovější publikace s tabulkami indexů i jejich starší vydání od roku 2010 jsou k dispozici na internetových stránkách ČSÚ (Katalog produktů, 2015). Při nevhodném či přímo chybném používání cenových indexů však mohou vzniknout značné finanční ztráty. Je třeba mít stále na mysli, že cenový index je vždy poměrným ukazatelem srovnávajícím aktuální cenovou hladinu s hladinou výchozí a to vždy za průměrných realizačních podmínek na celém území republiky. Je proto nezbytně nutné mít pro správné použití cenových indexů znalosti z oblasti statistiky cen nebo vyhledat odbornou pomoc.

83


2015 / 2


[1] Katalog produktů: Český statistický úřad. 2015. Indexy cen stavebních PRACÍ, indexy cen stavebních děl a indexy nákladů stavební výroby [online]. Praha: ČSÚ, 2015-11-24 [cit. 2015-11-25]. [2] Krajská správa ČSÚ v Hradci Králové: Český statistický úřad. 2015. Ceny stavebních prací [online]. Hradec Králové: ČSÚ, 2015-04-14 [cit. 2015-11-25]. [3] Nový občanský zákoník: zákon č. 89/2012 Sb. ze dne 3. února 2012. 2014. 1. Praha: Ústav práva a právní vědy, 320 s. Právo a management. ISBN 9788087974018. [4] Vyhláška k provedení zákona o oceňování majetku. 2013. In: Sbírka zákonů Česká republika. Praha: Tiskárna Ministerstva vnitra, p.o., ročník 2013, 441/2013 Sb. [5] Vyhláška o Programu statistických zjišťování na rok 2016: 302/2015 Sb. 2015. In: Sbírka zákonů Česká republika. Praha: Tiskárna Ministerstva vnitra, p. o., ročník 2015, částka 128.

84


2015 / 2

DETERMINATION OF STRUCTURAL ELEMENTS INTENDED TO RESISTANCE AGAINST EARTQUAKE AND RENEWABLE ENERGY USAGE Ing. Poyraz Kağan, Ph.D.; doc. Ing. Kulhánek František, CSc. ABSTRACT

The primary aim of office buildings is to provide a working environment with innovative solutions for the inclusion of needs of all positions including administrative and managerial workers. While offices can be appearing in almost any building; requirements complicate the construction. These requirements can be due to legal regulations, and technical needs. This study focuses on combined solutions via determination and preliminary calculation of structural components intended to resistance against earthquake and usage of possible renewable energy sources. The project building consists of 10 floors by way of application of reinforced concrete in conjunction with convenient application of heating, ventilating, and air conditioning (HVAC) systems, PV installation, high level of solar gain and interchangeable design. Static calculations are based on Turkish standards as Turkey is located over large seismic zone. Key words: sustainable design, office building, earthquake resistance, beamless slab design

1

INTRODUCTION

The basic philosophy of the study is to provide suitable model which answers to needs as combination of earthquake resistance and renewable energy usage. Founds are supported with example designs of the case project building which is located in Ankara. In this context, the workout starts with designation of functional and technological requirements where convenient solutions match for environmental susceptibility, energy efficiency, minimized maintenance cost and seismic design. To fulfil the other needed requirements such as flexibility of occupation, daylight, principal planning dimensions, access to the building, car parking, fire precautions, design energy targets, security, soft landscaping, external hard landscaping, building acoustics, issues for disable users (general, external access, building approach, entrance, internal layout, lifts), main areas and reception areas, main circulation, open plan offices, stores, staff toilets, tea points, kitchens and lift subjects were also considered and applied for architectural and static drawings. The building has beamless reinforced concrete load bearing system which provides easy implementation HVAC systems with open space creation (Poyraz 2015, s. 82). Big part of Turkey’s urban household live in midrise dwelling houses. Typical skeleton system is used for such type apartments. Mainly valid two designs are skeleton system (concrete columns and beams) and formwork system (mostly high buildings). Buildings are typically separate and do not share common walls with adjacent buildings which are very different than European buildings. Most of them have rectangular shape. Based on the general construction trend research for the case location, it has been assessed that reinforced concrete construction is the optimum in terms of application experience and material procurement. The project building has beamless frame reinforced concrete construction load bearing (mushroom slab) system. For instance, timber is not selected for the load bearing material due to number of floors and length of the span. Due to bigger cross section areas are needed and timber

85


2015 / 2

structures are not suitable for earthquake effect. It does not have enough strength for high buildings which are in earthquake region. Elasticity module of timber is very low compared to elasticity module of concrete. Thence, low elasticity module of the wood in the timber structures leads to greater deflection. Curtain wall option for facade provides maximum solar gain. However, to prevent thermal mass or risk of overheating, blind system must be included for shadowing. Usage of curtain wall system at open space building should work as light pipe installation. Flat roof is convenient for installation of PV panels; installed PV panels should be oriented to south direction with 32 degrees for inclinations [1]. Window arrangement that optimizes internal needs, provides highest natural lightening and ideally usage of sun light is a factor, effects envelope of a building [2]. Day lighting arrangements in normal offices should provide for an average daylight factor of not less than 1.8% [3].

2

GENERAL STRUCTURAL NOTES

Load bearing structural elements’ dimension calculation and preliminary check of the sizes are according to TS 500 [4] and regulation of construction for buildings in seismic zones1 (DBYYHY 2007) [5]. Calculations for columns are made by dividing the building to 3 regions with aim of saving material, and money. By this step, we reduce size of columns. The chosen concrete class is C40. The columns have head to resist for punching effect. Shear walls are located as core system. Eccentricity of shear walls is under limit condition which is 10% of for both x and y directions [6]. Because the force produced by earthquake pass from the core of buildings. The building has mat type foundation as it is convenient for soil type in the location of the building and also for building weight simultaneously. The detailed project is also computed with SAP 2000 software.

Fig. 1 Perspective of the case project building – SAP 2000 [7]

Due to speed of production and minimize cost, staircases are elements of precast production. Within aims such as minimized maintenance and service, durability, recyclable material usage and effective solar gain; surface of the building designed as glass curtain wall. There are three levels of numbered headers. Thermal characteristics of the building are calculated via İzoder software which bases on TS 825 [8]. Heat and condensation situations are analyzed in detail by arranging the convenient layer.

1

Name of the source is translated by the author. Original name of the regulation is “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik 2007”.

86


3

2015 / 2

PRELIMINARY CALCULATIONS OF STRUCTURAL ELEMENTS

3.1

Slab and Column

Structural Element Slab

Design Formula ll h ≥ and h ≥ 200 mm 30

Explanation

Column

d ≤ 0,4 x l1; c ≥ 300 mm;

All columns have circular shape. Columns’ heads are necessary for punching effect.

c ≥ l1 / 20; r ≤ l1 / 10

L1 : 7.500 mm; h ≥

7.500 = 250 mm 30

≤ 0,4 x 7.500 mm = 3.000 mm and

Nd min Ac = 0,5xfck

7.500 / 10 = 750 mm

Tab. 1 Key formulas and notes for slab, and column design [4]2

0-3

Load per Total Floor [t/m2] Load [t] 40,552 380,948

Required Estimated Area [m2] Area [m2] 0,1904 0,1963

Design Diameter Load Case of Column [mm] 750 1,4 x g + 1,6 x q

3-6

40,552

252,624

0,1263

0,1590

450

g: dead load.

6-10

40,552

125,376

0,0626

0,0478

300

q: variable load.

Floor

Tab. 2 Design results of a column (C01) 3.2

Shear Wall

A shear wall can be defined as a component that lateral sizes are minimally seven or more times bigger than crossed one. According to DBYBHY 2007, smaller size of the shear wall cannot be less than 200 mm or 1/20 times of the storey height. Example shear wall: Weight (B) = 25 cm and length (L) = 395 cm; B / L = 395/25 = 15,8 > 7 that fulfils the minimal size rate condition. A building located in a seismic zone must have sufficient number of shear wall to resist the horizontal forces in perpendicular angle [6].2 Asw ≥ 0,0015 x n x Af and Asw / Af ≥ 0,008 The main mission of these components is to increase the torsional rigidity of a structure. In this sense, the more shear wall, the more torsional rigidity. Also that closer location to exterior frame means more proper design. Shear walls should be located symmetrically and eccentricity centre of shear walls should not be out of centre of mass of building more than 10% on both direction perpendicular to each other (mostly defined such as x and y directions).2 Ideal: ex = ey = 0 and acceptable: ex, ey < 10% From the point of structural design, stiffness and mass centre should coincide with central way and position of shear walls should be symmetric. Load bearing concrete walls have largest horizontal resistant force, support resistance the migration of the structure difficult members [9]. 2

Explanation for the abbreviations: Ac – Cross section area of column; h – Thickness of slab; d –Diameter of column head; r – Radius of column head; c – Diameter of column; ll – The longest distance of slab between supports; Nd – Transferred design load; fck – Characteristic pressure strength of concrete; fcd – Design pressure strength of concrete; Asw – Total cross section area of shear walls (one direction); n – Number of floor; Af – Floor area (in the case of different floor areas; biggest floor area is used); e x – Eccentricity on x direction; e y – Eccentricity on y direction.

87


2015 / 2

Fig. 2 Eccentricity diagram of shear walls (case project) 3.3

Foundation

The selected and preliminary designed foundation type is cast in place mat foundation. In this context, thickness of the foundation is check by the punching control through transferred the biggest load. According to TS 500, foundation thickness cannot be less than 200 mm, and additionally; the minimum foundation thickness is 300 mm with respect to DBYBHY 2007. Further details related with the calculation are presented below: • • • • •

Bearing capacity of the soil [t/m2]: 7 Ductility level: Normal Effective ground acceleration coefficient (Ao): 0,10 (4th earthquake zone) Building importance factor (I): 1 Load bearing system behaviour coefficient: 4

Total Load Bearing Load [t] Total Area [m²] Weight [t] 253 418,715 870

Nd [t] 12.141,590

Total Area [m²] 1.948,24

σz [t/m²] 6,23208125

Tab. 3 Physical features of shear walls and check of foundation thickness via load bearing capacity of soil3

h [m] 1,15

d [m] 1,1

Ap [m²] 2,984513021

Up [m] 5,969026042

Vpd [t] 950,111276

Vpr [t] 971,7574396

Tab. 4 Physical features of the designed foundation and shear/punching forces situation3

σz =

4

Nd ; Total Area

Vpd = Nd – σz x Ap; Vpr = γ x fctd x up x d

THERMAL LAYERS

Main envelope of the building composes of glass curtain wall. Thanks to structural condition of the building, any type of glass curtain wall should be implemented. Thermal resistance of other components of the envelope structure fulfils the limit conditions (thermal transmittance (U) should be less than 0,5 m2K/W) which are as follows: Underground Wall: 3,282 W/m2K; Terrace 1: 3,693 W/m2K; Terrace 1: 3,491 W/m2K; Terrace 3: 3,824 W/m2K; Terrace 4: 4,137 W/m2K. Final condensation control for all envelope components • • •

There is no risk of mould for inner surface since inner surface temperature is under 17 ˚C. Condensation did not occur at building component. Condensation investigation of the building element meets the all criteria specified in the standard; therefore it is suitable according to the standard.

Explanation for the abbreviations: Vpd – Design punching force; V pr – Resistant punching force; γ – Coefficient that reflects bending effect for punching. The value is 1 for axial loading according to TS 500; Nd – Transferred design load; σz – Stress; fctd – Design tensile strength of concrete; d – Thickness; A p – Punching area; up – Punching circle (around half of the thickness added to the column circle). 3

88


2015 / 2

Fig. 3 Detailed properties for the investigated section underground wall

5

CONCLUSION

This study provides summarized information for combination of earthquake resistant and sustainable design. The general principle of earthquake resistant design to this specification is to prevent structural and non-structural elements of buildings from any damage in low intensity earthquakes; to limit the damage in structural and non-structural elements to repairable levels in medium intensity earthquakes and to prevent the overall or partial collapse of buildings in high-intensity earthquakes in order to avoid the loss of life. A building which allows high level of interchange ability provides infrastructure for easier future implementations. Classical reinforced concrete structures provide very limited change option for possible innovations in the building. Sometimes, people cut beams or columns which can be reason of fatal mistake. In this sense, the case project has beamless system with long open span (with convenient limits of deflection). This solution is combined with curtain wall system. Therefore, maximum level of solar gain for interior space is intended.

Fig. 4 Parts of drawings from the designed case project Acknowledgement

This study avails itself of master thesis with title “Convenient Modern Office Building” of Ing. Kağan Poyraz, Ph.D. with the supervision of Doc.Ing. František Kulhánek, CSc. at Czech Technical University in Prague.

89


2015 / 2

Literature

[1]

PV Potential Estimation Utility. JOINT RESEARCH CENTRE EUROPEAN COMMISSION. Interactive Maps [online]. 2015 [cit. 2015-02-10]. Dostupné z: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

[2]

ASIMGIL, Bedriye. Cam Bina Cephelerinin Optimizasyonunda Sürdürülebilir Mimarliğin Rolü. 2. Ulusal Çatı & Cephe Kaplamalarında Çağdaş Malzeme ve Teknolojiler Sempozyumu [online]. 2005 [cit. 2015-08-05]. Dostupné z: http://www.catider.org.tr/pdf/sempozyum/bildiri_11.pdf

[3]

NEUFERT, Peter a Ernst NEUFERT. Neufert Architects' Data. 3. Oxford, United Kingdom: Blackwell Sciences, 2002. ISBN 0632037768.

[4]

TS 500. Betonarme Yapıların Tasarım ve Yapım Kuralları (Requirements for Design and Construction of Reinforced Concrete Structures). Ankara: Turkish Standards Institute (TSE), 2000.

[5]

DBYYHY 2007. Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik (Regulation of Construction for Buildings in Seismic Zones). Ankara: Union of Chambers of Turkish Engineers and Architects, Civil Engineers Chamber, 2007.

[6]

TOPÇU, Ahmet. Betonarme 2. Eskişehir, 2015. Dostupné také z: http://mmf2.ogu.edu.tr/atopcu/index_dosyalar/Dersler/Betonarme2/Sunular/Betonarme_2_2.p df. Lecture. Osmangazi University.

[7]

POYRAZ, Kağan. Convenient Modern Office Building. Prague, 2011. Master Thesis. Czech Technical University. Vedoucí práce Doc.Ing. František Kulhánek, CSc.

[8]

TS 825. Binalarda Isı Yalıtım Kuralları (Thermal Insulation Requirements for Buildings). Ankara: Turkish Standards Institute (TSE), 2008.

