Energetická bilance větracích systémů obytných budov
Větrací systémy obytných budov se výrazně podílejí na celkové energetické bilanci. Větrání má také podíl na úrovni kvality vnitřního prostředí. V příspěvku jsou zahrnuty výsledky teoretického řešení i vyhodnocení různých větracích systémů aplikovaných při regeneraci obytných panelových budov. Jedná se o systémy přirozeného větrání, nuceného podtlakového větrání s centrálním a místním odsáváním, rovnotlaké větrání se zpětným získáváním tepla z odváděného vzduchu, kombinované větrání a teplovzdušné vytápění. Z energetického hlediska jsou prezentovány: spotřeba tepla a spotřeba elektrické energie v jednotlivých systémech větrání a možnosti úspor s ohledem na vnitřní klima.
Potřeba tepla na větrání:
(1)
kde:
Ma je hmotnostní průtok venkovního vzduchu
ca je měrná tepelná kapacita vzduchu
ΔΘa je rozdíl teploty venkovního vzduchu a teploty vnitřního vzduchu
τ je čas (provozní doba větracího zařízení)
Potřeba elektrické energie ventilátoru:
(2)
kde:
Vpa je objemový průtok vzduchu ventilátorem
Δpc je celkový pracovní tlak ventilátoru
ηe je účinnost elektromotoru
τ je čas (provozní doba elektromotoru)
Všechny větrací systémy jsou během provozu charakterizovány výraznou variabilitou venkovních teplot vzduchu. Různé typy budov jsou dle způsobu provozu charakterizovány dobou provozu větracího systému. U zařízení s nucenou ventilací lze poměrně přesně určit průtok vzduchu, u neřízených větracích systémů je to obtížné.
Systémy přirozeného větrání (infiltrace, aerace, šachtové větrání) jsou charakteristické proměnlivým průtokem vzduchu závislým na tlakových poměrech v interiéru a v exteriéru (působení větru a rozdílu teplot) a vlastnostech větracích otvorů (těsnost spár a obvodového pláště, žaluzie, mřížky apod.) Provozní doba větrání infiltrací je trvalá, provozní doba větrání otevřenými okny, aerací a šachtami je závislá na individuální obsluze.
Systémy nuceného podtlakového větrání s centrálním nebo místním odsáváním mají projektovanou hodnotu průtoku vzduchu, ale provozní doba je opět závislá na individuálním chování uživatelů obytného domu.
Systémy rovnotlakého větrání (z hlediska úspor energie doplněné o zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu v centrální jednotce) zajišťují trvalé větrání obytných prostor domu. Vzhledem k tomu, že tyto systémy jsou vybaveny regulací, lze u nich poměrně přesně stanovit průtok vzduchu a provozní dobu. Oproti systémům přirozeného větrání jsou systémy nuceného větrání závislé na elektrickém pohonu ventilátorů a spotřeba energie se projeví nejen na spotřebě tepla, ale také na spotřebě elektřiny. Z hlediska provozu vyžadují systémy rovnotlakého větrání pravidelnou údržbu filtrů osazených na vstupech vzduchu do výměníku pro zpětné získávání tepla.
V praxi většinou pracuje systém přirozeného větrání v kombinaci společně s nuceným systémem větrání a můžeme hovořit o systémech kombinovaného větrání. Jedná se buď o souběh nebo střídání obou systémů.
Systémy teplovzdušného vytápění lze uplatnit tehdy, jestliže bez zvýšení hygienicky nutného průtoku vzduchu je tepelná ztráta prostupem objektu taková, že teplota vzduchu, na kterou je nutné vzduch při výpočtových podmínkách ohřát, je přijatelná z hlediska distribuce vzduchu v interiéru.
