Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 5/2017 vyšlo
tiskem 11. 5. 2017. V elektronické verzi na webu od 2. 6. 2017. 

Zdůrazněné téma: Ochrana před bleskem a přepětím;
23. ELO SYS 2017

Hlavní článek
Vibrace točivých strojů s magnetickými ložisky

Aktuality

Projekt studentů FEL ČVUT v Praze míří na celosvětové finále Microsoft Imagine Studentský startup XGLU, zabývající se vývojem bezbateriového glukometru, vybojoval…

ČEZ zřizuje novou divizi jaderná energetika. Povede ji Bohdan Zronek Vedení Skupiny ČEZ rozhodlo o vzniku nové divize jaderná energetika s platností od 1.…

Příští týden začne v Praze strojírenský veletrh FOR INDUSTRY Letos na něm předvedou jedinečné novinky české společnosti. Spojení designu a moderní…

Vadné adaptéry Tesla poškozují rychlodobíjecí stanice V uplynulých dnech na rychlodobíjecích stanicích ČEZ zaznamenal už několikátý případ…

Jaký byl Veletrh Dřevostavby a Moderní vytápění 2017? Souběh veletrhů DŘEVOSTAVBY a MODERNÍ VYTÁPĚNÍ je určen všem, kteří řeší stavbu,…

Trendy chytrého řízení budov, energetiky a měst aneb Čtvrtá průmyslová revoluce nejenom v průmyslu Přednáška Ing Jaromíra Klabana se uskuteční ve středu dne 19. 4. 2017 ve 14 hod v…

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).