Úsporný dům - nová publikace nejen pro odbornou veřejnost

Chcete, aby byl Váš rodinný nebo bytový dům co nejvíce úsporný? Čeká Vás rekonstrukce nebo nová výstavba? V ucelené a přehledné formě se můžete seznámit s metodikou hodnocení energetických potřeb objektu. Kde hledat potenciál na snížení celkové spotřeby energie, doporučená řešení včetně schématických zapojení a příkladů výpočtového řešení a návrhu nízkoteplotní otopné soustavy.

Vytápění a větrání v domech s nízkou energetickou potřebou

Metodika u nás doposud používaná postihovala výpočet tepelných ztrát pouze ze stacionárního stavu (časově neproměnlivého) za výpočtových podmínek. Z hlediska větrání předpokládala ztrátu větráním vycházejícím pouze z infiltrace a hygienické výměny vzduchu. Výpočet tepelné ztráty ČSN EN 12 831 - Otopné soustavy v budovách lépe vystihuje dynamický stav šíření tepla, zohlednění tepelných mostů, ztráty tepla u konstrukce přilehlé k zemině a především ztrátu větráním.

Pro výpočet tepelné ztráty větráním je směrodatné stanovení objemového toku větracího vzduchu. Ten se stanovuje rozdílně u objektu bez větracího systému a u objektu s větracím systémem. U objektu s větracím systémem nemá větrací přívodní vzduch charakter venkovního vzduchu a to v případech, kdy je předehříván například v zemním kolektoru, rekuperačním výměníku apod.

Vztah pro stanovení objemového vzduchu je v tomto případě

V_i = V_inf + V_su,i . f_v,i + V_mech,inf,i       (m³.hod^-1)


V_inf - infiltrace pláštěm budovy (m³.hod^-1)
V_su,i - objemový tok přívodního vzduchu pro větrání vytápěného prostupu (m³.hod^-1)
f_v,i - součinitel teplotní redukce (-)      f_v,i = (t_i - t_su,i)/(t_i - t_e)
t_su,i - teplota přiváděného vzduchu. Může být vyšší nebo nižší, než je teplota vnitřního vzduchu. U rekuperačního ohřevu ji lze stanovit z účinnosti rekuperace (°C)
V_mech,inf,i - přebytek odsávaného objemového toku vzduchu (m³.hod^-1)

Celková tepelná ztráta: Q_i = Q_Ti + Q_Vi

Q_Ti - základní tepelná ztráta prostupem (W)
Q_Vi - tepelná ztráta větráním (W)

Potřeba tepla není v průběhu topné sezóny stejná a měří se v závislosti na podmínkách exteriéru. Otopný systém objektu by měl být navržen a regulován tak, aby byl schopen svými výkonovými parametry tuto okamžitou potřebu s určitou časovou optimalizací kopírovat. V moderních nízkoenergetických domech klesá tepelná ztráta, kterou chceme pokrývat otopnou plochou, na cca 100 až 300 W na místnost. Tato hodnota je výpočtová (maximální) při nejnižších výpočtových venkovních teplotách. Při oteplení v exteriéru tato potřeba tepla ještě klesá. Podílově se zvyšuje vliv tepelných zisků z vnitřních zdrojů a oslunění. Tato malá potřeba bývá obtížně regulovatelná a se zvyšujícími se zisky dochází k přetápění místnosti, zvláště u objektů s malou tepelnou akumulací (dřevostaveb). S přihlédnutím k průměrným měsíčním venkovním teplotám v ČR je zřejmé, že topná sezóna se u nízkoenergetické výstavby zkracuje na maximálně 2 - 3 měsíce v roce a ještě je přerušovaná. I u objektů s pouhou rekuperací na větracím systému dokáží solární zisky (okny) pokrývat v přechodném období tepelnou ztrátu místnosti a období, kdy je topný systém využíván, nepřesáhne čtyři měsíce. Zdroje tepla v budovách s nízkou energetickou náročností jsou nazývány systémy krytí zbytkové potřeby tepla.

Pro krytí zbytkového tepla je žádoucí takový systém, který dokáže pružně reagovat na měnící se teplotní podmínky v exteriéru ve všech prvcích včetně individuální regulace.

Paliva a zdroje tepla pro domy s nízkou energetickou náročností

Zemní plyn
Zemní plyn jako palivo lze využít i pro vytápění u těchto staveb. Zdroj tepla - kotel musí však výkonově odpovídat nízkým potřebám tepla. Klasické a teplovodní plynové kotle ale těmto nízkým výkonům neodpovídají a byly by velmi předimenzovány. Častým spínáním v důsledku nepřizpůsobení výkonu pak pracují s nízkou provozní účinností a zvýšenou spotřebou plynu. Vhodným zdrojem je kondenzační kotel s rozsahem modulace 10 - 100 % výkonu kotle. Účinnost kotlů klasické konstrukce zvýší akumulace tepla do vody (spojení s akumulační nádrží topné vody).

