Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Větrání obytných místností s regenerací tepla

z německého originálu časopisu de, 22/2009,
vydavatelství Hüthig & Pflaum Verlag GmbH München,
upravil Ing. Josef Košťál, redakce Elektro
 
Využívání odpadního tepla pro výrobu energie je realizováno regenerativními procesy. Větrání místností s regenerací tepla je pro tento záměr dostupnou a technicky vyspělou technologií. Dosažené snížení spotřeby primární energie přispívá značnou měrou k úsporám nákladů na vytápění. V této souvislosti poskytuje technika regenerace tepla možnost využít potenciál energetických úspor z větrání místností. Tento fenomén se však podařilo promítnout do nového německého zákona o podpoře výroby teplené energie z obnovitelných zdrojů (EEWärmeG – Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz) pouze zčásti.
 
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.
 

Technika regenerace tepla

 
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 ηef. 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 ηef = 0,91ηDIBt, resp. podle výpočtu ηef = ηDIBt– 12 %.
 
Čerstvý vzduch je např. ohříván při ηef = 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.
 

Energetická úspora na vytápění s regenerací tepla

 
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.
 

Potenciály úspor v porovnání

 
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 qh = 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 AN = 188 m2 podle EnEV ca 150 m2 obytné plochy.
 
Porovnávají se čtyři varianty (obr. 2):
  1.  vyhřívací plynový kotel,
  2. solární zařízení s plochým kolektorem 7,5 m2 (podle zákona o podpoře výroby teplené energie z obnovitelných zdrojů energie: 4 % z AN),
  3. tepelné geotermální čerpadlo (roční topný faktor JAZ *) = 3,3),
  4. zařízení na regeneraci tepla (ηef = 90 %).
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).
 

Regenerace tepla versus legislativa

 
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 (ηef) 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.
 

Regenerace tepla jako regenerativní proces

 
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 qh = 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.
 

Závěr

 
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
Obr. 2. Spotřeba pri­mární energie při použití různých tech­nik vytápění
Obr. 3. Spotřeba pri­mární energie při použití různých tech­nik vytápění – vztaženo na plynový kotel (varianta 1)
Obr. 4. Měrné investiční ná­klady vztaže­né na úspory primární energie
 

*) Zkratka ročního topného faktoru je odvozena z počátečních písmen německých slov JAZ (Jahres-Arbeits-Zahl).