Větrání obytných místností s regenerací tepla

 

 

Větrání místností s regenerací tepla je u vět­šiny stavitelů, stavebních firem a architektů stále ještě velkou neznámou. V souvislosti se zvětšujícím se důrazem kladeným na prosa­zování úspor energií by bylo dobré tento stav změnit. Využívání této koncepce znamená mj. výrazné zvýšení kvality vzduchu v uzavřeném prostoru – na rozdíl od jiných systémů řešících energetickou účinnost. Tento potenciál také ne­byl dosud nikdy politicky podpořen, chybí zde státní (nesplatné) příspěvky na technologie re­generace tepla u novostaveb.

 

Při použití větracího zařízení s regenerací tepla nedochází na rozdíl od větrání okny ke ztrátě tepelné energie (obr. 1). Tepelná ener­gie obsažená v odpadním vzduchu je využi­ta z 60 až 95 % a poté je převedena na čer­stvý vzduch. Účinnost využití odpadního tepla je vyjádřena efektivním stupněm pří­pravy tepla η_ef. Tento ukazatel se měří buď na straně odpadního vzduchu podle kritérií pasivního domu (certifikát pasivního domu), nebo se vypočítává z naměřené hodnoty DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik, Německý ústav pro stavební techniku) – podle měře­ní η_ef = 0,91η_DIBt, resp. podle výpočtu η_ef = η_DIBt– 12 %.

 

Čerstvý vzduch je např. ohříván při η_ef = 90 % z 0 na 18 °C a proudí s celkem poho­dovou teplotou do místnosti. Přestože je zde třeba ještě další vytápění, lze pomocí této techniky ušetřit asi 30 % nákladů na vytápění.

 

Spotřeba primární energie (vytápění plus teplá pitná voda) přitom klesne z 99 kW·h/m²/rok – vyhřívací plynový kotel plus větrání okny, na 66 kW·h/m²/rok – vyhřívací plynový kotel plus regenerace tepla, včetně pomocné energie (např. pro ventilátory).

 

Tato třiatřicetiprocentní úspora primár­ní energie odpovídá přibližně míře úspor, o jejíž dosažení usiluje německá vyhláška o úsporách EnEV (Energieeinsparverord­nung) z roku 2009 v porovnání s požadavky této vyhlášky z roku 2007. U průměrné obyt­né jednotky se spotřebou tepla 10 000 kW·h/rok to představuje snížení emisí CO₂ o 0,6 t na obytnou jednotku. Oba použité ventilá­tory přitom mají příkon jen asi 40 W (po­mocná energie). Jako zdroj energie je využíván odpadní produkt – odpadní (odvětrá­vaný) vzduch.

 

 

Redukovaná výměna vzduchu (Δn) při vy­tápění s regenerací vzduchu nezhoršuje opro­ti větrání okny (0,46 h^–1 oproti 0,7 h^–1) kva­litu vzduchu v uzavřeném prostoru. Cíleně dodávaným a odsávaným vzduchem na urči­tých místech obytného prostoru, jakož i kon­tinuální výměnou vzduchu (24 h/den) lze vě­tracím zařízením dosáhnout naopak mnohem lepší kvality vzduchu v uzavřeném prostoru.

 

Zmíněný výpočet příspěvku energie na vy­tápění s regenerací tepla – zvláště pak ener­getický efekt (obr. 2) ušetřené výměny vzdu­chu (Δn = 0,24 h^–1) – není zpravidla zohled­něn v běžných softwarových výpočetních programech k německé vyhlášce o úsporách energie EnEV.

 

Zásada při ochraně životního prostředí zní: ušetřená energie, nejčistší energie. S techni­kou regenerace tepla se energeticky hodnot­né odpadní teplo (20 °C) neztratí v okolním prostředí – nemusí se vyrábět, ale získává se zpět (např. regenerací). Je proto strategicky smysluplné jak z hlediska ochrany životního prostředí, tak šetrnosti k energetickým zdro­jům využívat energeticky hodnotné teplo při malé spotřebě elektřiny.

 

Aby bylo možné energeticky porovná­vat mezi sebou různé technologie vytápění, je uvažován dům s normálním vyhřívacím plynovým kotlem a s tepelněizolačním stan­dardem q_h = 60 kW·h/m²/rok – roční potře­ba tepla na vytápění. Takovýto dům již od­povídá nové německé vyhlášce o úsporách energie EnEV z roku 2009 a má užitnou plochu A_N = 188 m² podle EnEV ca 150 m² obytné plochy^.

 

Porovnávají se čtyři varianty (obr. 2):

U variant 1 až 3 je využíváno větrání okny.

 

Při porovnání těchto čtyř variant má nejmenší spotřebu primární energie větracíza­řízení s regenerací tepla. Tato technika dosahuje značných úspor energie na vytápě­ní (obr. 3).

 

Energeticky efektivní technologie vytápě­ní jsou zpravidla oproti standardním varian­tám spojeny s vícenáklady. Proto je při tomto porovnání topných technologií zajímavé vě­dět, jak velká je dodatečná investice a kolik s ní lze ušetřit primární energie oproti stan­dardní vytápěcí variantě. Z tohoto technolo­gického porovnání vyplývá, že lze dosáhnout zřetelně nejmenších měrných investičních ná­kladů s použitím regenerace tepla ve větracím zařízení (obr. 4).

