Konference Vytápění 2017 - prvních deset

V dnech 23. až 25. května proběhla tradičně v Třeboni v kulturním domě Roháč odborná konference Vytápění, kterou organizuje odborná sekce Vytápění ve Společnosti pro techniku prostředí jednou za dva roky. Konference soustředí aktuální poznatky z praxe, vývoje a výzkumu do přednášek, kterých na konferenci zaznělo 62. Ve spektru jsou zahrnuty jak práce teoretické, případové analýzy zpracované s využitím programových analýz, tak práce založené na poznatcích z praxe. S cílem ukázat šíři záběru konference je zpracován sestřih některých poznatků, které v přednáškách zazněly. V této části je obsaženo prvních deset přednášek.

KONCEPT VĚTRÁNÍ

Ing. Jan Bedřich
Česká komora lehkých obvodových plášťů – ČKLOP

Zdraví obyvatel se věnuje stále více přednášek a konferencí po celé Evropě. Není to proto, že je to zajímavé, ale je to proto, že je to velice aktuální. Paradoxně se v jednom směru zdraví obyvatel zhoršuje (průzkum proveden v rámci EU) a je způsobeno špatným prostředím vnitřních prostor a jeho negativním dopadem na lidské zdraví, a to i navzdory rostoucí kvalitě stavebních technologií.

„Podmínkou neposlední důležitosti pro zdraví člověka je zajisté, aby místnost, ve které se nachází, mu poskytovala stále čerstvý vzduch, a aby tento měl teplotu tělu lidskému přiměřenou. A divno dost, že nedbáno dosud dosti úzkostlivě hlavně podmínky prvé - řádné ventilace. Vinna tím nedůvěra kruhů kompetentních a okolnost, že obecenstvo naše na důležitost dokonalé ventilace nebývá dosti důrazně upozorňováno.“ Citát z knihy Topení a větrání obydlí lidských z roku 1891 od J. E. Purkyně vystihuje poměrně dobře situaci v problematice větrání i v roce 2016 – o 125 let později!

Proto by zpracován Koncept větrání, který slouží pro základní orientaci v problematice větrání budov pro pobyt osob. Je určen zejména pro přípravnou fázi dokumentace, kdy dochází k volbě koncepce větrání, lze ho však využít ve všech fázích procesu návrhu i realizace. Dokument je určen všem osobám činným ve výstavbě (laikům i odborníkům), jejichž činnost se dotýká tvorby vnitřního prostředí v budovách – budoucím stavebníkům, uživatelům, developerům, architektům, projektantům, dodavatelským firmám, provozovatelům i pracovníkům stavebních úřadů. Uplatní se při návrhu novostaveb, rekonstrukcích i při změnách užívání budov, zejména pokud dochází k výměně okenních výplní.

Koncept větrání byl vydán 12/2016 jako publikace ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí. Koncept větrání byl představen na konferenci v dubnu 2017, kde jsme natáčeli komentáře odborníků.

INVESTIČNÍ PODPORA EFEKTIVNÍCH ZDROJŮ ENERGIE V RODINNÝCH A BYTOVÝCH DOMECH

Ing. Jakub Hrbek
Státní fond životního prostředí České republiky

V přednášce byl zachycen historický vývoje dotačních programů. Na něj navázal přehled aktuálně probíhajících programů s uvedením konkrétních podmínek. Především jde o programy kotlíkových dotací a Nová zelená úsporám.

TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ PRO BUDOVY S TÉMĚŘ NULOVOU SPOTŘEBOU ENERGIE

prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Miroslav Urban, PhD.
ČVUT v Praze, fakulta stavební, katedra technických zařízení budov

Od 1. 1. 2020 bude muset každá nové budova, až na specifické případy, splnit kritéria budov s téměř nulovou spotřebou energie NZEB.

Budovy s téměř nulovou spotřebou energie - projekt roku 2017 na TZB-info

Na příkladu vybraného referenčního rodinného domu je vidět, že tato kritéria lze splnit nejen použitím nejvyšších dostupných technických řešení, ale řešení, která lze již v současnosti považovat za standard.