[9]

POYRAZ, Kağan. Buildings with Low Energy Consumption for the Republic of Turkey. Prague, 2015. Doctorate Dissertation. Czech Technical University in Prague. Vedoucí práce Doc.Ing. František Kulhánek, CSc.

90


2015 / 2

OVLIVNĚNÍ FYZIKÁLNÍCH FAKTORŮ MIKROVLNNÝM ZÁŘENÍM AFFECTING OF PHYSICAL FACTORS BY MICROWAVE RADIATION Ing. Procházka Martin; Ing. Sobotka Jindřich ABSTRAKT

Vysoušení stavebních konstrukcí pomocí vysokofrekvenčního elektromagnetického záření (EMW), neboli mikrovlnné technologie (MW), se začíná v praxi stále více uplatňovat. Jedná se o metodu, pomocí které lze nejrychlejším způsobem eliminovat nežádoucí obsah vody ve stavební konstrukci (stěna, stropní konstrukce, atd.). Mikrovlnami je nazývána část elektromagnetického záření o frekvenci 300 MHz až 300 GHz s vlnovou délkou 122 mm. Díky působení MW záření se zobrazí rozdílná homogenita teplotního pole u různých stavebních materiálů. Článek pojednává o změnách fyzikálních faktorů v závislosti na objemu vody a tím i na velikosti hmotnostní vlhkosti daného materiálu (plynosilikát). Dalším z faktorů bude šíření teplotního pole. Šíření bude zobrazováno pomocí termokamery. Měření probíhalo vždy po určitých časových cyklech ozařování. Klíčová slova: Mikrovlnné záření, vysoušení zdiva, transport vlhkosti, vlhkost, teplotní pole. ABSTRACT

Building construction drying using high-frequency electromagnetic radiation (EMW), or microwave technology (MW), is gaining more usage in practise. It is the quickest way of eliminating water content in construction (wall, ceiling, etc.). Microwave is a term for a part of the electromagnetic radiation of 300 MHz to 300 GHz frequency with a wavelength from 1 mm to 1 m. The frequency of 2,45 GHz and 122 mm wavelength is used for technical practice. Due to the effect of MW radiation a different homogeneity of temperature field can be observed. This article deals with physical factors changes depending on the water content as well as on mass humidity of the material (silica fume). Another factor is the spreading of the temperature field, which is monitored with thermal imaging. Measurement was carried out after a certain time cycles of irradiation. Key words: Microwave radiation, microwave drying, moisture transport, humidity, temperature field.

1

ÚVOD

Při řešení sanacích stavebních konstrukcí je velmi často nutné snížení vlhkosti, která byla zvýšena vzhledem k vadě či poruše ve stavbě. Se zvýšenou vlhkostí na stavbě vzniká možnost výskytu biotických škůdců, kteří mohou následně ovlivňovat jednak životnost stavebních konstrukcí a objektu ale i kvalitu vnitřního prostředí budovy. Tyto příčiny nadměrného zvýšení obsahu vody v konstrukci může být: • Likvidace následků povodní;

91


2015 / 2

• Havárie TZB; • Pronikání vlhkosti z vnějšího prostředí. Po odeznění či odstranění příčin, tak zůstává ve zdivu nemalé množství vody, které je nutné odstranit. Tedy prostor rychle a efektivně vysušit, aby mohl být opět plnohodnotně využíván. [1] Hodnocení vlhkosti Vlhkost zdiva [% hm.] Velmi nízká <3 Nízká 3-5 Zvýšená 5-7,5 Vysoká 7,5-10 Velmi vysoká >10 Tab. 1 Hodnocení vlhkosti zdiva dle ČSN 73 0610

V současné době je spousta způsobů jak snížit zvýšený obsah vody v konstrukci rychlejším způsobem, než přirozenou cestou. Mezi možnosti urychleného vysoušení patří například kondenzační a absorpční vysoušení, teplo a horkovzdušné vysoušení, topné tyče a mikrovlnný ohřev. Vysoušení pomocí mikrovlnného záření je v současnosti nejrychlejší, nejefektivnější a nejlevnější postup. To snižuje obsah vody v materiálu na základě zahřívání molekul vody. Tím se v konstrukci rozšiřuje teplotní pole, které napomáhá rychlejšímu vysušování konstrukce. Vzorky budou ozařovány MW přístroji o výkonu 1100W určitou dobu, přičemž bude snímáno termokamerou FLIR i7 šíření teplotního pole. Vlhkost jednotlivých prvků bude měřena vlhkoměrem MOIST 210B.

2

VEDENÍ TEPLA VE STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍCH

Vedení tepla je definováno jako přenos tepla z jedné látky (pevné, kapalné nebo plynné) na druhou látku, která je s ní v kontaktu, aniž by došlo ke znatelnému přemístění částic (atomů, molekul nebo iontů) tvořících dané látky. Přičemž charakter tepelného pohybu látky záleží na skupenství látky. Na vedení tepla, má ovšem vliv i vlhkost daného materiálu. V praxi se používají tři typy analytické závislosti součinitele tepelné vodivosti λ na vlhkosti w. Jsou to lineární, kvadratická a kubická závislost.

=

=

=

+ ×

+ ×

+ ×

+ ×

+ ×

+

×

Kde λ0, b, c, d jsou optimalizovány na experimentální data (např. metodou nejmenších čtverců). Vlhkost w se v těchto vztazích vyjadřuje buď v hmotnostních wm nebo objemových wv procentech. [2] Voda a vlhkost v konstrukcích Určité procento vlhkosti obsahuje každá pevná látka. Její množství je závislé na teplotě, vlhkosti okolního vzduchu, daných atmosférických poměrech, pórovitosti, na průměru pórů a tvaru jejich stěn, na množství hygroskopických sol v zavlhlém zdivu atd. Vlhkost. Vlhkost materiálu je množství vody obsažené v pórovitém prostředí materiálu. Vyjadřuje se objemovým, nebo hmotnostním poměrem vody k pevné fázi materiálu. Vlhkosti rozdělujeme na: Hmotnostní vlhkost: ( ) − = = Kde je:

mw

hmotnost suchého materiálu

92

[g];


md mk wh

2015 / 2

hmotnost suchého materiálu hmotnost kapaliny hmotnostní vlhkost

Vlhkost objemová:

Kde je:

Vv Vd qk wv wv

=

=

(

(

− ×

[g]; [g]; [ - , % hmotnostní].

)

)

=

(

× ) 1000

objem volné vody objem suchého materiálu hustota vody objemová hmotnost suchého materiálu objemová vlhkost

[m3]; [m3]; [kg/ m3]; [kg/ m3]; [ - , % objemová].

Transport vody a vlhkosti v porézních materiálech. Vlhkost se vyskytuje prakticky ve všech stavebních materiálech a tudíž z nich vytvářených konstrukcí. Šíření vlhkosti stavebními materiály probíhá jak v plynné, tak i v kapalné fázi. Vedení obvykle dělíme na mechanismy difuze pro vodní páru a kapilární vedení pro kapaliny. Jednou z podmínek pro všechny vlhkostní pochody v konstrukci je přítomnost pórů ve stavebních materiálech. Jedná se zejména o póry otevřené, protože látky s uzavřenými póry nepodléhají transportním procesům. Difuze. V každém objektu se vytváří mikroklima, které je nezávislé na klimatu v exteriéru. Tímto dochází k rozdílům mezi vlhkosti a teploty vzduchu v exteriéru a interiéru. Vyrovnáváním rozdílů těchto veličin vzniká tok vlhkosti a tepla obalovými konstrukcemi. Směr difuzního toku směřuje z místa s vyšším parciálním tlakem vodní páry do místa s tlakem nižším. Tento vlhkostní transport se nazývá difuze. Kapilární vedení vlhkosti. Kapilární vedení vlhkosti je charakteristické pro vodou nasákavé materiály, čemuž odpovídá většina stavebních látek. Při kontaktu materiálu s vodou dochází k intenzivnímu nasávání vody, které nezávisí na sklonu pórů. Výška kapilárního vzlínání je ovlivněna velikostí pórů. Materiál s většími póry nasává vodu sice rychle, ale výška vzlínání je nižší. Oproti tomu materiál s menšími póry saje vodu pomaleji, ale výška vzlínání je vyšší. Takové nasycení vodou je u stavebních konstrukcí vlivem kapilárnímu vedení vody v praxi nepřípustné. Kapilární vzlínání vlhkosti je nejčastějším způsobem zavlhání konstrukcí vystavených působení zemní vlhkosti. Kapilární elevace je charakterizována rozdílem výšky hladiny kapaliny v kapiláře proti úrovni hladiny v okolí. Tento jev je vyvoláván kapilárními silami mezi molekulami kapaliny a povrchem pevné látky. Povrchové napětí způsobuje, že se sloupec kapaliny pohybuje v kapiláře ve směru výslednice sil. V kapiláře s kruhovým průřezem působí povrchové napětí na stykové ploše v oblasti odpovídající obvodu pórů. Maximální výška vzlínání vlhkosti v kapilárách se vyjádří: (2 × × cos Θ) ℎ= ( × ρ × g) Kde je: δ povrchové napětí kapaliny [Nm-1]; Θ úhel smáčení mezi kapalinou a stěnou kapaliny [°]; r poloměr kapiláry [m]; ρ měrná hmotnost kapaliny [kg m-3]; -2 g tíhové zrychlení 9,81 ms . Je potřeba vzít na vědomí, že skutečná výška vzlínání bývá menší než výška stanovená výpočtem, neboť současně probíhá i odpařování vlhkosti z materiálu. [3]

93


3

2015 / 2

MIKROVLNNÉ ZÁŘENÍ

Mikrovlny jsou klasickým elektromagnetickým vlněním o frekvenci nižší, než je sluneční záření a proto nezanechávají žádné zbytkové záření škodlivé pro zdraví. Práce se zařízením je zcela bezpečná, k poškození zdraví může dojít jen přímým ozářením z několika cm po dobu více minut a to buď záměrně, nebo neopatrným zacházením se stroji. Zařízení, které se používá i námi při mikrovlnném záření je určeno pro sušení nekovových materiálů a nejen to, také k likvidaci plísní, hub, mikroorganismů a hmyzu. Sestava používaná k ozařování se skládá z napájecího zdroje, výkonového generátoru, trychtýřové antény a indikátoru intenzity mikrovlnného záření. Většina nejčastěji používaných materiálů je pro mikrovlnné elektromagnetické záření transparentních. Jedná se především o keramiku, kámen, beton, dřevo a podobně. Některé materiály zabudované v konstrukcích mikrovlny odrážejí – kovy. A některé ji pohlcují. Zde se jedná především o vodu a některé další bipolární materiály. [1,4,5] Rychlost vysoušení stavebních konstrukcí a materiálů, při využití mikrovlnné technologie, výrazně ovlivňují dva faktory: • •

4

Zvýšení teploty vody na povrchu vysoušeného materiálu. Úměrně s tím se zvýší počet molekul, jejichž energie je dostatečná k překonání kohezních sil, Zvýšení teploty vody uvnitř vysoušeného materiálu působí nárůst jejího objemu. Ohřátím vody o 1°C se zvětší její objem o 0,18%. V běžných případech, kdy působením mikrovlnné energie dojde k nárůstu teploty vody v hloubce ohřívaného tělesa o 50°C (z 15°C na 65°C) se zvětší její objem o 9%.

EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ

Ozařování mikrovlnnému záření byly vystaveny celkem 3 vzorky o různé vlhkosti. Materiálně se jednalo o plynosilikát. První vysoušení bylo aplikováno na vzorky, které byly dlouhodobě uskladněny v místnosti o relativní vlhkosti vzduchu 51% a teplotě 20,5°C.

Obr. 1 Fotografie zobrazující mikrovlnné generátory a ozařované stavební prvky Vzorek V1 V2 V3

Materiál plynosilikát plynosilikát plynosilikát

Délka [mm] 400 600 600

Rozměry vzorku Šířka [mm] Výška [mm] 300 250 150 250 300 250

Tab. 2 Specifikace vzorků

94


2015 / 2

Ozařování probíhalo po dobu jedné hodiny. Následně probíhalo měření vlhkosti materiálu přístrojem MOIST v hloubce 40 mm (viz Obr. 3) a další snímání teplot termokamerou. Před 7,6 6,3 6,1

Vzorek č.1 Vzorek č.2 Vzorek č.3

0m 8,1 7,5 7,3

5m 8,3 7,0 7,4

Doba měření výsledků v [min.] 10m 15m 7,8 7,7 7,4 7,0 6,9 6,9

30m 7,4 5,9 6,2

Tab. 3 Vlhkost vzorků [%] v závislosti na čase

Vlhkost v [%]

Hodnoty vlhkostí suchých plynosilikátů 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5

Vzorek č.1 Vzorek č.2 Vzorek č.3 Před

0m

5m

10m

15m 30m 60m

Doba měření výsledků v [min.] Obr. 2 Znázornění úbytku vlhkosti na čase

Obr. 3 Snímky termokamery na začátku ozařování (V1, V2, V3)

Obr. 4 Snímky termokamery na konci ozařování – přední strana (V1, V2, V3)

95

60m 7,1 5,8 5,8


2015 / 2

Obr. 5 Snímky termokamery na konci ozařování – zadní strana (V1, V2, V3)

Obr. 6 Snímky termokamery - chladnutí 60 minut – přední strana strana (V1, V2, V3)

Obr. 7 Snímky termokamery - chladnutí 60 minut – zadní strana strana (V1, V2, V3)

Po ozařování vzorky byly namáčeny po dobu 24 hodin, následně se nechali okapat po dobu 18 hodin.

Vzorek č.1 Vzorek č.2 Vzorek č.3

Před 42,3 42,1 41,6

0m 39,2 35,0 39,4

Doba měření výsledků v [min.] 5m 10m 15m 41,3 39,6 39,2 17,8 10,9 10,4 40,6 37,4 36,2

30m 36,5 10,3 35,0

Tab. 4 Vlhkost vzorků [%] po časových intervalech ohřevu

96

60m 34,8 8,8 33,9


2015 / 2

Vlhkost v [%]

Hodnoty vlhkostí mokrých plynosilikátů 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0

Vzorek č.1 Vzorek č.2 Vzorek č.3 Před

0m

5m

10m

15m

30m

60m

Doba měření výsledků v [min.] Obr. 8 Znázornění úbytku vlhkosti na čase

Obr. 9 Snímky termokamery na začátku ozařování (V1, V2, V3)

Obr. 10 Snímky termokamery na konci ozařování – přední strana (V1, V2, V3)

Obr. 11 Snímky termokamery na konci ozařování – zadní strana (V1, V2, V3)

97


2015 / 2

Obr. 12 Snímky termokamery - chladnutí 60 minut – přední strana strana (V1, V2, V3)

Obr. 13 Snímky termokamery - chladnutí 60 minut – zadní strana strana (V1, V2, V3)

5

ZÁVĚR

Závěrem můžeme říct, že se současnými výsledky experimentálního měření bylo zjištěno, že je velký rozdíl ve zvýšení teploty při ozařování materiálu s různou vlhkostí pomocí mikrovlnného záření. Vzhledem k rychlosti úbytku hmotnosti, lze považovat vysoušení pomocí mikrovlnného záření za nejrychlejší metodu. Čas potřebný k vysušení zdiva, se z doby několika roků snížil na dobu v řádu několika týdnů. Dle zjištěných teplot, je možné efektivně využít mikrovlnného záření i na likvidaci biotických škůdců. Použitá literatura

[1]

SOBOTKA, J., FYZIKÁLNÍ HODNOTY PŘI TECHNOLOGII VYSOUŠENÍ ZDĚNÝCH STAVEB, příspěvek na konferenci Juniorstav 2015, ISBN 978-80-214-5091-2, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Veveří 331/95, 602 00 Brno, Brno, 2015

[2]

FICKER, Tomáš. Aplikovaná fyzika (S): Vedení tepla ve stavebních konstrukcích. Brno, 2008. Studijní opory. VUT FAST.

