Se zateplením domu a výměnou oken za nové – těsná obvykle přichází poměrně velký problém – nedostatečné větrání. Pomůže většinou jen instalace větracího systému s rekuperací tepla. Na tu se ale často zapomíná…
Rekuperační větrání tj. větrání se zpětným získáváním tepla nabývá v posledních letech na významu. Zajímavé však je, že ti kdo navrhují nové budovy, sice vždy osadí moderní těsná okna, ale navrhnout také instalaci rekuperačního větrání je už mnohdy nenapadne. Přitom je to, alespoň podle mé zkušenosti z energetického poradenství ve většině případů téměř nutnost. Lidí, kteří dokáží pravidelným větráním dodržovat normou požadovanou kvalitu vzduchu (méně než 1000 ppm CO2 ), je totiž jen zanedbatelné množství.
Dotace? Pokud možno jen na úpravy s instalací rekuperačního větrání
Osobně například zastávám názor, že nové školní budovy by vůbec neměly být zkolaudovány bez nuceného větrání (nejlépe s rekuperací tepla). V případech, kdy škola stojí v blízkosti nějaké hlučné komunikace, je totiž prakticky vyloučené větrat pootevřenými okny.
ReklamaPodobně by měly být dotace na zateplení domů a výměnu oken (např. Zelená úsporám) vázány na instalaci rekuperačního větrání, navíc když rekuperačních jednotek, které se dají instalovat do fasády a jejichž instalaci tak lze snadno spojit se zateplením, je už celá řada.
Když už investujeme do nuceného větrání, tak je rozhodně ekonomicky výhodné koncipovat jej jako větrání s rekuperací tepla, protože v moderních, kvalitně izolovaných budovách jsou tepelné ztráty větráním velmi významné (zvláště to platí pro budovy s velkým počtem lidí).
Větrání s rekuperací tepla se lidé bojí
Rekuperační větrání není z nějakého důvodu příliš oblíbené nejen mezi některými architekty a projektanty, ale i mezi běžnými stavebníky rodinných domů. Stále znovu se setkávám s lidmi, kteří chtějí radu jak zateplit dům a jaká energeticky úsporná okna do něj osadit, ale současně prohlašují, že rekuperační větrání nechtějí. Nejspíš to bude chtít ještě nějaký čas a trochu osvěty.
Princip rekuperačního větrání
Základní princip je jednoduchý, vzduch v domě má teplotu kolem 20° C a jeho výměnou za čerstvý, ale studený vnější vzduch ztrácíme teplo. Tepelná kapacita vzduchu je sice poměrně malá, zato je ho v domě hodně. Pokud chceme v domě vyměnit polovinu vnitřního objemu vzduchu za hodinu, tak jde o stovky metrů krychlových a související tepelná ztráta se pohybuje v řádu jednotek kW (viz např. Zjednodušený výpočet potřeby tepla na vytápění a tepelných ztrát obálkou budovy).
Vnitřek větrací jednotky s výměníkem tepla.(Foto: autor)
Řešením je použít tepelný výměník vzduch- vzduch, který odebere teplo z odcházejícího vzduchu a předá jej do vzduchu přiváděného. Používá se k tomu účelu řada různých druhů tepelných výměníků, každý má své výhody a nevýhody.
Rekuperační větrání může být s centrální rekuperační jednotkou a rozvodem vzduchu do jednotlivých místností (to je výhodné u novostaveb) anebo lze použít malé rekuperační jednotky pro jednotlivé místnosti, což bývá někdy jediné možné řešení ve starých domech.
Hlavní součásti větrací rekuperační jednotky – výměník
Srdcem každé rekuperační jednotky je tepelný výměník; na jeho kvalitě závisí její spolehlivost i energetická efektivnost. Základní problém u tepelných výměníků vzduch-vzduch je relativně velký odpor proti přestupu tepla mezi vzduchem a stěnou výměníku. To si vynucuje použití relativně velké teplosměnné plochy. Pokud chceme vtěsnat velkou plochu do malého prostoru, musí být kanály pro vedení vzduchu poměrně malé. Za malé rozměry výměníku zpravidla zaplatíme větší tlakovou ztrátou a nutností použít výkonnějších ventilátorů.