Posouzeno bylo pět variant:

• Varianta 1 předpokládá stav, kdy vytápění a příprava TV je zajištěna plynovým kotlem a větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla.
• Varianta 2 reprezentuje využití tepelného čerpadla vzduch-voda pro vytápění a přípravu TV, větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla.
• Varianta 3 předpokládá stav, kdy vytápění a příprava TV je zajištěna kotlem na dřevo a akumulačním zásobníkem o objemu 750 l a větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla.
• Varianta 4 představuje přímotopný systém, kdy vytápění objektu je zajištěno topnými rohožemí a příprava TV elektrickým zásobníkem TV o objemu 150 l. Větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla.
• Varianta 5 předpokládá stav, kdy vytápění a příprava TV je zajištěna elektrickým kotlem a termickým solárním systémem. Větrání objektu zajišťuje větrací jednotka se zpětným získáváním tepla.

Z analýz vyplynulo, že pokud bude obálka budovy nastavena na minimální požadovanou úroveň pro NZEB standard, tzn. U_em = 0,23 W/m².K, budova pro varianty technických systémů variantu 1 – zemní plyn, variantu 2 – tepelné čerpadlo, variantu 3 – kotel na dřevo automaticky splňuje požadavek pro NZEB i z pohledu neobnovitelné primární energie. Pro tyto varianty není nutné instalovat další systémy využívající OZE.

Varianty využívající elektřinu jako hlavní energonositel, elektrický přímotopný systém a tepelné čerpadlo, nesplní při nejhorší možné obálce budovy požadavek na neobnovitelnou primární energii, a je nutné pro tyto varianty uvažovat o systému využívajícím OZE – fototermický nebo fotovoltaický solární systém, případně doplňkový zdroj tepla na biomasu (krbová vložka).

U elektrického přímotopného systému se nutný podíl energie z OZE pohybuje na úrovni minimálně 30 % nebo například 49 % podíl energie na vytápění musí zajistit krbová vložka na dřevo.

MODERNÍ TRENDY VYTÁPĚNÍ V HISTORICKÝCH BUDOVÁCH

Jiří Bezděka
Veskom, spol. s r. o.

Za posledních 20 let se stále více setkáváme s požadavky majitelů historických budov na zlepšení tepelné pohody v objektu, které zajistí jejich další využití. Historické budovy jsou specifické svou velkou tepelnou ztrátou, tepelnou setrvačností a potřebou vytápět i mimo hlavní otopné období. Většinou potřebují udržet stabilní teplotu v interiéru, aby nedocházelo k vlhnutí konstrukcí. Náhlé změny teplot v interiéru jsou nežádoucí i pro stálé expozice a vybavenost. Tyto potřeby lze pokrýt s tepelnými čerpadly, podle konkrétní situace spojených s nízkopotencionálními zdroji tepla, kterými jsou:

• hlubinné vrty,
• plošný kolektor v zemi,
• plošný kolektor na dně vodního příkopu,
• nerezový vodní výměník.

Hlubinných vrtů vzhledem k požadavku na množství tepla bývají zapotřebí i desítky o hloubce 120 m. V těchto případech se jedná o tzv. „VRTNÉ POLE“, kde je nutný důkladný průzkum lokality za účelem zjištění geotermického potenciálu. Existují velké rozdíly v tepelné vodivosti hornin a vlastnostech vrtů jako takových, a proto je u větších systémů nutné provést polní zkoušku tepelné odezvy vrtů na odběr tepla GEOTHERMAL RESPONSE TEST ve zkratce GRT test. Tato zkouška se provádí po zhotovení prvního vrtu, který se plně vystrojí.

Plošný kolektor má velké nároky na prostor, většinou do plochy 6 000 m², což odpovídá tepelné ztrátě budovy cca 150 kW. Kolektor je důležité pokládat z kvalitního potrubí, neboť od něj požadujeme dlouhodobou spolehlivost. V hradních vodních příkopech se nabízí uložení kolektoru ke dnu příkopu, jak dokazují již realizované příklady. Například kolektor s plastovým potrubím ve vodním příkopu hradu Švihov, nerezový vodní výměník na Zámku v Písečném.