[3]

BALÍK, Michael. Odvlhčování staveb. 2., přeprac. vyd. Praha: Grada, 2008, 307 s. Stavitel. ISBN 978-80-247-2693-9.

[4]

ŠUHAJDA, K.; NOVOTNÝ, M.; ŠKRAMLIK, J.; TICHOMIROV, V., Sterilization of biotic pests by microwave radiation, článek v Procedia Engineering, ISSN 1877-7058, Vilnius Gediminas Tech Univ, Fac Civil Engn, Vilnius, LITHUANIA, 2013

[5]

NOVOTNÝ, M.; ŠUHAJDA, K.; SOBOTKA, J.; GINTAR, J., USE OF EMW RADIATION IN THE BUILDING INDUSTRY, článek v Advanced Materials Research, ISSN 1022-6680, Scientific.NET, Advanced Materials Research, Switzerland, 2014

98


2015 / 2

STAVEBNÉ A MATERIÁLOVÉ MOŽNOSTI ZNIŽOVANIA HLUKU V ŽELEZNIČNEJ DOPRAVE STRUCTURE AND MATERIAL POSSIBILITIES OF RAILWAY TRAFFIC NOISE REDUCTION Ing. Pultznerová Alžbeta, Ph.D.; Ing. Bavlna Lukáš; prof.Ing. Zvolenský Peter, Ph.D. ABSTRAKT

Príspevok uvádza príklady a možnosti stavebných úprav ako na železničnej trati tak aj na železničnom vozidle, ktoré znižujú hluk. Ďalej sa zaoberá materiálovými možnosťami a to hlavne novým materiálom STERED z pohľadu protihlukových vlastností. Porovnáva ho s akustickými vlastnosťami minerálnej vlny pomocou 2D počítačovej simulácie. V príspevku sú uvádzané možnosti použitia tohto materiálu ako pri odhlučnení železničného vozidla, tak aj na vonkajšie použitie v stavbe železničnej trate. Kľúčové slova: železničná trať, železničné vozidlo, protihlukové opatrenia, materiál STERED ABSTRACT

The paper deals with examples and possibilities for building modifications both the railway track as well as the rail vehicle, which reduces noise. Furthermore it deals with material characteristics and especially a new material STERED from the noise reduction point of view. It is compared with the acoustic properties of mineral wool using 2D computer simulation. Possibilities of using this material for noise elimination of railway vehicles as well as for outdoor use in the structure of the railway line are mentioned in the paper. Key words: railway track, railway vehicle, noise reducing arrangements, material STERED

1

ÚVOD

Neustále vzrastajúca intenzita dopravy a súčasne zvyšujúca sa senzibilita obyvateľstva voči zaťaženiu hlukom núti vlastníkov a prevádzkovateľov dopravnej cesty realizovať účinné opatrenia na znižovanie hlukových imisií ako pre lepší komfort dopravy cestujúcich vo vozidle tak pre zníženie negatívnych dopadov z dopravy na jej okolie. Hluk, ktorý vzniká od pohybujúcej sa vlakovej súpravy na kontakte koleso/koľajnica je dominujúcim a rozhodujúcim zdrojom hluku z koľajovej dopravy, ktorý sa šíri jednak v konštrukcií vozňa a jednak je vyžarovaný do okolia. Na šírenie hluku vo vozidle a jeho vyžarovanie do interiéru má rozhodujúci vplyv jeho konštrukčné riešenie a materiálové vyhotovenie. Na emisiu hluku od zdroja jeho vzniku do jeho okolia má rozhodujúci vplyv topografia terénu a prekážky na trase, ktorými sú napr. aj hlukové bariéry.

2

PROTIHLUKOVÉ OPATRENIA

Protihlukové opatrenia v železničnej doprave môžu byť aktívne a pasívne. Aktívne protihlukové opatrenia sú také konštrukčné úpravy na železničných vozidlách a na železničných tratiach, ktorými sa zníži generovaný hluk emitovaný do prostredia. Pasívne protihlukové opatrenia sú opatrenia, ktorými sa tlmí už vzniknutý hluk na dráhe šírenia zvuku k prijímateľovi alebo do priestoru všeobecne.

99


2.1

2015 / 2

Aktívne protihlukové opatrenia na železničnej trati

Medzi aktívne protihlukové opatrenia na železničnej trati patrí hlavne: pravidelná údržba železničného zvršku, aplikácia moderných konštrukcií železničného zvršku a typov výhybiek, kvalitná konštrukcia koľajnice, vhodná konštrukcia mostných objektov, použitie antivibračných rohoží a podložiek do konštrukcie železničného zvršku a v posledných rokoch aj koľajnicové absorbéry prichytené k stojine koľajnice. Koľajnicový absorbér má vďaka svojmu konštrukčnému zloženiu vysoké absorbčné vlastnosti (obr. 1), ktorými absorbuje vznikajúce vibrácie na rozhraní koleso/koľajnica a zabraňuje tým generovaniu hluku v koľajnici a taktiež spôsobuje rýchlejší jej útlm. V prípade prechodu vlaku sa v styku medzi kolesom a koľajnicou generuje hluk rôzneho frekvenčného spektra. Koľajnicový absorbér funguje na systéme absorpcie vibrácii na frekvenciách s najväčšími hladinami hluku. [1].

Obr. 1 Koľajnicový absorbér firmy Vossloh [1]

Koľajnicové absorbéry znižujú hluk všeobecne o 1-3dB, pri dobrom navrhnutí 4 – 7dB [1]. Hlavnou ich výhodou je, že je ich možné namontovať aj po zriadení úseku v kritických miestach pre zlepšenie hlukových parametrov po uvedení stavby do prevádzky, nedochádza k obmedzeniam pri údržbe trati, bezúdržbovosť koľajnicového absorbéra a nezasahuje do celkového vzhľadu trate. 2.2

Aktívne protihlukové opatrenia na železničnom vozidle

Na železničných vozidlách, či už hnacích alebo hnaných, je možné znížiť hlukové emisie konštrukčnými opatreniami na rôznych zariadeniach a konštrukčných prvkoch na hnacom vozidle, železničnom vagóne, vhodným typom a materiálom bŕzd, optimalizáciou tvaru kolesa a použitím kolesového protihlukového absorbéra. Pri vyšších rýchlostiach aerodynamickým tvarom skrine a vhodným tvarom zberačov. Pravidelnou kontrolou a údržbou kolies, podvozku a celkového stavu vozidla. Použitie kolesového protihlukového absorbéru znižuje nielen množstvo emitovaného hluku, ale ho aj pretransformuje do vyššieho frekvenčného pásma a redukuje hladinu hluku v porovnaní s tradičným kolesom. Použitím kolesového protihlukového absorbéru je možné dosiahnuť zníženie hluku na priamom úseku trati o 1 dB, v prípade oblúku malého polomeru, kde pri prejazde štandardného kolesa vzniká škrípavý zvuk, až o 5-15 dB [3]. 2.3

Pasívne protihlukové opatrenia

Pasívne protihlukové opatrenia sú realizované hlavne priamo na konštrukcii železničnej trate. Na železničnom vozidle sú to len tieniace kryty na vozňovej skrini.

100


2015 / 2

Protihlukové opatrenia, ktoré sú súčasťou železničnej trate, sú: uzatvorená tunelová trasa, protihluková stena, nízka protihluková bariéra (obr. 2), malá koľajnicová protihluková stienka a absorpčné rohože.

Obr. 2 Nízka protihluková bariéra [2]

3

PROTIHLUKOVÉ MATERIÁLY

V súčasnosti sú tvarové a konštrukčné opatrenia na takom stupni vývoja, že sú už na hranici svojich technologických a technických možností. Napríklad, čo sa týka protihlukových bariér je ich tvar tak optimalizovaný, že ich akustické vlastnosti už viac závisia na použitých materiáloch. V súčasnosti na znižovania hluku sa používajú rôzne porézne a vláknité absorpčné materiály. Pri prechode akustickej vlny poréznym materiálom dochádza k viskóznemu treniu častíc vzduchu s povrchom stien póru materiálu. Zvuková energia sa pritom mení na tepelnú.

Obr. 3 Termálna a viskózna charakteristická dĺžka a šírenie akustickej vlny v poréznom materiáli [4, 6]

Najväčší vplyv na akustické vlastnosti porézneho materiálu má jeho termálna a viskózna charakteristická dĺžka (obr.3). Tieto charakteristiky sú skalárnou veličinou. Pre sférické póry sa blíži hodnota Lth k polomeru póru. Hodnota parametra Lv sa blíži k hodnote polomeru kanálika, ktorý spája póry. Z 2D a 3D akvizície mikroštruktúry materiálu sa dajú tieto údaje zistiť. [4]

101


2015 / 2

V súčasnosti sa používa pre znižovanie hluku široké spektrum poréznych materiálov. Medzi najčastejšie patrí minerálna vlna, ktorá sa využíva v mnohých konštrukciách (obr.4). Minerálna vlna má však oproti modernejším tepelným a zvukovým izolantom veľa nevýhod. Je to zdraviu škodlivý materiál, ktorý má nízku pružnosť, ktorú časom stráca. Dochádza k starnutiu a k strate objemu, pričom radikálne stráca aj tepelno-izolačné vlastnosti.

Obr. 4 Minerálna vlna firmy Knauf insulation LMF 10 Alu R a materiál STERED® [5, 7]

Ďalším poréznym materiálom, ktorý má výborné zvukovo a tepelne izolačné vlastnosti je STERED. Vstupný materiál pozostáva z odpadu pri výrobe nových automobilov ich textilných dielov, ale aj z vozidiel po skončení životnosti z vyseparovaných textilných častí, čím vznikajú značné objemy textilných materiálov osobitných kvalít. Pre tento materiál je charakteristické: • má vynikajúce vlastnosti, ktoré sa ani časom nemenia, • materiál pôvodne použitý v automobile bol určený ku zvukovej a tepelnej izolácii, pritom musí spĺňať hlavne prísne požiadavky zdravotnej nezávadnosti [5].

4

VYUŽITIE MATERIÁLU STERED PRI ZNIŽOVANÍ HLUKU V ŽELEZNIČNEJ DOPRAVE

Materiál môže mať široké uplatnenie v žel. doprave ako v konštrukcií vozidla, tak pri pasívnych protihlukových opatreniach – povrchová úprava protihlukových stien. V konštrukciách dopravných prostriedkov môže byť použitá aj ako tepelne akustická izolácia podlahy a stien vozňa. 4.1

2D počítačová simulácia

Pre zistenie akustických parametrov materiálu STERED bola využitá na Žilinskej univerzite počítačová simulácia. Pre simuláciu prestupu akustického tlaku cez konštrukciu podlahy osobného vozňa radu Bdghmeer bol zvolený, ako vhodný nástroj program COMSOL Multiphysics 4.4. Cieľom simulácie bolo vykonať frekvenčnú analýzu a zistiť prípadné rozdiely medzi materiálmi minerálna vlna a STERED v útlme daného frekvenčného spektra. Na povrch trapézového plechu pôsobil akustický tlak o hodnote 20 Pa (120dB). Tento tlak pôsobil vo frekvenčnom spektre 5 Hz až 20kHz. Počas simulácie bolo možné sledovať prestup tohto tlaku celou konštrukciou podlahy až do interiéru vozidla v tomto frekvenčnom spektre. Útlm je možné zistiť porovnaním frekvenčných analýz nameraných v jednotlivých vrstvách konštrukcie podlahy a interiéru vozňa. Vyhodnotenie je pomocou funkcie Pointgraph, kde je možné v spomínaných bodoch obr. 6 zaznamenať hodnoty akustického tlaku v závislosti od frekvencie budenia.

102


2015 / 2

Obr. 6 Meracie body v o vrstvách konštrukcie podlahy. A- vnútrajšok vozidla, B – PVC, C – preglejka, D – STERED®/Minerálna vlna, E – vzduchová medzera, F – Trapézový plech (autor)

Použitím programu COMSOL Multiphysics boli simulované prvotné podmienky prechodu hluku od pojazdu železničného osobného vozňa cez jeho podlahu (Tab.1). Vybraté frekvencie f [kHz]

MINERÁLNA VLNA

Frekvenčná analýza STERED®

MINERÁLNA VLNA

0,5

3

STERED®

15

20

Tab. 1 Výsledok simulácie prechodu akustického tlaku cez konštrukciu steny vozňa (autor)

103


2015 / 2

Ďalšie možné využitie materiálu STERED v stavebných konštrukciách železničnej trate

4.2

Ďalšie využitie materiálu STERED sa dá uplatniť v konštrukcií koľajnicových absorbérov, pri nízkych protihlukových stenách a pri konštrukcií koľajového lôžka ako antivibračné podložky (obr.7).