 

Podle německého zákona o podpoře vý­roby teplené energie z obnovitelných zdrojů energie (EEWärmeG) je využití odpadního tepla akceptováno jako vhodné opatření pou­ze tehdy, je-li jeho podíl na celkové spotřebě energie na vytápění padesát nebo více procent.

 

Při velmi dobré účinnosti zařízení na re­generaci tepla (η_ef) je tato podmínka limit­ně splněna. Jinou možnost představuje vylepšení tepelné izolace tak, aby nebylo zcela dosaženo mezní hodnoty pro roční spotřebu tepla na vytápění – 60 kW·h/m²/rok, která je dána německou vyhláškou EnEV 2009.

 

Obecně lze říci, že čím horší je účin­nost přístroje na regeneraci tepla, tím vyš­ší je požadovaný tepelněizolační standard budovy a tím vyšší jsou také investiční náklady. Chce-li stavitel přesto získat pro svou novostavbu stavební povolení, musí zvolit podle německého zákona o podpo­ře výroby teplené energie z obnovitelných zdrojů (EEWärmeG) jinou formu obnovitelné energie.

 

 

Využitím odpadního tepla (z větší části, tj. např. z 90 %) se tento energetický podíl stává kvazi obnovitelnou energií a přispívá ve for­mě teplejšího přívodního vzduchu k oteplení domu. Trvalým větracím procesem se toto do­movní teplo znovu stane odpadním vzduchem, jehož ener­gie je (z větší části) opět přivá­děna do domu. Jde o neustále se opakující proces.

 

Při analýze odpadního tep­la domu s vyhřívacím plyno­vým kotlem podle jeho ener­getického původu lze zjistit, že velká část (38 %) pochází z regenerativní energie, jako např. energie vedená zpět od zařízení na regeneraci tepla, pasivní solární zisky (např. přes skleněné tabule) a vnitř­ní zisky (např. tělesné odpad­ní teplo člověka).

 

Podíl regenerativní ener­gie v teple odpadního vzduchu vzroste asi na 70 %, použije-li se místo vyhřívacího plynového kotle elektrické tepelné čerpa­dlo (solanka–voda). Spřažení těchto dvou moderních domovních technik (tepelné čerpadlo + regenerace tepla) se v Němec­ku vyskytuje poměrně často. Je-li dům zřízen s lepším tepelněizolačním standar­dem, jak to předepisuje horní mezní hod­nota německé vyhlášky EnEV 2009, zvyšu­je se kromě toho regenerativní podíl v od­padním vzduchu. Tento podíl v odpadním vzduchu lze zvýšit z 38 na 50 %, sníží-li se tepelněizolační standard (roční potřeba tep­la na vytápění) z q_h = 60 kW·h/m²/rok na 34 kW·h/m²/rok.

 

Je-li tento regenerativní energetický po­díl – 42 kW·h/m²/rok – vztažen pouze na energii na vytápění (bez teplé pitné vody) – 91,2 kW·h/m²/rok, činí regenerativní podíl 46 %. Je-li použita jako referenční veličina celková spotřeba tepelné energie (tj. včetně pitné teplé vody), pohybuje se regenerativní podíl stále ještě okolo 38 %.

 

Jak se bude chovat zbylý energetický po­díl na krytí spotřeby tepelné energie, to závisí na zvolené technologii vytápění (plyn, topný olej, tepelné čerpadlo atd.).

 

Rovněž norma DIN V 4701-10 Energetic­ké hodnocení topných a klimatizačních tech­nických zařízení – vytápění, ohřev pitné vody, větrání vychází z toho, že při výrobě tepla je ve větrací větvi vytvářen příspěvek z odpad­ního vzduchu (využití odpadního tepla) – ten­to podíl však není logicky přičítán primární energii. Pouze malý příspěvek pomocné ener­gie je třeba pro oba použité větráky (např. 40 W pro dům o ploše 150 m²), tj. v obdob­né hodnotě pomocné energie, jako je tomu třeba u čerpadla pro tepelné solární zařízení.

 

Přísně fyzikálně vzato, je nesprávné po­užívat slova „regenerativní“ a „obnovitelný“ v souvislosti s využíváním sluneční či geoter­mální energie. Lidé využívají pouze zdánlivě nevyčerpatelný zdroj energie Slunce. Přesto je smysluplné tento zdroj využívat. Pomáhá nám minimalizovat využívání fosilních zdro­jů, a tím snižovat emise CO₂. Slunce svítí tak jako tak každý den – nezávisle na tom, zda jeho energii využíváme, nebo ne.

 

Je to také trochu paralela na získávání od­padního tepla regenerací: odpadní teplo je vy­tvářeno také každý den znovu a znovu – ne­závisle na tom, zda jeho energii využíváme, nebo ne. Toto zpětné přivádění energie od­padního tepla a její opětovné využívání je stejně tak jako v případě Slunce smysluplné. Navíc tato koncepce dává jako bonus k ušet­řené energii mnohem lepší kvalitu vzduchu v uzavřené místnosti.

 

Obr. 1. Energetická úspora na vytápění při různé výměně vzduchu a různé infiltraci