Pro realizaci je žádoucí dodržet tento postup:

• Studie využitelnosti / proveditelnosti – technické a ekonomické posouzení záměru,
• průzkum a testování – zhotovení GRT testu hlubinného vrtu, místních možností,
• projektování – dimenzování primárních, sekundárních okruhů TČ a otopné soustavy,
• technická oponentura – prostor pro diskuzi mezi specialisty, investory a projektanty,
• autorský dozor při realizaci – nezbytné pro dodržení správnosti všech postupů,
• monitoring – monitoring provozu systémů je zásadní pro dosažení vysoké ekonomiky provozu. Ten je důležitý nejen pro provozovatele, ale i projektanta a realizátora, neboť mu vytváří potřebnou znalostní základnu pro návrh a realizaci dalších akcí.

TÉMĚŘ NULOVÉ BUDOVY – PARAMETRY A PŘÍPADOVÉ STUDIE

Ing. Jan Antonín, Ph.D.¹, Ing. Magdalena Purkrtová
¹EnergySim, s. r. o.,

Z rozboru kritérií kladených na NZEB budovy vyplývá, že požadavek na obálku lze splnit použitím konstrukcí s doporučenými hodnotami a oken se zasklením třemi skly. V požadavcích na obálku budovy tedy není standard téměř nulové budovy nikterak přísným, či progresivním řešením.

K řešení je požadavek pokrýt spotřebu energie „ve značném rozsahu z obnovitelných zdrojů“. Tento požadavek je vyjádřen procentuálním snížením hodnoty neobnovitelné primární energie stanovené pro referenční budovu (Δep,R). Toho lze dosáhnout teoreticky dvěma způsoby. Buď se množství neobnovitelné primární energie stanovené pro referenční budovu sníží použitím zdrojů využívajících OZE (s nižším faktorem primární neobnovitelné energie) nebo se ponechají uvažované, ale zlepší se parametry obálky tak, aby byl dosažen požadovaný pokles potřeby neobnovitelné primární energie vůči referenční budově. V druhém případě může být dostačující použití hodnot doporučených pro pasivní domy bez dalších změn v části TZB oproti referenční budově. V konkrétním případě se tedy nabízí více řešení, i jejich kombinací.

Budovy s téměř nulovou spotřebou energie - projekt roku 2017 na TZB-info

Z výsledků případových studií rozebíraných v přednášce pro zvolený RD vyplývá několik stručných závěrů, a budova NZEB:

• má konstrukce o doporučených hodnotách U a okna s trojskly,
• může to být i špatný nízkoenergetický dům s kondenzačním kotlem (jiný se již nevyrábí),
• je zpravidla v třídě B celkové dodané energie, ale může být i v C,
• je v třídě B neobnovitelné primární energie nebo lepší,
• pokud splní parametry obálky (f_R=0,7), pak vše řeší např. fotovoltaika nebo biomasa,
• případně stačí zlepšení obálky na střední pasivní hodnoty U_pas,20 podle ČSN 730540-2. Pouze nucené větrání s vysokou účinností však ke plnění požadavků na NZEB nestačí.

VLIV LOKÁLNÍCH TEPELNÝCH MOSTŮ NA TEPELNÉ CHOVÁNÍ LEHKÝCH OBVODOVÝCH PLÁŠŤŮ

Ing. Roman Jirák, Ph.D., Ing. Petr Jaroš, Ph.D.
DECOEN znalecký ústav, s. r. o., DECON v. o. s.

Výpočty součinitelů prostupu tepla Ucw lehkých obvodových plášťů (LOP) patří mezi složitější tepelně technické výpočty konstrukcí ve stavebnictví. Vzhledem k trendu stále se zvětšujících prosklených ploch na obálce budovy mají lehké obvodové pláště výrazný vliv na tepelné chování budov a v neposlední řadě také na splňování požadavků na energetickou náročnost budov zaváděných předpisem č.406/2000 Sb. [9] vyhláškou č. 78/2013 Sb. [10].