Obr. 7 Možnosti použitia materiálu STERED v konštrukcií koľajového lôžka [5]

5

ZÁVER

Z výsledkov simulácie je zrejmé, že materiál STERED vykazuje lepšie akustické výsledky ako materiál minerálna vlna približne o 10 – 15 dB, najmä v oblasti vyšších frekvencií. Materiál STERED je získavaný recykláciou textilného odpadu, ktorý bol tepelným a akustickým izolantom v automobilovom priemysle. Základný materiál tvoria syntetické vlákna, ktoré majú vysokú odolnosť aj voči poveternostným vplyvom. Tým pádom môže byť využitý aj v exteriéri a má široké uplatnenie. Poďakovanie Práca je podporovaná z prostriedkov grantového projektu VEGA 1/0766/15 Výskum hlukových emisií v železničnej doprave a spôsoby ich efektívneho znižovania.

zdrojov

Použitá literatúra [1]

Benton, David: Railway noise in urban areas: possible source noise reduction measures. Pisa 9-10 November 2006, European Workshop

[2]

Eisenreich, Jan: Nízké protihlukové clony pro železniční a tramvajové tratě, WebArchiv, Časopis Stavebnictví, 9/14, 2014, Načítané z http://www.casopisstavebnictvi.cz/nizkeprotihlukove-clony-pro-zeleznicni-a-tramvajove-trate_N5330#, cit.18.11.2015

[3]

Ho, Wilson: RAIL DAMPER LATEST DEVELOPMENT, REDUCTION OF NOISE RADIATION AND CORRUGATION GROWTH, 20th aniversary of Hon Kong Instituce of Acoustics

[4]

Jaouen, L. Načítané z http://apmr.matelys.com/Parameters/Characterization/Acoustics/ ThermalCharacteristicLength.html cit. 8. 1 2015.

[5]

Stered v dopravnej infraštruktúre, Načítané z http://www.stered.sk/stered-v-dopravnejinfrastrukture, cit. 18.11.2015

[6]

Wison technology, Expertise in Power Solution (2015). http://wisonpower.com/. Cit. 24. 2. 2015, z http://wisonpower.com/sub/product_view.php?idx=94&cat_no=

[7]

http://www.knaufinsulation.sk/lmf-10-alur-40-mm, cit 18.11.2015

104


2015 / 2

VEREJNÉ PRIESTORY VIDIECKYCH SÍDIEL – DOPAD INTERVENCIÍ NA IDENTITU PUBLIC AREAS OF RURAL SETTLEMENTS - THE IMPACT OF INTERVENTION ON THE IDENTITY doc. Ing. arch. Sopirová Alžbeta, PhD. ABSTRAKT Príspevok skúma verejné priestory vo vidieckych sídlach. Hodnotí ich problémy, súčasné premeny a naznačuje hlavné požiadavky na ich architektonicko-urbanistickú tvorbu. Verejné priestory ovplyvňujú život obyvateľov oveľa viac ako si uvedomujeme. Na ich atraktivite, kvalite, funkčnosti, estetickom vzhľade aj stavebnotechnickom stave sa podieľa samospráva, architekti, stavbári, developeri, investori, ale aj každý občan svojou činnosťou. Cieľom je dosiahnuť zapamätateľné, živé, aktívne verejné priestory, plné ľudí, ktorí v nich chcú zotrvať čo najdlhšie, cítiť sa príjemne a bezpečne. Klíčová slova: vidiecke sídlo, verejný priestor, námestie, identita, kontinuita, tradícia, rekonštrukcia ABSTRACT Paper examines the public spaces in rural settlements. It evaluates their problems, and indicates the current transformation of the main requirements for their architectural and urban design. Public areas affect the lives of people much more than we realize. Their attractiveness, quality, functionality, aesthetic appearance and structural state participate in government, architects, builders, developers, investors, but also citizens on its activities. The objective is to get memorable, living, active public spaces, full of people who want to stay in them as long as possible, to feel comfortable and safe. Key words: rural settlement, public space, square, street, identity, continuity, tradition, reconstruction

1

SÚČASNÝ STAV VIDIECKYCH VEREJNÝCH PRIESTOROV NA SLOVENSKU

Verejné priestory vo vidieckych sídlach - námestia, ulice, parky tvoria špecifické územia, v ktorých sa v minulosti aj dnes odohrával život celej komunity. Mnohé výnimočné námestia dýchajú históriou, vlastným príbehom, „boli miestami stretávania, kde občania mohli pestovať kontakty medzi sebou navzájom i s návštevníkmi, kde si vymieňali informácie, kde sa odohrávali dôležité udalosti“. [2]. Ich hodnotu a atraktivitu vnímame cez kontinuitu kultúrno-historických odkazov a tradícií. Svojou lokalizáciou predstavujú priestorové, niekedy až siluetárne symboly, ktoré tvoria súčasť identity, atmosféry a malebnosti vidieckeho sídla. Na formovaní verejných priestorov sa podpísali terénne danosti, lokálne klimatické podmienky (smer prevládajúcich vetrov, oslnenie), historický kontext ich vzniku, založená pôdorysná osnova a hmotovo-priestorová štruktúra, tvorená pôvodnými aj novodobými architektonickými vrstvami stavených fondov. Významné objekty občianskej vybavenosti ako kostol, obecný úrad, hostinec, obchod, škola, požiarna zbrojnica, ale aj niektoré remeselné dielne sa sústreďovali okolo námestia alebo hlavnej ulice a podieľali sa na spoluvytváraní vidieckeho štýlu života obyvateľov, v duchu hodnôt spolupatričnosti, vzájomných kontaktov a identifikácie s miestom kde žijú. Súčasný stav vidieckych námestí, zdedený z obdobia socializmu je taký, že mnohé postrádajú logické a aktívne funkčné využitie. Stali sa nezaujímavými, nevľúdnymi, upadajúcimi, zanedbanými

105


2015 / 2

„miestami nikoho“ (obr. 1), s absenciou funkcií, ktoré sa podieľajú na vytváraní „optimálnych podmienok pre spoločenské komunikovanie a čo najúčinnejšiu psychickú a fyzickú väzbu na dané prostredie“ [1]. Významné objekty občianskej vybavenosti, ktoré sú ich súčasťou, sú často nefunkčné, stavebne chátrajú, prípadne sa nahrádzajú novostavbami. Nedostatok finančných prostriedkov a nevšímavosť komunálnych politikov spôsobilo, že mnohé námestia vo vidieckych sídlach sa časom premenili na: -

asfaltové plochy, ktoré plnia funkciu križovatiek, autobusových zastávok alebo sú okupované statickou dopravou (obr. 1),

Obr. 1 Námestia, ktoré ovláda doprava, stánky a agresívna reklama - obec Bátovce na Slovensku a Bruck an der Leitha v Rakúsku /foto: Alžbeta Sopirová, 2008/

-

územia s implantáciou nových, netypických funkcií komerčného charakteru, napr. predajnými stánkami, zábavnými a športovými atrakciami, ale aj agresívnou reklamou a gýčovou výzdobou,

-

nefunkčné, neudržiavané plochy s poškodenými informačnými tabuľami, svietidlami, fontánami, studňami, dolámanými lavičky a odpadkovými košmi, vytrhanou dlažbou a stenami okolitých objektov, ktoré sú poznačené „výtvormi“ sprayerov…,

-

zatrávnené plochy s nekoncepčnou, rozptýlenou vegetáciou nepôvodnej, nezriedka náletovej skladby drevín, kde nachádzajú svoje miesto neprispôsobiví obyvatelia (obr. 2),

Obr. 2 Verejné priestory, ktoré síce podčiarkujú pokojnú atmosféru vidieckeho prostredia, ale postrádajú atraktívne aktivity, ktoré priťahujú obyvateľov - obce Bulhary a Ludanice /foto: Alžbeta Sopirová, 2008/

106


2

2015 / 2

PRETVÁRANIE VEREJNÝCH PRIESTOROV

Proces obnovy vidieka po roku 1989, pretrvávajúcu „stabilitu“ vo vidieckych sídlach postupne narúša pretváraním a rekonštrukciou pôvodnej zástavby. Rôznorodosť a neopakovateľnosť hlavných vidieckych verejných priestorov, so špecifickou štruktúrou, sa urbánnymi zásahmi mení. Rozmach rekonštrukcie vidieckych verejných priestorov, stimulovaný eurofondami, je nesporne pozitívnou zmenou, ktorá im vtláča nové „ošatenie“. Jednotlivé intervencie sa výrazne líšia – od jedinečných riešení, ktoré oživujú tradície, podčiarkujú autenticitu miesta a zvyšujú príťažlivosť celkového obrazu lokality, až po negatívne, vyznačujúce sa uniformitou, stieraním regionálnych rozdielov, pôvodnej znakovosti a stratou originality priestoru „génia loci“. Pri nevhodnom návrhu môže vidiecky priestor nadobudnúť znaky uniformného prostredia, ktoré sa vyznačuje použitím rovnakých výrazových prostriedkov, tvarov, materiálov aj farebnosťou, čím obce nadobúdajú jednotný výraz, strácajú atmosféru, identitu, pocit svojráznosti a jedinečnosti. Žiaľ dôležitú úlohu v tomto procese zohrávajú finančné možnosti, ktoré sú regulované dotáciami. Výsledná kvalita remeselného prevedenia povrchových úprav verejných priestorov, ako aj výber prvkov drobnej architektúry, v mnohých realizáciách neprispieva k ich funkčnosti, atraktívnosti a trvácnosti (obr. 3).

Obr. 3 Negatívne príklady rekonštrukcie verejných priestorov, ktoré sa vyznačujú nesúrodosťou použitých stavebných materiálov - obce Beluša a Pruské /foto: Alžbeta Sopirová, 2012/

3

DOPAD NA IDENTITU MIESTA

Súčasťou transformácie verejných priestorov je aj ich „dekomunizácia“ sprevádzaná premenovávaním miestnych názvov a ulíc, spontánne aktivity odstraňovania nežiaducich sôch a iných symbolov spojených s predchádzajúcim politickým systémom.

Obr. 4 Privatizácia uličného priestoru spôsobuje územné bariéry; nežiaduca konkurencia dominánt obce s prvkami technickej infraštruktúry /foto: Alžbeta Sopirová, 2012/

107


2015 / 2

Hodnoty verejného priestoru vo vidieckych sídlach narúša: -

priestorová segregácia - zaberanie častí verejných priestorov súkromníkmi, vytváranie územných bariér, čím sa obmedzuje aktívne využitie, aj bezkolízny prechod územím (obr. 4),

-

dominancia technickej infraštruktúry, ktorá konkuruje architektonickým akcentom, obmedzuje priehľady a vytvára nové siluety (obr. 4),

-

monotónnosť priestoru nových obytných ulíc, vymedzených vysokým, nepriehľadným oplotením, s absenciou sprievodnej zelene, peších chodníkov, parkovacích miest...

Obr. 5 Kontrast medzi pôvodnou a novodobou ulicou /foto: Alžbeta Sopirová, 2012/

4

AKO PLÁNOVAŤ VEREJNÉ PRIESTORY NA VIDIEKU

Plánovanie verejných priestorov je náročný proces, pri ktorom sa ukazuje, že najdôležitejšou cestou, ako predísť budúcim problémom, je zapojenie verejnosti už vo fáze prípravy projektu. Samospráva aj miestne autority sa poučili, že spoluúčasť obyvateľov na plánovaní a rozhodovaní je cesta jednoduchšia, ako následné kritiky, protesty a petície. Prenesenie názorov a návrhov súčasných a budúcich užívateľov do tvorby verejného priestoru je úloha architektov za aktívnej spoluúčasti lokálnych aktérov. Všetci účastníci, vrátane občanov, by sa mali pri debatách o návrhu námestia stotožniť s názorom prof. Šarafína: „Na námestí musíme pocítiť silné žiarenie, s pozitívnym účinkom, nie je to len o vybudovaní priestranstva, je to o výsledku diskusného procesu ako skúšky kultúrnosti obce, ide o stavebnú kultúru obce, je to o naliehavosti pozitívnej identity obce a novej interpretácii silných koreňov, diskusia o tvorbe pravdivých znakov nie len lacných atrakciách“ [4].

Obr. 6 Živé verejné priestory, ktorých súčasťou je trhovisko, obchodná vybavenosť, reštaurácie a kaviarne s posedením – obce Scharnitz a Rust v Rakúsku /foto: Alžbeta Sopirová, 2012/

108


2015 / 2

Vo vidieckom sídle by mali tvorcovia zohľadniť nasledovné požiadavky, ktoré motivujú k prechádzaniu, zotrvaniu a užívaniu verejného priestoru: -

regionálnu rozmanitosť, originalitu a identitu - „génia loci“ miesta,

-

ochranu historicky vytvorenej pôdorysnej stopy priestoru a architektonicky hodnotných objektov a prvkov,

-

optimálnu funkčnú náplň so zachovaním pôvodných funkcií (kostol, krčma, obchod) a oživenie novými atraktivitami s primeranou mierou variability a voľby činnosti, ktoré umožnia aktívny spoločenský, stretávací, kultúrny, športový a oddychový život obyvateľov všetkých vekových skupín (obr. 5, 6), s rôznymi záujmami a hodnotami (tradície, trhy, jarmoky, vinobrania, výstavy, exteriérové sedenie...),

-

jasnú orientáciu v priestore, artikuláciu medzi súkromným, poloverejným a verejným priestorom – predzáhradky zabezpečujú prechod medzi verejným a súkromným priestorom a umocňujú pocit bezpečia,

-

postupnú obnovu stavebných fondov vymedzujúcich verejný priestor,

-

lokálnu znakovosť prostredia, hlavne estetický design urbánneho mobiliáru v súlade s charakterom prostredia (dlažba, prvky drobnej architektúry z tradičných materiálov, typická farebnosť, osvetlenie dotvárajúce celkovú atmosféru a kolorit prostredia a zvýrazňujúce významné objekty...),

Obr.7 Prvky drobnej architektúry, ktoré dotvárajú úžasný kolotoč pohybu a aktivít vo verejnom priestore – obec Zálesie a mesto Györ v Maďarsku /foto: Alžbeta Sopirová, 2012/

-

optimálnu organizáciu dopravy (cestnej, statickej, pešej a hlavne cyklistickej a pešej),

-

syntéza prírodných a umelých prvkov, zakomponovanie vysokej a nízkej zelene, vodného toku,

-

vyváženú druhovosť vegetačných prvkov, ktorá vychádza z drevín charakteristických pre danú lokalitu,

-

ľahkú údržbu, bezpečnosť, odolnosť a kvalitu materiálov,

-

univerzálne navrhovanie priestoru (ohľaduplné k telesne hendikepovaným osobám),

-

profesionalitu konceptu riešenia tvorcov, ktorej zárukou je vypracovanie návrhu profesionálnym odborníkom, za aktívnej spoluúčasti samosprávy, občanov a mimovládnych inštitúcií.

