Větrání a vytápění

Úspory energie

Tepelné ztráty větráním u pasivního domu bez použití nuceného větrání s rekuperací jsou příliš velké. Při intenzitě výměny vzduchu n = 0,5 h^-1 činí tepelné ztráty větráním kolem 30 kWh/(m²a). Použitím nuceného větrání s rekuperací s účinností nad 80 % se tyto ztráty sníží na hodnotu 5 až 8 kWh/(m²a).

Co vyjadřuje účinnost rekuperace, neboli účinnost zpětného získávání tepla? Udává, jaká část tepla z celkového množství tepla obsaženého v odváděném vzduchu je využita (předána přiváděnému vzduchu). Hodnoty se pohybují mezi 0 až 100 %, přičemž nulová účinnost je účinnost otevřeného okna, kdy je teplý vzduch bez užitku odváděn, a stoprocentní účinnost by byla tehdy, pokud by se přiváděný vzduch ohřál od odváděného na jeho původní teplotu. Reálně dosažitelná hodnota účinnosti je až 95 % a za vynikající je považována účinnost rekuperace nad 80 %.

Obr. 3 Téměř dokonalou výměnu tepla mezi nasávaným čerstvým vzduchem a ohřátým odpadním vzduchem zajišťují rekuperační výměníky tepla. Aniž by došlo ke smíchání přiváděného vzduchu s odpadním, a tím k narušení jeho kvality, dosahují účinnosti až 95 %. Čerstvý vzduch je ohříván na teplotu blízkou pokojové a jenom zbylých pár stupňů je nutno dohřát.

Poměr výkon/příkon, neboli výkonový faktor větracích jednotek, udává poměr výkonu rekuperace (energetických úspor zpětnou výměnou tepla) a energie spotřebované na pohon ventilátorů. Vyšší výkonový faktor znamená větší úspory energie. Je-li výkonový faktor 10, je na každých 10 W uspořených rekuperací spotřebován chodem jednotky 1 W. Na výsledné hodnotě se významně podílí účinnost rekuperace, která je ovlivněna více faktory (viz dále). Stejně důležitá je spotřeba energie ventilátorů. Většina vysoce efektivních větracích jednotek využívá úsporných ventilátorů se stejnosměrným pohonem. Výkonový faktor takových jednotek se pohybuje v rozmezí 10 až 15, nejkvalitnější jednotky dosahují až hodnot 20.

Účinnost zpětného zisku tepla (ZZT), respektive celého systému, je přímo závislá na více faktorech – na účinnosti samotného rekuperačního výměníku, průtoku vzduchu, možnosti využití kondenzačního tepla a stupni neprůvzdušnosti objektu. Účinnost udávaná výrobci větracích jednotek je měřena v ideálních podmínkách a při provozu celého systému je nutno počítat s účinností o několik procent nižší v závislosti na provedení celého systému.

Výměníky

V minulosti používané křížové deskové výměníky s účinností 50–70 % jsou dnes nahrazovány protiproudými kanálovými výměníky, které dosahují účinnost až 95 % (obr. 3). Mezi proudy vzduchu je více styčných ploch, přes kterou je výměna tepla realizována a účinnost rekuperace klesá s narůstajícím objemem větraného vzduchu pomaleji.

Obr. 4 Na účinnost zpětného zisku tepla má zásadní vliv druh použitého rekuperačního výměníku i jeho plocha. U pasivních domů se nejčastěji požívá protiproudý výměník s účinností 85–95 %.

Protimrazová ochrana rekuperačních výměníků

U vysoce účinných výměníků vyvstává potřeba protimrazové ochrany, protože odpadní vzduch je při velice nízkých venkovních teplotách ochlazován na teploty nižší než 0 °C. Ohřátý odpadní vzduch nese s sebou vlhkost, která ve výměníku při ochlazení kondenzuje a po zamrznutí může způsobit dočasnou nefunkčnost systému nebo i poškození výměníku. Nasávaný vzduch je proto před vstupem do rekuperačního výměníku předehřívaný pomocí zemního výměníku tepla nebo elektrické spirály. Odpadní vzduch má pak po přechodu výměníkem teplotu, při které již nedochází k zamrzání výměníku. Protimrazová ochrana je přímo součástí některých, zejména decentrálních větracích jednotek. Více v části „Předehřev a předchlazení zemním výměníkem“.