Ceny zemního plynu platné od 1.1.2005

Dřevo a dřevní hmoty, biomasa
Patří mezi obnovitelné zdroje, s pozitivním hodnocením s hlediska ekologické zátěže. Ve spojení s domy s nízkou energetickou potřebou se potýkáme s vysokým výkonem zdrojů na tato paliva, vysokou teplotou otopné vody a obtížnou regulovatelností. Jejich použití je podmíněno akumulací tepla. Zdrojem je ohřívaná topná voda. Ta je akumulována v izolovaném zásobníku. Odběr tepla s regulací teploty se pak děje podle okamžitých tepelných požadavků domu. Vlastní soustava pak může být nízkoteplotní. Ve spojení s akumulační nádrží pracují s dobrou účinností a nízkými emisními hodnotami zplyňovací kotle. V případě, že je v objektu uzavřený krb (krbová vložka s obestavěním) s teplovodním výměníkem, lze použít i tento zdroj tepla. Problémem je vazba na lidský faktor. Pokud uživatel nezatopí a není přítomen kvůli doplňování paliva, ztrácí krb pozici primárního zdroje tepla. Proto se většinou používá jako zdroj doplňkový - druhý zdroj tepla v objektu. Napojením výměníku krbu na akumulační nádrž můžeme využít část jím produkovaného tepla k vytápění celé budovy nebo přípravě TV. Při odpovídajícím provedení obestavěného nebo použitím vhodného typu vložky lze krb napojit na samostatný teplovzdušný rozvod. Zde je ale úzká vazba na způsob větrání objektu a systém nelze z hlediska tlakových poměrů kombinovat z nuceným větráním. U teplovzdušného vytápění je krbem v hlavní pobytové místnosti nahrazena sálavá složka při předávání tepla z hlediska pocitu tepelné pohody.

Využití dřevních hmot a biomasy k vytápění rodinného domu je vázáno lokalitou, dostupností typu paliva a prostorem pro skladování. Nejčastěji používaným biopalivem je dřevo. Jeho základními formami pro spalování ve zdrojích menších objektů jsou polena (dřevo kusové), štěpka, lisované piliny v podobě pelet, briket.

Obr. 1 - Kotel na tuhé palivo ve spojení s akumulační nádrží

Obr. 2 - Kotel na tuhé palivo s akumulační nádrží se solární podporou vytápění a integrovaným ohřevem teplé vody

Elektrická energie
Elektrická energie se využívá u objektů s nízkou potřebou tepla jako zdroj u lokálních topidel v přímotopném, akumulačním nebo hybridním kombinovaném provedení.
Vzhledem k optimální možnosti okamžitého výkonu jsou elektrická topidla prvkem, který dokáže kopírovat potřebu tepla na vytápění. Dalším způsobem vytápění elektrickou energií jsou podlahové vytápěcí systémy se zabudovanými kabely nebo rohožemi. Investiční náklady jsou u lokálních těles ve srovnání s jinými vytápěcími systémy nejnižší.
Elektrická energie je hnací energií u kompresoru tepelného čerpadla, u akumulačních zásobníků může být zdrojem dohřevu, u solárních systémů pro teplovou vodu může v zimních měsících dobíjet zásobník TV, u teplovzdušných systémů může být umístěn ve vzduchotechnické jednotce ohřívač vzduchu.

Ceny elektrické energie platné od 1.1.2005

Alternativní zdroje
Ve spojení s energeticky úspornými domy se jedná především o zařízení využívající energii prostředí, geotermální a solární energii. Přírodní (nízkopotenciální) teplo převádí na teplo využitelné v budovách tepelná čerpadla. Zdrojem pro hnací provoz je elektrická energie, využívá se teplo okolního vzduchu nebo odpadního vzduchu, teplo obsažené v zemi, podzemní či povrchové vodě. Nízkopotenciální teplo je zdrojem obnovitelným a ekologickým.
Většina zařízení k alternativním zdrojům (tepelná čerpadla, solární systémy s kolektory) využívá akumulace tepla do vody.

Obr. 3 - Příklad zjednodušeného schématu zapojení tepelného čerpadla
v monoenergetickém provozu jako zdroje tepla pro podlahové vytápění, ohřev vzduchu a ohřev teplé vody