109


5

2015 / 2

ZÁVERY

Ako ďalej postupovať pre dosiahnutie intenzívne navštevovaných, atraktívnych a jedinečných verejných priestorov? Za kvalitný a estetický verejný priestor sa považuje ten, ktorý disponuje veľkou gravitačnou silou, novými sociálnymi impulzmi, ktoré sprevádza úžasný kolotoč pohybu obyvateľov a návštevníkov, kumuláciou rôznorodosť funkcií a atraktivít. Podľa Gehla je „kvalitný a dobre navrhnutý príjemný verejný priestor je ten, ktorý je človeku blízky svojím merítkom, trvalo udržateľný, zdravý, bezpečný a živý“ [3]. Aktivitu človeka vo verejnom priestore možno brať ako meradlo jeho kvality. Hodnotný priestor by sa mal vyznačovať identitou, zapamätateľnosťou, ľahkou orientáciou, funkčnosťou a kvalitou. Architekt, ako tvorca koncepcie tohto priestoru, sa musí pri jeho návrhu podieľať na participatívnom plánovaní – komunikovať a spolupracovať s občanmi, miestnymi elitami, samosprávou a mimovládnymi inštitúciami. K úspechu súčasne vedie primeraná miera lokalpatriotizmu, hrdosti a identifikácie občanov aj komunálnych politikov. Nezanedbateľnou súčasťou tohto procesu sú jasné požiadavky, predstavy a stratégie samosprávy.


[1]

ALEXY, Tibor: K otázkam štrukturálnej premeny sídelného útvaru, In: Architektúra a urbanizmus 16, 1982, č.1, str. 139

[2]

BAŠOVÁ, Silvia, ŠTEFANCOVÁ, Lucia: Mestský priestor – straty a zisky pešieho života, Czek Journal of civil Engineering 2015/1, ISSN 2336-7148, str. 51

[3]

GEHL, Jan: Města pro lidi, Partnerství, o.p.s., 2009, ISBN 978-80-260-1080-6

[4]

ŠARAFÍN, Michal: Seriál - Obecné noviny 2009, poučenie 1-10, www.atelierdomova.sk

110


2015 / 2

VLIV POŽÁRNĚ NEBEZPEČNÉHO PROSTORU NA STAVEBNÍ ŘÍZENÍ EFFECT OF FIRE DANGER ZONE FOR CONSTRUCTION MANAGEMENT Ing. Strnad Michal ABSTRAKT

Kolem hořícího objektu vzniká požárně nebezpečný prostor, ve kterém je nebezpečí přenesení požáru sáláním tepla nebo padajícími částmi konstrukcí hořícího objektu. Šířka požárně nebezpečného prostoru je vymezena odstupovými vzdálenostmi od požárně otevřených ploch požárních úseků hořícího objektu. Požárně nebezpečný prostor nemá zasahovat přes hranici stavebního pozemku kromě veřejného prostranství. Klíčová slova: Požárně nebezpečný prostor, požární ochrana, stavební řízení, územní řízení ABSTRACT

Around the building there is a fire burning dangerous area where the risk of fire, radiant heat transfer or falling parts of structures burning building. The width of the fire danger zone is defined odstupovými distances from fire areas open fire compartments of a burning building. Fire danger area does not interfere with building land across the border in addition to the concourse. Key words: Fire danger zone, fire protection, construction management, land management

1

VÝVOJ A VLIV PRÁVNÍCH PŘEDPISŮ NA POŽÁRNĚ NEBEZPEČNÝ PROSTOR

Požárně nebezpečný prostor je posuzován u nevýrobních objektů dle ČSN 73 0502 již od roku 1976. Do roku 1989 s jeho aplikací nevznikal žádný problém. Zřejmě to je tím, že vlastnické právo soukromých osob bylo potlačováno, rozhodující bylo právo užívací, a lidé si po druhé světové válce zvykli, že „všechno patří všem, tj. státu“ a postavení účastníků územních nebo stavebních řízení si tak bylo rovné. S návratem soukromého vlastnictví začalo narůstat i dogma ničím neomezovaného soukromého zájmu jednotlivce. Co je však dobré pro jednoho člověka, nemusí představovat hodnotu pro někoho jiného. Stavebník nechce vždy totéž, co vlastník nebo uživatel sousedních pozemků a staveb. Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu, ve znění pozdějších předpisů v § 76 odst. 1 a 2 uvádí: „ Umisťovat stavby nebo zařízení, jejich změny, měnit jejich vliv na využití území, měnit využití území a chránit důležité zájmy v území lze jen na základě územního rozhodnutí nebo územního souhlasu, nestanoví-li zákon jinak. Každý, kdo navrhuje vydání územního rozhodnutí je povinen dbát na soulad s požadavky zvláštních právních předpisů, soulad se stanovisky dotčených orgánů a být šetrný k zájmům vlastníků sousedních pozemků a staveb“. Dále je v § 87 odst. 1 uvedeno: „ Stavební úřad oznámí zahájení územního řízení a k projednání žádosti nařídí veřejné ústní jednání, je-li to účelné, spojí jej s ohledáním na místě“. Pro stavební řízení je pak v § 111 stavebního zákona uvedeno, že: „ Stavební úřad přezkoumá podanou žádost, a ověří zejména, zda projektová dokumentace je zpracována v souladu s podmínkami územního rozhodnutí, a ověří rovněž účinky budoucího užívání stavby. Zjistí-li, že projektová dokumentace není v souladu s podmínkami

111


2015 / 2

územního rozhodnutí, vyzve stavebníka k odstranění uvedených nedostatků, a stanoví k tomu přiměřenou lhůtu“. V prováděcí vyhlášce stavebního zákona č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území, ve znění pozdějších předpisů, je v § 23 odst. 2 uvedeno: „ Stavby se umisťují tak, aby stavba ani její část nepřesahovala na sousední pozemek. Umístěním stavby nebo změnou stavby na hranici pozemků nebo v její bezprostřední blízkosti nesmí být znemožněna zástavba sousedního pozemku“ [1]. Podle § 2 odst. 1 písm. b) stavebního zákona, je stavební pozemek definován jako „pozemek, jeho část nebo soubor pozemků, vymezený a určený k umístění stavby územním rozhodnutím anebo regulačním plánem“ a nový pojem zastavěný stavební pozemek jako „pozemek evidovaný v katastru nemovitostí jako stavební parcela a další pozemkové parcely zpravidla pod společným oplocením, tvořící souvislý celek s obytnými a hospodářskými budovami [2], [5], [6]. Vyhláška č. 137/1998 Sb., o obecných technických požadavcích byla zrušena a nahrazena vyhláškou č. 268/2009 Sb., ve znění vyhlášky č. 20/2012 Sb., která se odkazuje na vyhlášku č. 23/2008 Sb., o technických podmínkách požární ochrany staveb, ve znění vyhlášky č. 268/2011 Sb. V § 11 této vyhlášky je pro stanovení požárně nebezpečného prostoru odkaz na české technické normy. Proto byly tyto požadavky uvedeny do novelizované ČSN 73 0802 Požární bezpečnost staveb Nevýrobní objekty a ČSN 73 0804 Požární bezpečnost staveb - Výrobní objekty, kde se uvádí: „Požárně nebezpečný prostor nemá zasahovat přes hranici stavebního pozemku kromě veřejného prostranství (např. do ulice, náměstí, parku, prostoru vodních ploch). Tato úprava odpovídá stanovisku MMR, které uvedlo v komentáři stavebního zákona v roce 1998 příklady veřejného prostranství (veřejné komunikace, vodní plochy, parky apod.) jako plochy, na které bylo možné vydat rozhodnutí o povolení výjimky z ustanovení § 17 odst. 5 vyhl. č. 137/1998 Sb., a že pouze pro účely požárně nebezpečného prostoru lze za stavební pozemky považovat ty, které jsou ve vlastnickém nebo jiném právním nároku stavebníka. Zastavitelnost sousedních pozemků vyplývá z územních plánů obcí, a ověřuje ji příslušný stavební úřad. Podle přílohy č. 4 k vyhlášce č. 503/2006 Sb., o podrobnější úpravě územního řízení, veřejnoprávní smlouvy a územního opatření, uvede projektant v dokumentaci k žádosti o vydání rozhodnutí o umístění stavby charakteristiku území a stavebního pozemku. Z hlediska požární bezpečnosti je třeba tuto charakteristiku uvést i do požárně bezpečnostního řešení tak, aby bylo zřejmé, jaký dopad na sousední pozemky a stavby bude nová stavba resp. požárně nebezpečný prostor mít. Projektantem posuzovaný stavební pozemek musí být vždy vymezen v souladu s ustanovením § 20 odst. 4 vyhlášky č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území, ve znění pozdějších předpisů tak, „aby svými vlastnostmi, zejména velikostí, polohou, plošným a prostorovým uspořádáním a základovými poměry umožňoval umístění, realizaci a užívání stavby pro navrhovaný účel a aby byl dopravně napojen na kapacitně vyhovující veřejně přístupnou komunikaci. Novou právní úpravou byla zrušena možnost vydávání rozhodnutí o výjimce z § 17 odst. 5 vyhlášky č. 137/1998 Sb. stavebním úřadem, ale při správném postupu podle výše uvedených direktiv od roku 1998 došlo pouze k velkému úbytku správních rozhodnutí stavebních úřadů [6]. Podle § 114 stavebního zákona může účastník řízení uplatnit námitky proti projektové dokumentaci, způsobu provádění a užívání stavby nebo požadavkům dotčených orgánů, pokud je jimi přímo dotčeno jeho vlastnické právo nebo právo založené smlouvou, provést stavbu nebo opatření nebo právo odpovídající věcnému břemenu k pozemku nebo stavbě. O námitce, u které nedošlo k dohodě mezi účastníky řízení, stavební úřad rozhodne na základě obecných požadavků na výstavbu, závazných stanovisek dotčených orgánů nebo technických norem, pokud taková námitka nepřesahuje rozsah jeho působnosti. Nedošlo-li k dohodě o námitce občanskoprávní povahy, stavební úřad si o ní učiní úsudek a rozhodne ve věci. Pokud HZS vydá souhlasné stanovisko k projektu, i v případě přesahu požárně nebezpečného prostoru přes hranice pozemku bez řádného odůvodnění, nemá stavební úřad šanci obhájit opačný názor. Pokud zvláštní právní a technická norma něco požaduje, měl by tento požadavek hájit úřad, který byl k tomu účelu zřízen. V praxi vlastník sousedního pozemku není vždy účastníkem

112


2015 / 2

řízení nebo jsou dokumenty vyvěšeny na úřední desce, a o přesahu požárně nebezpečného prostoru se tak v povolovacím nebo oznamovacím řízení vůbec nedozví. Případný souhlas vlastníka sousedního pozemku, který byl tak hojně využíván v minulosti pro účel povolení výjimky nemá trvalý charakter. Málokterý laik tuší, co požárně nebezpečný prostor ve svém důsledku pro něj jako souseda znamená.

2

POŽÁRNĚ NEBEZPEČNÝ PROSTOR TYPOVÉHO RODINNÉHO DOMU

Pro ukázku výpočtu odstupových vzdáleností je použit typový rodinný dům, který je nepodsklepený a má dvě nadzemní podlaží a nevyužívaný půdní prostor. Objekt je téměř obdélníkového tvaru o rozměrech nejdelších stran 11,485 x 9,61 m, kde je hmota ve východním rohu doplněna venkovní terasou. Objekt je zastřešen sedlovou střechou. Hlavní vstup do RD se nachází na jihovýchodní straně, kde se vstupuje přes zádveří do schodišťové chodby, z níž jsou přístupné ostatní části RD (obývací pokoj s jídelnou a kuchyní, prádelna, technická místnost a hygienické zázemí se samostatným WC). Na úrovni 2.NP jsou umístěny 3 obytné pokoje, pracovna, šatna a hygienické zázemí. Požárně nebezpečný prostor je zpracován pro dvě konstrukční řešení: • •

Zděný rodinný dům Dřevostavba

V obou konstrukčních řešení bude rodinný dům tvořit jeden samostatný požární úsek. 2.1

Zděný rodinný dům

Obvodové a vnitřní nosné stěny RD jsou vyzděny ze systému pórobetonových tvárnic YTONG tl. 375 mm u obvodových stěn a tl. 300 mm pro vnitřní nosné zdivo. V části terasy tvoří nosnou konstrukci zděný pilíř rozměru 375x375 mm. Nenosné konstrukce jsou provedeny taktéž jako zděné z tvárnic Ytong. Obvodová konstrukce je zateplena kontaktním zateplovacím systémem z EPS v tl. 220 mm. Stropní konstrukce je provedena stropním systémem YTONG - vložkovým stropem s nadbetonávkou o tl. 50 mm a následnou aplikací nášlapné vrstvy. Sedlová střecha je vynášena dřevěným krovem vaznicové soustavy, ze spodního líce je konstrukce střechy opatřena SDK podhledem. Střešní krytina je provedena skládaná z betonové tašky Bramac. Dle ČSN 73 0802 čl. 7.2.8 a) se jedná o konstrukční systém nehořlavý a dle ČSN 73 0833 je rodinný dům hodnocen jako budova skupiny OB1 [3], [4]. Odstupové vzdálenosti samostatně stojícího RD jsou hodnoceny pomocí výpočtu dle hustoty tepelného toku pro jednotlivé požárně otevřené plochy ve fasádách. Hodnocena je vždy největší požárně otevřená plocha v každé fasádě. Konstrukce jsou ve všech částech posuzovány jako požárně uzavřené.

Tab. 1 Odstupové vzdálenosti

Požárně nebezpečný prostor od RD nezasahuje do požárně otevřených ploch sousedních objektů, což vyhovuje ČSN 73 0802. Objekt sám neleží v požárně nebezpečném prostoru objektů sousedních.

113


2015 / 2

Porovnáním vypočtených odstupových vzdáleností se situací stavby je možno konstatovat, že požárně nebezpečný prostor od RD nepřesahuje hranici stavebního pozemku investora akce.

Obr. 1 Požárně nebezpečný prostor zděného rodinného domu 2.2

Dřevostavba

Nosné stěny budou provedeny z lehkého rámového systému z dřevěných KVH hranolů, které jsou opláštěné z vnější strany konstrukční deskou Fermacell, z vnitřní strany je konstrukce opatřena SDK deskami. Prostor mezi sloupky je vyplněn izolací ISOVER ISOPHEN. Obvodové stěny jsou zatepleny kontaktním zateplovacím systémem z EPS v tl. 100 mm. Uvnitř dispozice RD je nosná akumulační stěna tl. 300 mm mezi obývacím pokojem s kuchyní a chodbou navržena ze železobetonu. V přízemí budou zhotoveny u objektového schodiště ztužující stěny tl. 125 mm z dřevěných prvků 60/100 mm s opláštěním SDK deskami. Nenosné dělící stěny jsou provedeny ze systému Knauf/Rigips v tl. 100 a tl. 150 mm. Stropní konstrukce nad 1. NP je tvořena trámovým stropem z dřevěných prvků 100/200 mm, zaklopených OSB deskami 2x25 mm. Střecha je sedlová se sklonem 35° a se skládanou střešní krytinou z betonových tašek Bramac. Nosnou konstrukci tvoří vaznicový systém. Dle ČSN 73 0802 čl. 7.2.8 c) se jedná o konstrukční systém hořlavý a dle ČSN 73 0833 je rodinný dům hodnocen jako budova skupiny OB1 [3], [4]. Odstupové vzdálenosti od RD jsou hodnoceny pomocí výpočtu dle hustoty tepelného toku pro jednotlivé požárně otevřené plochy ve fasádách. Hodnocena je vždy největší požárně otevřená plocha v každé fasádě. Obvodové konstrukce rodinného domu jsou v celém rozsahu hodnoceny jako požárně otevřené.