Obr. 1 - Podíl větrání na energetické bilanci obytného domu (Brno)
Měrné spotřeby energie na větrání pro typové budovy
Pro dobře navržené řízené větrání, které během provozu trvale zajišťuje požadovanou úroveň kvality vnitřního klimatu, lze v budovách s typickým provozním schématem stanovit měrné hodnoty spotřeby energie. Při energetickém hodnocení slouží referenční hodnoty spotřeby tepla a elektřiny pro větrání k porovnání se skutečně naměřenými hodnotami spotřeby a stanovení potenciálu možných energetických úspor.
Obr. 2 - Výstup simulace teplovzdušného vytápění pro panelový obytný dům (Brno)
Na obrázku č. 1 je uveden přehled měrné energetické bilance panelového obytného domu ve dvou variantách pro klimatické podmínky v Brně. První varianta je v úrovni tepelné ochrany budov dle požadovaných hodnot (ČSN 73 0540-2, 1994) s přirozeným větráním bytů a nuceným podtlakovým centrálním větráním hygienických místností (10 h/týden; 1,6 m3/h,m2 vytápěné plochy domu). Druhá varianta je v úrovni tepelné ochrany budov dle doporučených hodnot (ČSN 73 0540-2, 1994, výhled 2000) s nuceným rovnotlakým větráním bytů (168 h/týden; 1,3 m3/h,m2 vytápěné plochy domu) s centrální vzduchotechnickou jednotkou a systémem zpětného získávání tepla (50 %) bez úpravy infiltrace oken.
Na obrázku č. 2 je uvedena roční bilance potřeby energie a požadované teploty vzduchu pro kompenzaci tepelných ztrát pokoje v posledním podlaží obytného domu v Brně při tepelné ochraně obvodového pláště budovy dle doporučených hodnot uvedených v ČSN 73 0540-2, 2002 a výměně vzduchu 0,4 h-1.
Je nutné si uvědomit, že úspory energie dosažené v oblasti spotřeby tepla na větrání při aplikaci nuceného řízeného systému se ZZT (jak je prezentováno na obr. 3), se na druhé straně projeví zvýšenou spotřebou elektrické energie nutné pro pohon ventilátorů a čerpadel vzduchotechniky. Při stávajícím poměru ceny elektřiny a tepla je nutné zahrnout do ekonomického hodnocení také celkové provozní náklady obou složek energie.
Obr. 3 - Měrné spotřeby tepla obytného panelového domu
Závěr
Pro vyhodnocení spotřeby energie na větrání je nejvhodnější měření spotřeby tepla a elektřiny během celého roku a u zařízení s nárazovým provozem také zaznamenávání provozní doby. Bez instalace monitorovacího systému pro vzduchotechnické systémy je energetické hodnocení těchto soustav pouze otázkou simulování skutečného stavu, který se může od reality velmi lišit. S postupným snižováním potřeb tepla na vytápění se zvyšuje podíl spotřeby energie na větrání v celkové energetické bilanci objektů. Snižování spotřeby energie na větrání je limitováno hygienickými požadavky na kvalitu vnitřního vzduchu. Z toho vyplývá, že měření energetické spotřeby vzduchotechnických systémů, jako podkladu pro energetický management a úsporný provoz, bude hrát stále důležitější roli.
Článek byl vytvořen s podporou výzkumného záměru MSM 261100006 a s využitím výsledků mezinárodního projektu norské vlády č. 3010703 "Energy Auditing of Buildings - Updating of Methodologies and Tools" - České republiky, Slovenska a ENSI - Energy Saving International AS Oslo, Norsko.
Literatura
1. Dahlsveen T., Petráš D., Hirš J.: Energetický audit budov, Jaga group, Bratislava 2003, ISBN 80-88905-86-9
2. Hirš J. a kol.: Energetické audity bytových domů v Novém Lískovci, ČEA 2000
3. Hirš J., Tichavská R.: Regenerované nízkoenergetické panelové domy, Sborník VII. Vědecké konference s mezinárodní účastí - sekce: Teorie techniky prostředí budov, Stavební fakulta TU v Košicích, str. 90-93, 2002, Košice, ISBN 80-7099-818-0
4. ČSN EN 832, Pr EN 13790 - Thermal Performance of Buildings