K problematice stanovení součinitele prostupu tepla LOP a jeho porovnávání s požadavky se dotýkají především ČSN EN ISO 12631 [5] a ČSN 730540 -2[2]. Požadavek na LOP není jasně stanovená konstantní hodnota, jako je tomu např. u výplní otvorů. Konečná hodnota požadavku závisí na poměru průsvitných a neprůsvitných částí. Opomíjeným, avšak neméně důležitým závazným legislativním požadavkem, v současné době kontrolovaným Státní energetickou inspekcí České republiky, je požadavek vycházející z předpisu č. 406/2000 Sb. [9] a jeho prováděcí vyhlášky č. 78/2013 Sb. [10]. Jedná se o tzv. splňování požadavků na energetickou náročnost budov na nákladově optimální úrovni pro výstavbu nové budovy, respektive požadavku na energetickou náročnost budovy s téměř nulovou spotřebou energie.

LOP v zásadě vždy obsahují konstrukční prvky, které tvoří tzv. systematicky se opakující tepelné mosty (SOTM). V případě bodových tepelných mostů se jedná o tzv. trojrozměrné vedení tepla, jehož výpočet, oproti používanému dvojrozměrnému vedení tepla, je značně složitější.

Na zvoleném příkladu bylo ukázáno, že bez započtení vlivu SOTM měl LOP celkový součinitel prostupu tepla U_cw roven 1,11 (W/m².K). Pokud se započítal vliv spojovacích šroubů, tak vzrostl na hodnotu 1,14. Následně se započtením i vlivu nosičů prvků pláště pak podle typu LOP vzrostl na 1,18 až 1,29.  Je evidentní, že tyto hodnoty musí být promítnuty do energetické bilance a projektů zařízení TZB. Je důležité upozornit, že se jedná pouze o příkladné srovnání, a je tedy nutné konkrétní vliv a hodnoty pro danou konstrukci LOP vždy pečlivě samostatně posoudit.

Shrnutí závěrů:

• Vliv lehkých obvodových plášťů na průměrný součinitel prostupu tepla je zásadní, zvláště v případě posuzování budov s téměř nulovou spotřebou energie. Je tedy vhodné lehké obvodové pláště navrhovat na nižší hodnoty, než je požadovaná hodnota podle ČSN 730540 – 2.
• Vzhledem k postupnému vývoji technických a konstrukčních systémů a snižování požadavků na TOB, začíná být nutné využívat třírozměrných tepelných výpočtů.
• Vliv systematicky se opakujících tepelných mostů na U_cw je zásadní, a proto se musí do výpočtů zahrnovat, a to včetně nosičů výplňových prvků, které mají dokonce vyšší vliv než je tomu u šroubů, o kterých se ČSN EN ISO 12631 vyjadřuje, že je nelze zanedbat.

JAKÉ ZDROJE ENERGIE PRO ENERGETICKY NULOVÝ DŮM?

doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D.¹, Ing. Vilém Ťopek^2
1Univerzitní centrum energeticky efektivních budov, ČVUT v Praze, 2Fakulta strojní, ČVUT v Praze

Příspěvek se snaží na příkladu jednoho konkrétního bytového domu (čtyři podlaží, lokalita Praha) ukázat na problematiku hodnocení energeticky nulového domu z pohledu volby zdrojů energie pro vytápění, přípravu teplé vody, větrání, osvětlení a také uživatelskou spotřebu (zahrnutí domácích spotřebičů běžně není součástí hodnocení budov). Energeticky nulovým domem není myšlen dům zcela nezávislý, ale takový, jehož celoroční bilance je po započtení odběru energií ze sítí, a naopak dodávek energií vyprodukovaných domem do sítí zpět, nulová. Porovnány jsou čtyři varianty stavebně-technického řešení bytového domu, tři jsou postaveny na doporučených hodnotách součinitele prostupu tepla konstrukcí při různé náročnosti osvětlení (běžné, LED) a spotřebičů (třída A a třída A++), čtvrtá varianta uvažuje výstavbu v pasivním standardu kombinovanou s úspornějším osvětlením a úspornějšími spotřebiči. Všechny varianty uvažují jako zdroj tepla plynový kotel s ročním stupněm využití paliva 94 % a jako zdroj elektrické energie rozvodnou síť.