114


2015 / 2

Tab. 2 Odstupové vzdálenosti

Požárně nebezpečný prostor od RD nezasahuje do požárně otevřených ploch sousedních objektů, což vyhovuje ČSN 73 0802. Objekt sám neleží v požárně nebezpečném prostoru objektů sousedních. Porovnáním vypočtených odstupových vzdáleností se situací stavby je možno konstatovat, že požárně nebezpečný prostor od RD přesahuje hranici stavebního pozemku investora akce a to u jihozápadní hranice pozemku parc. č. 878/1, o čemž bude majitel dotčeného pozemku informován. Dále odstupové vzdálenosti přesahují hranici pozemku investora akce u severovýchodní strany, a to do veřejné komunikace, což je v souladu s ČSN 73 0802.

Obr. 2 Požárně nebezpečný prostor dřevostavby

3

ZÁVĚR

V případě konstrukční varianty dřevostavby musí investor informovat majitele sousedního pozemku a požádat o souhlas dotčení požárně nebezpečným prostorem. Pokud by nedošlo k domluvě potenciálních sousedů, muselo by být požárně bezpečností řešení stavby přepracováno tak, aby navržené materiály odpovídaly při výpočtu dle hustoty tepelného toku odstupové vzdálenosti, která nepřekročí hranici stavebního pozemku investora. Mnohdy musí dojít až k omezení požárně otevřených ploch (oken, ….) v obvodových stěnách, což má neblahý vliv na přirozené osvětlení interiéru.

115


2015 / 2

Závěrem lze konstatovat, že z výše uvedených důvodů je nutné, aby při umísťování stavby byly vzaty v úvahu zde uvedené skutečnosti. Majitelé dvou (popř. více) sousedních pozemků musí vědět o záměrech umístění, respektive výstavby konkrétní stavby a v rámci řízení podle stavebního zákona pak mohou uplatňovat námitky proti záměru v rozsahu, jakým je jejich právo přímo dotčeno, a to v souladu s ustanovením § 89 stavebního zákona.

Poděkování Tato práce byla podpořena Grantovou agenturou Českého vysokého učení technického v Praze, Grant č SGS15/023/OHK1/1T/11.


[1] [2] [3] [4] [5] [6]

Ministerstvo pro místní rozvoj. Vyhláška č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území. Parlament České republiky. Zákon 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon) ČSN 73 0802 - Požární bezpečnost staveb - Nevýrobní objekty. ČSN 73 0833 - Požární bezpečnost staveb - Budovy pro bydlení a ubytování Časopis stavebnictví. Dostupné z: http://www.casopisstavebnictvi.cz/ Technický zpravodaj. Požárně nebezpečný prostor ze všech úhlů pohledu [online]. J.Seidl a spol.,s.r.o., 2012. Dostupné z: http://www.seidl.cz/cz/technicky-zpravodaj/technickyzpravodaj-41/

116


2015 / 2

THE PERCEPTION SURVEY OF BUILDINGS BASED ON WOOD IN THE CONTEXT OF TRADITIONAL CONSTRUCTION METHODS Ing. Švajlenka Jozef; prof. Ing. Kozlovská Mária, Ph.D. ABSTRACT

In the context of using modern methods of construction in Slovakia seem to be the most widespread building systems prefabricated buildings based on wood. Modern wooden buildings are undoubtedly constructions that realize the most modern and innovative construction methods. Modern buildings based on wood are becoming increasingly popular and more popular also in Slovakia. Even despite undeniable advantages that are associated with the use of modern construction systems based on wood, preventing more widespread wooden buildings low level of knowledge and awareness on the part of customers and investors. The aim of the paper is to present the lessons learned of realized socio economic survey on the perception properties of buildings based on wood in the context of traditional methods of construction through potential users. Obtaining information through questioning of respondents was carried out personal interviews as well as an electronic on-line questionnaire. The questionnaire was composed of five parts. The first part focuses on data about the respondent, others parts are focused on the architectural, constructional and technical, social, technological and economic oriented issues. Key words: modern methods of construction, construction based on wood, socio-economic research

1

INTRODUCTION

Contemporary modern wooden buildings by Vaverka et al. [1] are undoubtedly constructions which are constructed with the most modern and most innovative construction methods. Their advantage is speed of construction, high quality, simple project management, transparent costs and the use of existing modern technologies in construction, which is also supported several foreign and domestic studies [2-4, 10]. They are becoming increasingly popular and more popular not only in Europe but also in Slovakia. This is evidenced by the increasing number share of new buildings based on wood in Slovakia. According to the Association of Wood Processors Slovak Republic [6] for the last ten years has increased the share of modern wooden buildings in individual housing construction in Slovakia twice and is about 10%. For comparison with other countries, this proportion is still very small. In Europe, the representation of wooden substantially (70% Scandinavia, Germany 50%, Austria 45%, 20% Czech, USA 65%, Canada 80%, England 40%). Even despite undeniable advantages that are associated with the use of modern construction systems based on wood by Štefko [9] prevents more widespread wooden buildings in Slovakia low level of knowledge and awareness on the part of customers and investors as strong ties to traditional masonry technology. To enhance the general awareness about public opinion in Slovakia, we have undertaken a socioeconomic survey on the knowledge of modern structural prefabricated construction system based on wood. A similar survey dealing with several different analyzes of the potential of modern methods of construction within the framework of research aimed at increasing the efficiency of construction by means of MMC technology on Faculty of Civil Engineering at the Technical University of Košice [14, 17-19]. Similar themes dealt with in the years 2013-2015, several research works in the Czech Republic at the Mendel University in Brno [15, 16]. The work has focused on user satisfaction wooden

117


2015 / 2

houses in different regions of the Czech Republic. They focused primarily on the views of users on the advantages and disadvantages of wooden, method of realization, the choice of heating medium and what criteria are opting for realization wooden buildings.

2

THE RESEARCH METHODOLOGY AND DISCUSSION

The aim of realized socio economic survey was to map the survey of potential users on the barriers and benefits of prefabricated buildings of wood based in Slovakia. Acquisition of information was carried out during 2014 in the form of questioning of respondents personal interviews as well as an electronic on-line questionnaire. The questionnaire included a total of 16 questions disaggregated into five parts. The first part focuses on data about the respondent, other parts are focused on the architectural, constructional and technical, social and techno-economically oriented issues. It was obtained by interviewing a total of more than 120 responses to the questionnaire. Of the respondents mostly higher and secondary education was 55.3% of men and 44.7% women. For the age group 1825 years is represented 10.6% were aged 26-35 years was 33.3%, at age 36-45 years was 22% and over the age of 45 years was 34.1% of respondents. Most respondents came from Eastern Slovakia in the ratio of 57.7% of the total, were from Central Slovakia was 13% and Western Slovakia was 29.3% of respondents. 2.1

Survey of architectural parameters

In the part focused on architectural issues corresponds to 62.6% of respondents have heard of the prefabricated construction based on wood, 34.1% heard something about the construction of prefabricated wood-based but do not know exactly what system it is, and only 4% of respondents have heard of this construction system. For these statements that the overwhelming majority of respondents know the system or the realization of such a construction system met. Respondents opinions on limiting and limits to the use only of regular shapes in the architectural design of prefabricated buildings of wood-based, is largely inclined to the view that construction assembled systems are not limited to regular shapes (53.7%), 35.8 % of respondents think that they are limited only partially and 10.6% think that they are limited to regular shapes construction. On question of how the architectural appearance would prefer for buildings (in general), 61% of respondents prefer combined shapes, 24.4% of respondents prefer modern, cubic shapes, and only 14.6% preferred shapes with added bevelled planes (walls at different angles, sloping roof areas, etc.). 2.2

Survey of constructional and technical parameters

In the constructional and technical related issues for more than 43% of respondents believe that the use of a wide range of material in the design of prefabricated of realization based on wood (layers of flooring, cladding, filling openings, roof deck...) is certainly not limited compared to traditional systems of construction. Slightly fewer respondents (38%) were the opinion that the restrictions are only partial and 19% think that the prefabricated structural systems based on wood have limited material range compared to traditional construction system, which may be due to the very naming structure (wooden building). More than 76% of respondents adhering to the view that the prefabricated buildings based on wood are capable of achieving low-energy standard. About 20% think that it is possible to achieve this standard only under certain conditions and only less than 4% were considered low-energy standard that is not achievable through the implementation of prefabricated buildings of wood-based (Fig. 1). In terms of stability of the building nearly 70% of respondents think that prefabricated buildings based on wood are comparable with the structures of traditional systems and practically not limited in the number of floors and even 2.4% of respondents believe that the stability of such structures is higher.

118


2015 / 2

achievable under certain conditions

unattainable

achievable Fig. 1 View of respondents achieving to the low-energy standard in comparison with structures of traditional systems. 2.3

Survey of social parameters

Socially oriented issues related to respondents views of interior comfort wooden buildings (thermal comfort, sound insulation, sufficient light, adequate internal air humidity). Nearly 80% of respondents answered that the assembled structure of wood-based interior comfort can be achieved compared to traditional systems of construction. Around 17% were of the opinion that it is possible to achieve an internal comfort, but at the expense of high cost and only 3.3% think that desired comfort cannot be achieved (Fig. 2). Definitely not Yes, but at the expense of high costs Definitely yes Fig. 2 View of respondents to achieve the internal comfort of prefabricated buildings of wood-based compared with structures of traditional systems.

The question focused on the using of wooden constructions for different purposes, the largest percentage of respondents agreed on family houses as well as the additional building or superstructure, which proves that the respondents who already have property, when it would consider the reconstruction of the system. Around 50% of respondents see the potential in construction of schools, nursery, dormitories, and administrative office space (Fig. 3). The lowest representations of using wooden buildings see in buildings for health care. family house apartment building school nursery building for seniors dormitory hotel building for health care - health center building for health care - hospital administrative offices commercial and business premises as an upgrade / additional building to an existing building

33%

95%

49% 53% 45% 44% 37% 10% 5% 46% 32%

66%

Fig. 3 View of respondents on most proper structures to implemented through the use of prefabricated buildings of wood-based.

119


2.4

2015 / 2

Survey of technological and economic parameters

Technological and economic oriented issues related parameters of the construction time and the quality of buildings, declared as the main advantages wooden buildings. Three-quarters of respondents were the opinion that the realized time prefabricated buildings based on wood are compared with structures of traditional systems less. 17% think that the execution time is almost the same and 7% said that the realized time is longer (Fig. 4). In doing so shortening the realized time is the biggest advantage of wooden buildings, as they are realized by dry method of realization, which allows almost immediate and seamless use of the building. In terms of the quality of realization 61% of respondents said that the quality of implementation of prefabricated buildings of wood-based is compared with structures of traditional systems almost the same, 33% of respondents felt that the quality is better and 6% of respondents have opinion that the quality of such buildings is even worse (Fig. 5). longer

Worse Better

Almost the same Almost the same

Shorter

Fig. 5 View of respondents on the quality of realization of prefabricated buildings of wood-based compared with structures of traditional systems.

Fig. 4 View of respondents on the period of realization of prefabricated buildings of wood-based compared with structures of traditional systems.

Last issues has focused on the notion of respondents compared to the costs of procuring and the use wooden buildings compared to traditional systems (Fig. 6). Most respondents believe that the costs for project documentation are comparable but almost one third believe they are above. In doing so the actual cost of the project documentation are almost identical in comparison with traditional systems projects for construction. More than half of respondents believe that the costs for realization of the wooden buildings are lower, more than a one quarter of them deems they are comparable and almost a fifth thought that the costs to implement wooden buildings are higher. Diversity of opinion confirms that it is those costs are different due to the type of construction, location, contractor, and so on. This parameter cannot be precisely evaluated as an advantage compared to traditional wooden buildings system construction. In the area of operating costs to use wooden buildings absolute majority of respondents assimilated the view that the operating costs are lower, but 6% of the respondents was that the cost to use the above. It should be noted that at present all new buildings are required to have over existing buildings lower operating costs, due to the valid legislation on thermal insulation in buildings. Costs of operation

56% 38% 6% 55%

The costs of realization

27% 19% 12%

The costs of preparation of project documentation

60% 28%

are lower

are comparable

are higher

Fig. 6 View of respondents on the comparison of costs of prefabricated buildings of wood-based systems with traditional construction.

120


3

2015 / 2

CONCLUSION

The present socio-economic research provides an analysis of how they perceived potential users of modern prefabricated structural systems based on wood. Assessed the answers of respondents pointed to the fulfilment of the declared performance of wooden buildings, such as Thermal requirements of applicable standards and laws which is related to low operating costs for use of the building, maintaining the required quality and carrying capacity in a shorter period of realization to which they relate lower costs of realization and the impact of realization to the surrounding environment. Potential users in the vast majority also perceive that the concept of wooden construction is not limited to the use of wood, but also the choice of variable material and design solutions compared to traditional systems of construction. Thanks to the mentioned benefits, the awareness of potential users as expanding the information relating to wooden buildings as well as the benefits of these structural system, which is a prerequisite for increased interest of potential users of modern wooden houses. Acknowledgement

The article presented a partial research result of project VEGA - 1/0677/14 "Research of construction efficiency improvement through MMC technologies"

Literature

[1]

VAVERKA, J. – HAVÍŘOVÁ, Z. – JINDRÁK, M. a kol.: Dřevostavby pro bydlení, GradaPublishing, a.s., Praha 2008, ISBN 978-80-247-2205-4.

[2]

KOLB, J.: Dřevostavby, Vydavateľstvo Grada Publishing, Praha 2008, ISBN 978-80-2472275-7.

[3]

BURWOOD, S. – JESS, P.: Modern Methods of Construction Evolution or Revolution?, A BURA Steering and Development forum report, 2005, [cit. 2014-01-30], Online: .

[4]

SMITH, R., E. – TIMBERLAKE, J.: Prefab architecture: a guide to modular design and construction, Canada, 2011, ISBN 978-0-470-27561-0.

[5]

Štatistický úrad SR: [cit 2014-12-02], Online: .

[6]

Zväz spracovateľov dreva Slovenskej republiky: Online: .

[7]

KUJANOVÁ, K., Drevostavby – Vieme o nich všetko?: [cit. 2014-01-10], Online: .