Zpětný zisk vlhkosti

Některé systémy kromě zpětného zisku tepla umožňují i zpětný zisk vlhkosti. Tyto systémy mají význam zejména v místech, kde dochází k nadměrnému vysoušení vzduchu např. vlivem malé obsazenosti v zimním období nebo potřebou vysoké výměny vzduchu.

Průtok vzduchu a tlakové ztráty

Účinnost rekuperace je ve velké míře závislá na množství vzduchu procházejícího výměníkem. Pokud je průtok vzduchu větší, než pro jaký byla dimenzována daná jednotka, účinnost rekuperace klesá. Ta se uvádí pro určitý objem vyměňovaného vzduchu, obvykle pro 25–60 % výkonu jednotky. Při větším výkonu než udávaném účinnost klesá, v některých případech až více než o třetinu (zejména u malých výměníků). U vysoce kvalitních rekuperačních výměníků není snížení tak závažné. Představu o průběhu účinnosti v závislosti na objemu větraného vzduchu nám udává křivka účinnosti, která by měla být součástí popisu každé jednotky.

U špatně navrženého systému rozvodů s velkou délkou, počtem kolen a distribučních elementů narůstá tlaková ztráta v rozvodech. To vyžaduje k zabezpečení stejného větracího výkonu výměny vzduchu nasazení hnacích ventilátorů s větším příkonem. Výsledkem je navýšení spotřeby elektřiny k pohonu ventilátorů a zhoršuje se výsledná efektivita systému. Na správné fungování systému větrání mají zásadní vliv:

• těsnost a materiál rozvodů
• délka, průměr a trasování vedení
• správné umístění a použití distribučních elementů (výústek, odsávacích ventilů atd.)
• výběr jednotky
• vyregulování systému na potřebné průtoky.

Návrh i instalaci větrání by proto měli provádět jen specialisté, kteří mají zkušenost s pasivními domy.

Obr. 6 Křivka znázorňuje snižování účinnosti při zvyšování průtoku vzduchu. Je-li objem vzduchu procházejícího výměníkem výrazně vyšší, než je projektováno, účinnost zpětného zisku tepla se může snížit až o 20 %.

Zpětný zisk vlhkosti

Některé systémy zpětného zisku tepla, například regenerační systém s rotačními prvky nebo i jiné, umožňují i zpětný zisk vlhkosti. Využitím latentního tepla obsaženého ve vlhkosti, může být celková účinnost zpětného zisku tepla i o málo vyšší než u běžných výměníků využívajících jen přenos citelného tepla. Jsou k dispozici i rekuperační výměníky, které mají teplosměnnou plochu z membrány umožňující zpětný zisk až 60 % vlhkosti. Tyto systémy mají význam zejména v místech, kde dochází k nadměrnému vysoušení vzduchu, např. vlivem malé obsazenosti v zimním období.

Neprůvzdušnost konstrukcí vs. účinnost rekuperace

Značnou měrou se na účinnosti celého systému řízeného větrání s rekuperací tepla podílí neprůvzdušnost objektu. V případě pasivních domů je jasný požadavek splnění stupně neprůvzdušnosti n₅₀ < 0,6 h^-1, který je nezbytný nejen kvůli tepelným ztrátám, ale i kvůli správnému fungování větrání.

Netěsnými spoji a konstrukcemi dochází při větrání k infiltraci a exfiltraci vzduchu, který neprochází rekuperačním výměníkem a vyměňuje se v podstatě „neřízeně“. Když je například účinnost celého systému 80 % při n₅₀ = 0,6 h^-1, navýšením n₅₀ na hodnotu 1,0 h^-1 se účinnost snižuje na 75 % a při n₅₀ = 2 h^-1 je účinnost menší než 60 %! Obdobně na systém větrání působí otevírání oken, které by měli uživatelé zvážit zejména v zimním období.