Podle očekávání nejnižší náročnost na neobnovitelnou primární energii vykazuje varianta domu v pasivním standardu, nicméně s ohledem na investiční vícenáklad 0,74 mil Kč spojený s jeho dosažením byl nakonec jako základní varianta stavebně-technického řešení (referenční varianta) zvolen nízkoenergetický standard, ovšem s vybavením úspornějšími spotřebiči a osvětlením.

V dalším kroku byly prověřeny možnosti využití možných zdrojů tepla pro vytápění a přípravu teplé vody v kombinaci s FV systémem pokrývajícím celou využitelnou plochu střechy. Použití plynového kotle a použití tepelného čerpadla nabízí podobnou náročnost na neobnovitelnou primární energii. Sezónní topný faktor soustavy s tepelným čerpadlem v režimu vytápění dosáhl hodnoty 3,34, u přípravy teplé vody se pohyboval okolo 2,5. Varianta 4 s kotlem na pelety (při uvažované roční účinnosti 82 %) s velice nízkým konverzním faktorem pro průmyslově zpracovanou biomasu (F = 0,2) dosáhne jako jediná z uvedených variant díky produkci FV systému na hodnotu výsledné bilance menší než nula. Z nízkých spotřeb neobnovitelné primární energie pro vytápění a přípravu teplé vody pak vyplývá, že je v podstatě zbytečné v rámci této varianty provádět nějaká další úsporná stavebně-technická opatření pro snížení potřeby tepla (např. posun do pasivního standardu, zavedení větrání s rekuperací tepla), neboť vliv na výsledek by byl velice zanedbatelný.

Energeticky nulového bytového domu lze v daném případě dosáhnout pouze kombinací zdroje tepla s peletkovým kotlem a FV systémem s pokrytím celé střechy. Při zvýšení budovy je to již nemožné.

Analyzovány byly náklady na provoz zdrojů tepla vycházejí z aktuálních cen. Varianta se zdroji energie, které posouvají bytový dům do kategorie energeticky nulový dům, vykazuje provozní náklady pouze o jednu třetinu nižší, než jsou celkové provozní náklady na referenční variantu bytového domu s plynovým kotlem a odběrem elektrické energie pouze ze sítě. Rozdíl v investičních nákladech je okolo 940 tis. Kč, rozdíl v provozních nákladech je 46 tis. Kč/rok. Prostá doba návratnosti investice do systémů pro dosažení kritéria energeticky nulového domu je zhruba 21 let, protože i energeticky nulový bytový dům má relativně vysoké provozní náklady na nakupované energie.

NUTNOST POUŽÍVÁNÍ PROVOZNÍCH PARAMETRŮ TEPELNÝCH IZOLACÍ V TECHNICKÉ PRAXI

Ing. Vít Koverdynský, Ph.D.

Přes požadavky norem, pravidla správné praxe, se v obchodním styku některých dodavatelů používají nevhodné parametry izolací, a to se pak negativně promítá do výpočtů a skutečných provozních vlastností. Například se místo požadované deklarované hodnoty součinitele tepelné vodivosti uvádí hodnota měřená podle normy (ČSN EN 12667), neboť je o cca 1 až 2 % vyšší. Jiným případem je použití tepelné vodivosti pro teplotu 10 °C. Tato hodnota je u technických izolací nepoužitelná pro jakýkoliv výpočet, oblast aplikace je mimo tuto uváděnou teplotu. Například výrobková norma pro izolace z minerální vlny ČSN EN 14303 požaduje deklarovat tepelnou vodivost pro celý teplotní rozsah použití, pro jaký je výrobek nabízen (tj. např. od 50 °C do nejvyšší provozní teploty).

Přestože harmonizované výrobkové normy pro technické izolace platí již 5 let, stále jsou na trhu výrobci, kteří rádi ohýbají fyzikální skutečnost. Ať už za touto praxí stojí cokoliv, může to poškodit nejen konečného zákazníka, ale i všechny subjekty, které s provedením tepelné izolace souvisejí. V dnešní době jsou módní energetické audity a výpočty návratností. Při použití hodnot, které jsou reálně o 10 až 20 % horší, než je psáno v technické dokumentaci výrobce, pak samozřejmě skutečná návratnost bude delší, než vypočítaná a tomu bude odpovídat i zklamání zákazníka.