[8]

KUZMA, I.: Prečo si postaviť dom z dreva, [cit. 2014-01-10], .

[9]

ŠTEFKO, J. a kol.: Moderné drevostavby, Vydavateľstvo ANTAR, Bratislava 2010, ISBN 80967718-9-2.

[10]

KEMPTON, J.: Modern methods of construction: Maintenance issues in the registered social landlord sector, [cit. 2014-01-29], Online: .

[11]

Modern methods of construction: [cit. 2014-01-28], Online: .

[12]

KOZLOVSKÁ, M., SPIŠÁKOVÁ, M.: Nové technológie výstavby z pohľadu znižovania odpadov. WASTE fórum, [cit. 2014-10-10], Online: .

121

Online:


2015 / 2

[13]

ČULÁKOVÁ, M.: Katalóg stavebných konštrukcií drevostavieb, 2013, [cit 2014-09-20], Online: .

[14]

KOZLOVSKÁ, M. - KALEJA, P. - STRUKOVÁ, Z.: Sustainable construction technology based on building modules, In: Advanced Materials Research. Vol. 1041, 2014, p. 231-234. ISSN 1022-6680.

[15]

HAHN, P.: Marketingová studie spokojenosti uživatelů dřevostaveb ve Zlínském Kraji, Mendelova Univerzita v Brně, Fakulta regionálniho rozvoje a medzinárodních studií, Brno 2013.

[16]

HLAVÁČ, T.: Marketingová studie spokojenosti uživatelů dřevostaveb na území středočeského kraje, Mendelova Univerzita vBrně, Lesnická a dřevařská fakulta, Brno 2015.

[17]

MESÁROŠ, P. - MANDIČÁK, T. - KYJAKOVÁ, L.: Management of information flows in modern methods of construction, In: European International Journal of Applied Science and Technology. Vol. 1, no. 3 (2014), p. 51-61., ISSN 2372-8385.

[18]

MAČKOVÁ, D. - SPIŠÁKOVÁ, M.: STEKO wood modular construction systém, In: Improving the efficiency of construction through MMC technologies : Proceedings of scientific papers 2014. - Košice : TU, 2014 S. 55-62. - ISBN 978-80-553-1885-1.

[19]

KYJAKOVÁ, L. - BAŠKOVÁ, R.: Modern methods of foundations for modular constructions, In: Oceňovanie a riadenie stavebných projektov 2014 : Zborník vedeckých prác. - Brusel : EuroScientia vzw, 2014 P. 93-100. - ISBN 978-90-822990-1-4.

122


2015 / 2

EFEKTÍVNE RIADENIE STAVEBNÉHO PROJEKTU EFFECTIVE CONSTRUCTION PROJECT MANAGEMENT doc. Ing. Trojanová Mária, Ph.D.; PhDr. Noga Martin, Ph.D. ABSTRAKT

Problematika efektívneho riadenia stavebného projektu zhotoviteľom, patrí v stavebníctve k špecifickým prioritám každej stavebnej spoločnosti. Na efektívne riadenie osobitne prípravy a realizácie výstavbového procesu vplýva celý rad faktorov, z ktorých treba rozhodujúce identifikovať a na základe ich dôslednej analýzy, zvýšiť ich pozitívne účinky na zvýšenie výnosovej a finančnej sily stavebnej spoločnosti. Práve táto požiadavka by mala byť jadrom zamerania pozornosti manažmentu stavebnej spoločnosti, manažmentu stavby automatizovať riadiace procesy stavebného projektu zhotoviteľom s využívaním informačného systému riadenia. Automatizácia riadiacich procesov sa stane prínosom v oblastiach podrobnejšieho vykazovania ziskovosti zákazky, podrobných analýz predikovaných nákladov a výnosov v porovnaní so skutočnými. Kľúčová slová: informačný systém, rozpočet, kalkulácia, operatívne plánovanie, kontroling.

ABSTRACT

Effective engineering project management pertains to specific priorities of every engineering company. A broad array of factors has impact on planning and execution of a construction process. The main influencing factors needs to be identified by a thorough analysis, in order to exploit their positive and beneficial impacts on revenues and financial portfolio of a engineering company. This particular demand has to be in focus of a engineering company management, and should lead to building site management automation and decision making algorithms employed through information based management system. Automation of management algorithms is beneficial in estimation of construction order profitability and thorough analyses of real and predicted costs. Key words: information system, budget calculation, operative plan making, controlling.

1

ÚVOD

V súčasnom období sa podnikateľské prostredie vyznačuje zvýšenými nárokmi na efektívne riadenie všetkých procesov. Dôraz na efektívnosť riadenia sa stal rozhodujúci pre väčšinu stavebných podnikov v tvrdom konkurenčnom prostredí, charakterizované znižovaním nákladov, redukciou pracovných miest, hľadaním efektívneho využitia zdrojov, vytváraním podmienok na realizáciu stavebných projektov v cenovej úrovni s ich nulovou ziskovosťou. Jedným z najdôležitejších nástrojov pri zvyšovaní efektívnosti riadenia je využitie informačných technológií, ktoré napomáhajú pri automatizácii podnikových procesov, pri efektívnosti kontrolných, rozhodovacích, riadiacich procesov. V závislosti od typu projektu a požiadaviek investorov je pri oceňovaní stavebného diela v ponuke rozhodujúca štruktúra a podrobnosť, v akej je investorom rozpočet požadovaný na ocenenie. Štruktúra rozpočtu často nevyhovuje požiadavkám zhotoviteľa na štruktúru položiek pri príprave nákladovej kalkulácie. Dochádza k rozdielnosti štruktúr rozpočtu, ktorý je ocenený do ponuky a tvorí zároveň

123


2015 / 2

zmluvný rozpočet a ponukovou, neskôr výrobnou kalkuláciou, na základe ktorej zhotoviteľ stavebné dielo nákladovo riadi v procese jeho realizácie. V stavenej praxi sa pre potreby riadenia stavebných projektov využíva informačný systém Riadenie Stavebnej Výroby (RSV), ktorý zahŕňa všetky procesy životného cyklu stavebnej zákazky od obchodnej, cez realizačnú, záručnú až po jej ukončenie. Poskytuje podporu pre všetky stupne riadenia v stavebnej spoločnosti, čo umožňuje využiť uvedený nástroj aj v oblasti problematiky zosúladenia rozdielnych štruktúr zmluvného rozpočtu a výrobnej kalkulácie pre efektívnosť a automatizáciu výrobných, kontrolingových a riadiacich procesov. 1.1

Informačný systém Riadenie Stavebnej Výroby – nástroj efektívneho riadenia stavebného projektu

Štruktúra rozpočtov a kalkulácií sa vzhľadom na technologický pokrok a náročnosť stavieb mení. Mení sa nielen rozsah a forma rozpočtov, ale aj rozdielnosť v štruktúre kalkulácie v porovnaní s rozpočtom. V poslednom období sa čoraz častejšie objavujú prípady, kedy sa položky kalkulácie čoraz viac odlišujú od položiek rozpočtu. Dôvodom je : • agregácia položiek v rozpočte, • nesúlad technologického členenia stavby v zmluve, • delenie objektov a položiek medzi členov združenia, • použitie odlišnej technológie počas výstavby, ktorá si nevyžaduje vytvorenie dodatku. Uvedené skutočnosti spôsobujú stavebným spoločnostiam, či používajú, alebo nepoužívajú informačné systémy na rozpočtovanie, riadenie stavebných diel problémy pri každomesačnom uzatváraní fakturácie a odsúhlasovaní súpisov vykonaných prác s investorom, ale aj so subdodávateľmi. Extrémnymi prípadmi sú situácie, kedy zmluvný rozpočet je tak rozdielny oproti skutočnosti, že kalkulácia a teda skutočne realizované položky sú úplne odlišné od fakturovaných položiek rozpočtu. 1.1.1

Zosúladenie rozpočtu a kalkulácie

Pre potreby sledovania rozdielnych štruktúr rozpočtu a kalkulácie je nutné zadefinovať rozšírenú hierarchickú štruktúru rozpočtových úrovní o tzv. subpoložku (obr.1, obr. 2).

Obr. 1 Hierarchická štruktúra rozpočtu [1]

124


2015 / 2

Obr. 2 Rozšírená hierarchická štruktúra rozpočtu [2]

Cieľom modifikácie je umožniť rozpad agregovanej položky investorom zadaného rozpočtu na podrobnejšie členenie so zachovaním väzby na pôvodnú agregovanú položku. Rozpad položky by umožnil realizátorovi stavebného diela ľubovoľné rozčlenenie investorského rozpočtu na základe vlastných potrieb, prípadne delenia položiek medzi viacerých podzhotoviteľov, či členov združenia. m

n

i =1

j =1

POL ZML .R , AGR = ∑ POL i ,VK ,SUB ,VP + ∑ POL j ,VK ,SUB ,CP kde:

2

(1)

POL ZML.R,AGR agregovaná položka zmluvného rozpočtu, POL i, VK, SUB, VP i – ta subpoložka agregovanej položky výrobnej kalkulácie, ktorá bude realizovaná vlastnými pracovníkmi, i 1 - m, m počet subpoložiek realizovaných vlastnými pracovníkmi, POL j, VK, SUB, CP j-ta subpoložka agregovanej položky výrobnej kalkulácie, ktorá bude realizovaná cudzími pracovníkmi, j 1 - n, n počet subpoložiek realizovanými cudzími pracovníkmi.

ÚPRAVA INFORMAČNÉHO SYSTÉMU RIADENIA STAVEBNEJ VÝROBY

Z hľadiska aplikácie novej medzi úrovne subpoložka je nutné realizovať úpravu softvérového nástroja RSV (obr. 3, obr. 4) tak, aby bolo možné túto úroveň zaradiť do rozpočtovej hierarchickej štruktúry, pričom úroveň subpoložky bude povinná a nemenná. V systéme vzniknú subpoložky, ktoré budú mať definované množstvo na fakturáciu aj na skutočnosť a jednotkový kalkulačný vzorec s priamou väzbou na položku rozpočtu. Na úrovni položky rozpočtu bude vo všeobecnosti pre jednotkovú cenu JCPOL platiť:

JCPOL = kde:

m

n

i =1

j =1

∑ Ci,VK ,SUB,VP + ∑ C j,VK, SUB,CP

Ci,VK,SUB,VP i

(2)

MN POL cena i- tej subpoložky k agregovanej položke výrobnej kalkulácie, ktorá bude realizovaná vlastnými pracovníkmi, [€] 1 - m,

125


m Cj, VK,SUB,CP j n MNPOL

2015 / 2

počet subpoložiek realizovaných vlastnými pracovníkmi, cena j- tej subpoložky k agregovanej položke výrobnej kalkulácie, ktorá bude realizovaná cudzími pracovníkmi, [€] 1 - n, počet subpoložiek realizovaných cudzími pracovníkmi, množstvo položky.

Obr. 3 Pôvodný rozpočet bez subpoložiek [1]

Obr. 4 Modul rozpočet po integrácii subpoložiek [1], [2]

Na výslednom module (obr. 4) je vidieť, že zavedením subpoložiek (presun položiek podrobnej kalkulácie na nižšiu úroveň hierarchie) je možné definovať pre každú subpoložku náklad aj výnos,

126


2015 / 2

čím dosiahneme možnosť výpočtu ziskovosti na jednotlivé časti agregovanej položky. Zároveň je možné sledovať množstvá fakturované a skutočné. Požiadavka automatizácie tvorby výstupu súpisu vykonaných prác pre investora (odbytová faktúra), čerpaním skutočne vykonaných prác na odlišnej štruktúre položiek výrobnej faktúry si vyžaduje iný náhľad na čerpanie. Čerpanie na úroveň položky bude generované automatizovane na základe čerpania subpoložiek. Na úrovni položky sa bude dopočítavať automatizovane aj čerpané množstvo pre investora [2]: m

MN POL,VK = kde:

MN POL,VK Ci, j VK,SUB JCPOL,VK

n

∑∑ C i =1 j =1

i , j VK ,SUB

(3)

JCPOL,VK

množstvo položky na fakturáciu, súčet celkových cien subpoložiek čerpaných na fakturáciu v zadanom období, [€] jednotková cena položky na fakturáciu, [€].

Zapracovaním navrhovanej zmeny umožní systém nielen súčasné čerpanie na oboch rozdielnych štruktúrach rozpočtu, ale umožní aj automatizáciu výstupov pre : • odbytovú faktúru položkovú - súpis vykonaných prác pre investora v ňom požadovanej štruktúre položiek, • odbytovú faktúru subpoložkovú – súpis vykonaných prác pre investora v podrobnejšom členení pre potreby skvalitnenia a urýchlenia procesu odsúhlasovania prác s investorom resp. stavebným dozorom, • výrobnú faktúru v subpoložkovú – súpis skutočne vykonaných prác na stavbe.

3

IMPLEMENTÁCIA ÚPRAVY INFORMAČNÉHO SYSTÉMU RVS

Úprava informačného systému RSV bude prínosom najmä pre projektových manažérov, ktorí v súčasnosti realizujú čerpanie na kalkulačných položkách a následne prácne dohľadávajú investorské položky, pričom pri čiastkovom čerpaní sú nútení vypočítavať dielčie čerpania na základe pomerov čerpaných nákladov voči skutočným na skupine položiek . Porovnaním a analýzou výstupov z nového modelu bolo zistené, že automatické generovanie čerpania položky nezodpovedá skutočnosti. Líši sa nielen v porovnaní s výsledkami pôvodného modelu, ale aj s účtovanými objemami v ekonomickom systéme. Porovnanie údajov pôvodného modelu, nového modelu a údajov z účtovníctva sú uvedené v tab. 1 . Z analýzy uvedených výstupov je zrejmé, že tak pôvodný model, ako aj evidencia v účtovníctve vykazovala s porovnaním nového modelu značné rozdiely. Verifikovaním a spätnou kontrolou dát zo strany stavebnej spoločnosti, bol nový model označený za správny a výsledné dáta z hľadiska vykazovanej výroby na stavbe veľmi presné. Na základe uvedených skutočností zavedením navrhovanej úpravy informačného systému RSV je možné uskutočniť automatizáciu účtovania prepojením výstupov z RSV do ekonomického informačného systému na úrovni softvérového rozhrania, ktoré umožní po zrealizovaní súpisu prác, odbytovej aj výrobnej faktúry, a uzavretí fakturácie generovať priamo do ekonomického systému zaúčtovanie nákladov výroby na príslušné účtovné dimenzie stavba, nákladové stredisko, objekt.