Princip fungování křížového výměníku tepla. (Obr.: autor)
Z konstrukčních důvodů se v minulosti často používaly křížové výměníky čtvercového tvaru, které jsou poměrně kompaktní. V zájmu zvýšení účinnosti se ale stále více přechází na podlouhlé křížově-protiproudé nebo čistě protiproudé kanálové výměníky, které jsou z fyzikálního hlediska nejúčinnější.
Výměník je vždy určitý kompromis mezi velikostí, účinností a tlakovou ztrátou (ta do značné míry určuje spotřebu elektřiny pro pohon ventilátorů). Pokud máte levnou energii na vytápění (dřevo z vlastního lesa), není třeba tolik dbát na celkovou účinnost výměníku a lze se spokojit s levnějšími jednotkami s účinností výměníku 60 až 70 %. Pokud topíte elektřinou nebo máte pasivní dům, pak je vhodné vybírat dražší jednotky s účinností výměníku převyšující 90 %.
Problém – vlhkost vzduchu
Další komplikací pro konstrukci výměníku je fakt, že teplý vzduch z vnitřku budovy vždy obsahuje nějakou vlhkost. Při ochlazení vystupujícího vlhkého vzduchu pod rosný bod (ten může být někde mezi 8 až 12°C), dochází ke kondenzaci vody ve výstupní části výměníku. Tuto vodu je třeba z výměníku nechat vytékat a případně, při velmi nízké venkovní teplotě zabránit jejímu mrznutí, které by vedlo k ucpání výměníku.
V zásadě je odvod vlhkosti z domu pozitivní, udává se, že v běžné čtyřčlenné domácnosti se denně dostane do vzduchu až 10 litrů vody ve formě vodní páry. Na druhé straně, pokud nevaříte, nežehlíte a nemáte pokojové květiny, pak to může být i znatelně méně. Pokud přitom je venkovní vzduch velmi studený a tedy i velmi suchý (v období mrazů), může snadno dojít k tomu, že vnitřní vlhkost poklesne přespříliš. Pobyt v suchém vzduchu (pod 30% relativní vlhkostí) pak může být nepříjemný a u citlivějších osob může vyvolávat i zdravotní obtíže.
Entalpický výměník přenáší také vlhkost
Kvůli nutnosti regulovat vlhkost vzduchu v místnosti se proto používá regulace větrání pomocí čidla vlhkosti (viz níže) a při přílišném poklesu vlhkosti se větrání se omezí (za cenu zvýšení koncentrace CO2 a dalších nežádoucích látek) nebo se použije nějaký zvlhčovač vzduchu. Lepší možností je používání takzvaných „entalpických“ výměníků.
Entalpický výměník předává nejenom teplo, ale též poměrně vysokou část vzdušné vlhkosti (udává se 60–70 %). Existuje několik způsobů, jak toho docílit. Nejpoužívanější jsou dnes asi speciální pro vlhkost propustné membrány tvořící desky výměníku. Membrána je hygroskopická a je propustná pro kapalnou vodu ale nepropustná pro plyny. Kondenzující vlhkost je nasávána membránou a transportována na druhou stranu odkud je zase odpařena do proudu nasávaného suchého venkovního vzduchu. Podrobný popis fungování membrány, kterou má patentovanou firma Paul, je v jejich brožuře. Tímto způsobem lze relativní vlhkost vzduchu v domě udržet v přijatelných mezích.
Výměník vzduchu s protiproudými kanálky. (Obr.: Rekuperace Čermák)
Jednotka s entalpickým výměníkem může navíc efektivně pracovat i při nízké venkovní teplotě bez nutnosti snižování výkonu nebo použití elektrického předehřívače pro zamezení rizika zamrzání výměníku.
Ventilátory – důležitý je měrný příkon
Jak už bylo řečeno výše, ventilátory potřebujeme vždy. Pokud chcete, aby větrání bylo rovnotlaké, pak se používá dvojice ventilátorů (na druhém obrátku jsou vidět na levé straně). Potřebný výkon ventilátorů závisí na množství vzduchu a na tlakových ztrátách v systému. Po ventilátorech požadujeme, aby byly tiché, dlouhodobě spolehlivé a měly co nejmenší spotřebu elektrické energie. K tomu, aby jednotka získala certifikaci dle Passivhaus Institutu, nesmí měrný příkon překročit 0,45W/(m3/hod).