POROVNÁNÍ OTOPNÝCH SOUSTAV Z HLEDISKA NĚKTERÝCH PARAMETRŮ

prof. Ing. Jiří Bašta, Ph.D., Nirmal Parmar, M.Eng.
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí

Otopné soustavy můžeme rozdělit podle způsobu přívodu a odvodu otopné vody z/k otopným tělesům na dvoutrubkové protiproudé (DP), dvoutrubkové souproudé (DS) a jednotrubkové bez obtoků či s obtoky otopných těles. Zde se zaměříme pouze na jednotrubkové horizontální otopné soustavy s obtoky otopných těles, tj. s tzv. jezdeckým napojením otopných těles (JJ). Všechny soustavy uvažujme pouze s nuceným oběhem vody a uzavřené.

U jezdeckého napojení otopných těles je každé otopné těleso v hydraulickém paralelním zapojení s kmenovou horizontální trubkou. Mezi přívodním a vratným potrubím k otopnému tělesu protéká v kmenové trubce pod otopným tělesem část vody a zbytek protéká tělesem samotným. V místě spojení zpětné přípojky od tělesa a kmenové trubky dochází ke směšování dvou proudů vody o různé teplotě. Následující otopné těleso v hydraulické řadě tak pracuje za hydraulicky stejných podmínek, ale tepelně pracuje oproti předchozímu otopnému tělesu s nižší vstupní teplotou vody. Vstupní teplota vody do otopného tělesa se tedy postupně těleso od tělesa v hydraulické řadě snižuje, což se musí zohlednit např. velikostí přestupní plochy otopného tělesa.

V přenášce jsou rozebírány různé provozní podmínky, z nichž vyplynuly závěry. Mimo jiné, například že otopné těleso u jednotrubkové otopné soustavy by nemělo být nikdy navrhováno na menší než 30 % průtok z průtoku kmenovou trubkou, neboť následkem by byla zbytečně veliká otopná tělesa. Pak není příliš velký rozdíl velikosti otopných těles mezi jednotrubkovou a dvoutrubkovou otopnou soustavou.

Největší citlivost na regulační zásah ventilem na tělese vykazuje dvoutrubková protiproudá otopná soustava, a to s ohledem na tlakové poměry v soustavě. Uzavření ventilu má podstatně větší vliv na dvoutrubkovou protiproudu soustavu oproti souproudé. V tomto případě je patrný velmi malý rozdíl v chování dvoutrubkové souproudé a jednotrubkové otopné soustavy s jezdeckým napojením otopných těles.

KOMBINOVANÉ KONDENZAČNÍ KOTLE A JEJICH CYKLOVÁNÍ

Ing. Václav Frolík
Brilon, a. s. – hlavní partner konference

Kombinované kondenzační kotle s tepelnými výkony s modulačním rozsahem (např. 5,4 až 17,8 kW), které využíváme pro vytápění bytu s tepelnou ztrátou cca 2 až 4 kW v těchto podmínkách pracují v provozu zapnuto – vypnuto, tj. tzv. cyklují. Cyklování se však nevyhnou ani technicky nejdokonalejší kotle s maximálním modulačním rozsahem výkonů cca 1:10. Jmenovité výkony používaných kotlů bývají od 18 do 27 kW. Příprava teplé vody je řešena průtokovým ohřevem, který vyžaduje minimálně 18 kW, ale spíše 24 kW a více podle vybavení bytu.

Z rozboru uvedeného v přednášce vyplývá, že při malých nárocích na dodávku tepla pro vytápění se provozní režim kombinovaných kotlů s menším regulačním rozsahem oproti režimu mnohem sofistikovanějších kotlů, které jsou v pořizovací ceně dražší i o několik desítek tisíc Kč, nemusí zásadně lišit. Záleží pak na možnostech a preferencích investora, kterou variantu zvolí.

Dalších deset stručných anotací bude následovat.