127


Účtovné obdobie 01.09.2013

2015 / 2

Pôvodný model 0,00

Nový model 0,00

Účtovné údaje 0,00

01.10.2013

18 551,21

43 452,61

38 467,80

01.11.2013

-1 491,87

-9 684,28

-12 033,66

01.12.2013

-845,25

-5 768,66

-7 734,27

01.01.2014

94,57

5 982,87

0,00

01.02.2014

697,73

9 867,73

0,00

01.03.2014

1 937,44

10 817,17

0,00

01.04.2014

3 396,32

12 669,57

25 364,05

01.05.2014

12 587,96

27 208,27

24 860,00

01.06.2014

-724,62

-2 530,85

0,00

01.07.2014

-21 278,36

-49 852,72

-23 000,00

01.08.2014

8 361,28

26 297,90

17 160,93

01.09.2014

-16 599,81

-54 423,38

-53 224,85

01.10.2014

0,00

0,00

0,00

01.11.2014

-3 475,23

-12 475,23

0,00

01.12.2014

-1 211,37

-1 561,00

0,00

Sumár za projekt

0,00

0,00

9 860,00

Tab. 1 Porovnanie vývoja výroby – pôvodný model, nový model, účtovné obdobie [2]

4

ZÁVER

Návrh vývojového diagramu, jeho aplikácia do programového prostredia RSV a sfunkčnenie podprogramu prinesie používateľom systému zvýšenie efektívnosti riadenia nákladov stavby. Prínosom v oblasti prípravy stavby je hlavne zosúladenie dvoch úplne odlišných štruktúr zmluvného rozpočtu a výrobnej kalkulácie. Prínosom v oblasti realizácie stavebného diela je sprehľadnenie pri čerpaní skutočne vykonaných prác, teda tvorbe výrobnej faktúry v nadväznosti na vykazovanie zrealizovaných prác voči investorovi, odbytová faktúra. S tým súvisí aj výrazné spresnenie vykazovania nedokončenej výroby pre potreby účtovania nákladov a výnosov a tým aj celej ekonomiky stavby. Pre oddelenie kontrolingu je prínos v oblastiach podrobnejšieho vykazovania ziskovosti zákazky, podrobných analýz predikovaných nákladov a výnosov v porovnaní so skutočnými. Informačný systém RSV nájde veľké uplatnenie najmä v stavebných spoločnostiach, na rôznych stupňoch riadenia, osobitne vo vedení stavebnej spoločnosti pri prijímaní rozhodnutí, na základe vecných aj ekonomických argumentov. Článok je publikovaný s podporou Slovenskej grantovej agentúry VEGA 1/0254/15 Implementácia nových diagnostických metód pre potreby optimalizácie životnosti vozoviek.


[1]

FIRST SK, s.r.o, 2014. Informačný systém RVS: interné materiály. Žilina: FIRST SK, 2014

[2]

NOGA, M.: Riadenie stavebnej výroby: dizertačná práca. Žilina: UNIZA SvF, 2014, 87s.

128


2015 / 2

PRELIMINARY TECHNICAL ASSESSMENT OF WATER DISTRIBUTION NETWORKS doc. Ing. Tuhovčák Ladislav, CSc.; Ing. Tauš Miloslav; Ing. Sucháček Tomáš ABSTRACT The knowledge of the current technical condition of the operated system is in the interest of the owner or operator of public water supply systems. Such information is the starting point when making decisions on investment projects or planning water mains renewal. The submitted paper introduces the methodology of preliminary assessment of the technical condition of water supply systems and outputs of the software application TEA Water, which makes it possible to assess the technical condition of the specific elements of the water supply systems and clear displaying with the presentation of the assessment results for the entire considered water supply system. Key words: Condition Assessment, Water Supply Systems, Water Network, Water Main

1

INTRODUCTION

Assessment of the technical condition is an important part of asset management in terms of quantification and determination of the infrastructure assets performance. Assessment of the technical condition is understood as „collection of data and information via direct and/or indirect methods followed by the analysis of such data and information in order to identify the current and/or future structural and hydraulic condition and water quality“ [5]. To assess the technical condition, we can use direct or indirect methods of assessment. It is advisable to make first a fast efficient assessment of the technical condition and then decide whether further detailed assessment is needed[3]. This opinion advocates the use of indirect methods as the first tool to assess the technical condition due to their lower cost and time demands compared to the direct method costs. Although the indirect methods are unable to provide the necessary level of detail, timeliness and reliability needed to make decisions on the repair and renewal of parts of the system with serious consequences of bursts [5], they may provide valuable information. Indirect assessment methods employ the following types of data [5]: • • •

Historical data (e.g. pipe age, manufacture, experience with various pipe materials); environmental data (e.g. soil conditions, groundwater table, surface load); operating data (e.g. flow rate, repairs and maintenance records).

One of the indirect methods is a multi-criteria assessment based on proposed criteria (factors). The burst rate and water supply system deterioration are affected by a number of factors. These factors include operating, environmental and physical characteristics. [4] We can give some examples of factors that influence the technical condition of water supply systems [1]: •

•

Physical factors - pipe material, wall thickness, year of installation, type of joints, tensile load, external and internal protection of pipes, contact between different metals, pipe production year and manufacturing process; Environmental factors – type of soil, soil moisture, presence of ground water, climate, location of pipes in the road, backfill material, pipe bed, underground faults, stray currents, seismic activity, pipe laying method;

129


•

2015 / 2

Operating factors - water pressure, water leaks, water quality, flow rate, operation and maintenance.

The output of the technical condition assessment analysis may take various forms. This could be, for example, engineering calculations, determination of the failure probability, determination of residual service life, marking (scoring) of the condition and/or performance [2]. The most widely used method is probably a scoring scale of the technical condition. As an example of the technical condition we can present the grades used for sewerage in the USA. [2]: • • • • •

Grade 1: Asset as new, Grade 2: Asset showing initial signs of deterioration, Grade 3: Asset condition generally satisfactory (unless in an area of high risk), Grade 4: Asset in poor condition; action needed soon (especially in an area of high risk), Grade 5: Asset in need of urgent action.

The disadvantage of this grading (categorisation) assessment is that it does provide useful summary information but this entails a significant loss of information [2]. The grading assessments have been designed as screening tools, which means that more information is needed to support the final decision and priority setting, such as risk analyses, cost analyses and operational context analyses. [2]

2

PROPOSED METHODOLOGY

The proposed uniform concept of the methodology for the preliminary assessment of the technical condition of water supply system elements is based on the FMEA method. The FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) is a method of reliability analysis, which allows for the determination of failures with serious consequences affecting the function of the system and its components. To assess the water supply system based on the FMEA method it is necessary to establish the technical indicators (TI) for the individual subsystems within drinking water supplies. For each indicator we need to define the methods of determination, input data, physical size and presentation method. Based on the technical indicator values the relevant system elements are classified into different categories:

• • • • •

A (very good) - optimum condition of the relevant indicator, no further measures to change the indicator value are required; B (good) - low level of risk of the relevant TI , no principal measures are required; C (average) – these are average values of the relevant TI, no immediate solutions are required; D (critical) - Critical values of the relevant indicators. Measures should be planned and implemented to address this situation; E (unacceptable) - undesirable condition requiring immediate solution, if possible, in order to achieve better values of the relevant indicator.

Each category is divided into subcategories - (A-) and + (A+). This details the evaluation scale. Compared to the FMEA, this approach has been extended by another level - factors. The technical indicators are currently not assessed directly but their more precise assessment is based on the proposed factors of individual indicators. The relevant element is assessed based on the proposed technical indicators according to table limits of the relevant factors. For each factor there is a table defining the limits of the individual categories. Aggregation is performed sequentially from the lowest

130


2015 / 2

level using the weighted sum method. The individual elements of water mains are assessed in the following steps:

• • • •

Step 1: Grading of the technical indicator factors by the evaluator; Step 2: Calculation of the technical indicator assessment of the relevant parts of the element; Step 3: Calculation of the assessment of parts of elements, if any; Step 4: Calculation of the assessment of the entire water main element.

In the technical condition of the elements of public water supply system is assessed, it is a multicriteria evaluation of alternatives. However, we do not strive to find a single optimal variant (element) but to quantify the technical condition of all the elements. The proposed methodology to assess the technical condition is based on the most common method – the weighted sum method. Other methods may provide better results, however, due to certain subjectivity and uncertainty of the assessed data on this benefit need not be principally important. In order to capture the assessment of the technical condition of entire water supply systems, the methodology was divided into specific modules according to the structure of the water supply system. The following modules are proposed:

• • • • • • •

Module TEAR: water intake structures; Module TEAT: water treatment plants, Module TEAM: water transmission mains; Module TEAA: water towers; Module TEAP: pumping stations; Module TEAN: water networks; Module TEAS: water distribution pipes.

This article introduces in detail the module for the assessment of the technical condition of the water supply system– TEAN and the module for assessing the technical condition of water mains – TEAS. 2.1

Module TEAN

Module TEAN is used to assess the technical condition of the individual pressure zones or metering districts (DMA). Technical indicators of all modules are divided into a group of structural technical indicators and a group of technological operational indicators. Each indicator is assigned an importance weight in the assessment system. The proposed indicators of the TEAN module are presented in Table 1. For each indicator there are factors that affect the assessment of the relevant indicators and their weights. Based on the assessment of these factors we make the assessment of the individual indicators.

131


2015 / 2

Proposed indicators

Weight

ST – Structural technical part

0,40

ST1 – Average pipe material age ST2 – Condition of valves and fittings in the system

0,50

ST3 – Condition of valve boxes

0,10

TP – Technological operating part

0,60

TP1 – Burst rate

0,40

TP2 – Water losses

0,25

TP3 – Water quality in the system

0,25

TP4 – Pressure conditions in the zone

0,10

0,40

Tab. 1 Proposed indicators of TEAN module 2.2

Module TEAS

TEAS module is used to assess the individual water mains or pipe sections. The proposed indicators of TEAS module are shown in Tab.2. Proposed indicators

Weight

ST - Structural technical part

0,50

ST1 – Age and condition of water main ST2 – Structural technical condition of the water main

0,50

ST3 – Main corrosion protection

0,10

TP - Technological operating part

0,50

TP1 – Water main burst rate

0,30

TP2 – Importance of the main in the zone

0,30

TP3 – Pressure conditions in the main

0,20

TP4 – Operating indicator

0,20

0,40

Tab. 2 Proposed indicators of TEAS module

3

CASE STUDIES

The proposed methodology and also the web software tool TEAWater were tested using both notional and real data of actual water supply systems. Below are presented results of assessing one water supply network (TEAN) and one water distribution pipe (TEAS). 3.1

Water supply network lFV-N-03 assessment by module TEAN

This was a pressure zone of the water supply network in a town in South Moravia supplying about 1,500 inhabitants. Despite the considerable age of iron pipes, the pressure zone shows excellent qualities in other indicators. Therefore, the final assessment of the pressure zone water supply network FV-N-03 is graded B+, although there is still a risk of higher age of the laid pipe.

132


2015 / 2

Assessment Structure, parts B+

TOTAL ASSESSMENT

B


4

ST1 - Average pipe material age

1

ST2 - Condition of valves and fittings in the system

1

ST3 – Condition of valve boxes

A


1

TP1 – Main burst rate

1

TP2 – Water losses

1

TP3 - Water quality in the system

1

TP4 - Pressure conditions in the zone

Tab. 3 Assessment of water supply network FV-N-03 by module TEAN 3.2

Water supply main FV-S-07 assessment by module TEAS

This is a water main which is located in the aforementioned pressure zone. Despite the higher age of the main and deteriorated corrosion protection of the cast iron pipes the final rating is still B. However, it may be assumed that in the near future there will be an increase in the burst rate as the water pipe material approaches the end of its theoretical service life. Assessment Structure, parts B

TOTAL ASSESSMENT

C


4

ST1 – Age and condition of water main

1

ST2 – Structural technical condition of water main

4

ST3 - Main corrosion protection

A


1

TP1 – Main burst rate

1

TP2 - Importance of the main in the zone

1

TP3 - Pressure conditions in the main

1

TP4 – Operating indicator

Tab. 4 Assessment of water main FV-S-07 by module TEAS

4

CONCLUSION

The proposed methodology is the result of the efforts to develop a simple, yet effective methodology for assessing the technical condition of water supply systems. The outputs of this methodology may serve as a basis for comparative analysis, repairs planning, preparation of financial renewal plans required by law concerning water supply and sewerage systems, or as a basis for further detailed structural and technological survey, etc.

133


2015 / 2

The software tool TEA Water based on proposed methodology can interpret the technical condition of the system under assessment, highlight critical points and rank the operated facilities in an order based on the determined technical condition assessment. Its disadvantage may be the apparent difficulty in obtaining and processing input data and certain subjectivity of the assessment. For more information on the methodology and software tool please visit http://www.teawater.cz.

ACKNOWLEDGEMENT This article has been written as part of project no. LO1408 "AdMaS UP – Advanced materials, structures and technologies" supported by the Ministry of Education, Youth and Sports as par of assistance provided within the programme „National Sustainability Programme I" and the specific research project of the Brno University of Technology FAST-S-15-2924 Sensitivity analysis of technical indicators and their weights in assessing the technical condition of public water supply systems.

Literature [1]

BEST PRACTICES, 2003. Deterioration and inspection of water distribution systems. Best Practice by the National Guide to Sustainable Municipal Infrastructure, Issue No. 1.1, Ottawa.,

[2]

MARLOW, D.R., HEART, S., BURN, S., URQUHART, A. and ET AL., 2007. Condition Assessment Strategies and Protocols for Water and Wastewater Utility Assets. WERF, AWWA.

[3]

RAHMAN, S. and ZAYED, T., 2009. Condition Assessment of Water Treatment Plant Components. Journal of Performance of Constructed Facilities, 23(4), pp. 276-287.

[4]

RAJANI, B. and KLEINER, Y., 2001. Comprehensive review of structural deterioration of water mains: Physically based models. Urban Water, 3(3), pp. 151-164.

[5]

U.S.EPA, 2007. Innovation and Research for Water Infrastructure for the 21st Century – RESEARCH PLAN.

[6]

TUHOVČÁK, L.; KUČERA, T. TAUŠ, M. Technical Audit of Water Supply Systems. In Water Management and Hydraulic Engineering 2015. WATER MANAGEMENT AND HYDRAULIC ENGINEERING. 1. Brno: Institute of Water Structures, FCE, BUT, 2015 s. 245253. ISBN: 978-80-214-5230-5. ISSN: 2410-5910.

[7]

TUHOVČÁK, L., KUČERA, T., TAUŠ, M., MENŠÍK. M. TEA Water. In: VODA ZLÍN 2015. 1. Zlín: Tigris, spol s.r.o., 2015, s. 21-24. ISBN 978-80-905716-1-7.

134

Czech Journal of Civil Engineering

Recommend Documents