V poslední době se stále více využívají stejnosměrné elektrické motorky s řízením otáček, velmi malým třením v ložiscích a optimalizovanými lopatkami oběžného kola. Například kompaktní rekuperační jednotky od firmy Zehnder mají měrný příkon jen 0,29 W/(m³/h).
Díky použití stejnosměrných motorků a téměř nepřetržitému chodu jsou ventilátory rekuperačních jednotek dobrými kandidáty na využití solární energie v domácnostech, které mají hybridní nebo ostrovní fotovoltaické systémy.
Rozvody vzduchu
U většiny nových domů, kde je rekuperační větrání součástí projektu stavby se zpravidla používá jedna centrální rekuperační jednotka a od ní se rozvádí vzduch do jednotlivých místností. Použité potrubí má významný vliv na hlučnost, hygienu a tlakovou ztrátu celé soustavy. V poslední době se stále častěji namísto obvyklých vzduchotechnických rozvodů z pozinkovaného plechu používají ohebné plastové trubky s dokonale hladkou vnitřní vložkou (http://vetrani.tzb-info.cz/vzduchotechnicka-zarizeni/10659-rizene-vetrani-s-rekuperaci-tepla-pro-rodinne-domy-a-byty-iii) , které minimalizují usazování nečistot a tlakové ztráty.
Filtrace vzduchu
Filtrace je nezbytná k tomu aby se nezanášel výměník a nedocházelo k množení bakterií na jeho povrchu. Vzduchové filtry se podle toho jak malé částice dokáží zachytit, dělí do několika tříd. Běžně se v rekuperačních jednotkách používá třída filtrace G4. Alergici mohou v době zvýšené zátěže alergeny použít filtry třídy F7. Zpravidla platí, že čím jemnější filtr, tím vyšší je jeho cena a často má i vyšší tlakovou ztrátu. Obojí samozřejmě zvyšuje provozní náklady.
Regulace
Regulace větrání je důležitá hlavně kvůli úsporám energie. Žádný výměník nemá 100% účinnost a ventilátory, spotřebovávají elektrickou energii a filtry se zanášení úměrně množství nasávaného vzduchu. Regulovat větrání lze nastavením průtoku vzduchu; zpravidla se používá výměna 50 % objemu vzduchu za hodinu v době, kdy jsou přítomni lidé a zhruba 10 %, když v domě nikdo není.
Výhodnější je ale použít jako základ pro regulaci nějakou veličinu, která souvisí s kvalitou vzduchu. Koncentrace CO2 se často užívá jako určitý marker znečištění vzduchu a čidla na CO2 jsou dnes dobře dostupná, takže některé systémy využívají regulaci právě podle koncentrace CO2. Existují i takzvaná čidla směsných plynů typu HMOS, která reagují na přítomnost některých dalších škodlivin.
Někdy (na příklad tam, kde je velká produkce vlhkosti) může být vhodné použít čidlo vlhkosti a regulovat podle něj. Vzhledem k téměř neomezeným možnostem dnešních počítačů je pochopitelně možné vyhodnocovat signály z více čidel a používat různé algoritmy řízení. Více informací o čidlech a možnostech jejich využití lze najít např. v článcích J. Vidima.
Větrání a čerstvý vzduch na Nazeleno.cz: |
|
Provozní náklady větrání s rekuperací tepla
Hlavní náklady na provoz rekuperačního větrání jsou tvořeny náklady na spotřebu elektřiny ventilátory a na výměnu filtrů. Jako určitou ilustraci lze použít příklad výpočtu provozních nákladů větrací jednotky Zehnder ComfoAir 350, kde celkové provozní náklady jsou vyčísleny přibližně na 2000 Kč/rok.
Z dlouhodobého hlediska je ale třeba započítat také náklady na případnou výměnu rekuperačního výměníku a výměnu ventilátorů.
Výhody rekuperačního větrání
My energetičtí poradci se často díváme na rekuperační větrání jen jako na zařízení šetřící energii, do značné míry je to ovšem jednostranný pohled. Systém rekuperačního větrání má mnohé další výhody a v mnoha případech tato přidaná hodnota může převýšit jeho přínos energetický. Jako příklad je možné uvést následující výhody:
- Kvalita vnitřního prostředí – rekuperační jednotka dokáže zajistit tak nízkou úroveň škodlivých látek ve vzduchu a tak vysoké úrovně tepelného komfortu, která je prakticky nedosažitelná klasickým větráním. Vhodnou volbou filtrů dosáhneme i eliminace alergenů a filtrace pochopitelně zcela vyloučí vniknutí hmyzu dovnitř, což zvláště oceníme v letním období. Rekuperační větrání také umožňuje lépe ovlivňovat vlhkost vzduchu. Pokud chcete sušit prádlo či žehlit s napařovací žehličkou tak prostě jen zvýšíte intenzitu větrání. Entalpický výměník naopak umožní zachovat rozumnou úroveň vlhkosti i v době silných mrazů. V nočním období tento způsob větrání zajistí (oproti pootevřenému oknu nebo mikroventilaci) výrazné snížení průniku hluku z venku. Z hlediska potlačení venkovního hluku je dokonce určitý šum ventilátorů žádoucí neboť pomáhá maskovat zvuky zvenku.
- Úspora práce a času – když jsem se zabýval měřením koncentrace CO2 ve vzduchu v své pracovně, zjistil jsem, že pro splnění požadavků normy je třeba zhruba jednou za hodinu vstát, otevřít dvě okna (větrání průvanem) a po několika minutách je zase zavřít. Celá ta operace zabere minimálně 6 minut, pokud je bezvětří tak i více. Krajně nepříjemné je, že na to člověk musí myslet. Pokud je použita jemná filtrace nasávaného vzduchu, tak se velmi výrazně sníží množství prachu, který pronikne dovnitř; to umožní snížit četnost úklidu, což sebou opět nese úsporu času a energie. V laboratoři, kde mám docela kvalitní filtraci (F7), není třeba utírat prach na okenních parapetech častěji než 2x až 3x za rok.
- Letní chlazení – systém nuceného větrání umožňuje v letním období chladit dům intenzivnějším větráním v nočních hodinách, kdy je venku nižší teplota. Rekuperační jednotky jsou k tomuto účelu vybaveny takzvaným „letním obtokem“, který umožní vyřadit z činnosti rekuperační výměník a přímo nasávat chladný noční vzduch. Dobře zateplený dům s přiměřenou akumulační kapacitou zdiva a rekuperačním větráním proto prakticky nepotřebuje klimatizaci. V dřevostavbách s malou tepelnou akumulací je možné použít k ochlazování přisávaného vzduchu zemní výměník.
- Zvýšení životnosti oken – každé otevření okna do jisté míry namáhá závěsy, uzamykací čepy, táhla a těsnění. Po čase je nutné okno znovu seřídit, očistit od prachu a zavírací mechanismus promazat. U otevřeného okna je při větrání průvanem také vyšší pravděpodobnost jeho poškození. S jistou nadsázkou lze říci, že nejdéle nám vydrží a nejméně údržby potřebuje okno, které vůbec neotvíráme. Teoreticky vzato, bychom v domě s rekuperačním větráním vlastně mohli instalovat jen výrazně levnější neotvíravá okna. Není to ale moc praktické, okna plní i další funkce a několik otevíracích oken v domě musí být i kvůli usnadnění úniku například při požáru.
Nevýhody rekuperačního větrání
Jedinou podstatnou nevýhodou je asi počáteční investice a v některých případech dlouhá doba návratnosti. Doba návratnosti pochopitelně závisí na využití místností, v níž je větrání instalováno. Rekuperační větrání proto nemá smysl instalovat tam, kde trávíme jen velmi krátkou dobu a jinak tam není potřeba větrat. Neosvědčuje se také tam, kde nelze zajistit těsnost budovy nebo, tam kde je velmi nízká cena energie na vytápění (tam stačí nucené větrání s předehřevem ale bez rekuperačního výměníku), nebo v provozech, kde je nutné odsávat velká množství silně znečištěného vzduchu, který by zanesl výměník.
Autor je spolupracovník redakce a energetický poradce. Dlouhodobě se zabývá problematikou nízkoenergetických a pasivních staveb a souvisejících technologií.
