Problematika vlhkosti při cirkulačním teplovzdušném vytápění (II)

Cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání s rekuperací odpadního tepla

Vzhledem k tepelně-izolačním parametrům objektů realizovaných v letech 1992 - 1997, vzdálených od požadavků na EPD (v té době právě se rodících), nebylo možné využít systém vytápění známý z literatury - použití rovnotlakého větracího systému. Byly však k dispozici zkušenosti ze zahraničí, bylo možné navázat na poslední poznatky a přeskočit tamní pionýrské začátky. Pořizovací náklady na dva samostatné systémy (větrání + vytápění) byly však pro běžné stavebníky příliš vysoké. Proto se v roce 1998 uskutečnily v České republice první kroky k vývoji vzduchotechnické jednotky, která by dokázala ohřátým vzduchem temperovat objekt o tepelné ztrátě až 9 kW a zároveň zajistit komfortní větrání s rekuperací odpadního tepla. Už v prvních koncepcích bylo samozřejmě jasné, že klasická rovnotlaká větrací jednotka tyto požadavky nezajistí. Po několika konstrukčních návrzích a experimentálních realizacích, kdy se získávaly zkušenosti, byl v roce 2001 v obci Koberovy realizován první skutečný komplexní systém. Jádrem tohoto systému byla dvouzónová teplovzdušná vytápěcí a větrací jednotka patentované konstrukce. Principiální schéma se od té doby v zásadě nezměnilo - viz. obr. č.6 - proti rovnotlakému větracímu systému je zásadní změna přidání okruhu vnitřní cirkulace (okruh C1).

Obr. č.6 - schéma teplovzdušného cirkulačního vytápění s nárazovým větráním vč. rekuperace odpadního tepla

LEGENDA: c2 - přívod topného a větracího vzduchu do obytných místností i1 - odsávání vzduchu z koupelen a WC (odpadní vzduch) i2 - výfuk - odvod odpadního vzduchu z objektu e1 - sání venkovního vzduchu - přívod čerstvého vzduchu do objektu c1 - okruh vnitřní cirkulace vzduchu v objektu

Jednotka dokáže pracovat v několika režimech (podle volby), na základě externích impulsů nebo dle čidel kvality a vlhkosti vzduchu. Díky této koncepci je možné teplovzdušně temperovat téměř všechny rodinné domy potencionálních investorů (dle typu a výkonu jednotky od 1 - 9 kW). Rovnotlaké větrací jednotky vzhledem k hygienickým požadavkům přivádějí do objektu reálně od 90 - 250 m³/h ("pouze") větracího vzduchu, který by bylo možné využít pro temperování = max. topný výkon cca 2 kW. V předchozích odstavcích jsou ale rozebrány základní kritéria (max. teplota přiváděného vzduchu do místností, dimenzování větrání a také vliv větrání ve vazbě na relativní vlhkost interiéru). Připomenutí - Čím je venku nižší teplota ( popř. v kombinaci bez pobytu osob a snížených vnitřních ziscích), tím je nutné zvyšovat větrací výkon jednotky, aby přiváděný dohřátý větrací vzduch zajistil požadovanou vnitřní teplotu - nutno dimenzovat na topení, nikoliv na požadavky větrání.

Dvouzónová cirkulační a větrací teplovzdušná jednotka díky vnitřnímu primárnímu okruhu dokáže po objektu nuceně rozvádět topný vzduch reálně od cca 300 - 1500 m³/h (dle typu jednotky a požadavků domu). Díky tomuto okruhu dokáže nárazově zvýšit teplotu, popř. rozvést další zisky z provozu bez ohledu na požadavek větrání. Tento, mnohými stále nechápaný a také nepřijímaný, okruh tedy umožní temperovat dům např. o výpočtové ztrátě 5 kW, bez pobytu osob, bez nutnosti přivádět venkovní vzduch, bez větrání. Využívá vzduchu interiéru, který (při požadavku na temperování popř. na cirkulaci) se nasává ze společných prostor (chodba, schodiště), prochází jednotkou (kde je filtrován a ohříván) a přivádí se do obytných místností. V tomto režimu se teplovzdušné vytápění chová stejně jako např. "klasické" teplovodní radiátorové vytápění - rozvádí po objektu teplo, ale nevětrá - a proto nemůže ani vysušovat. Pokud by v tomto režimu docházelo k poklesu relativní vlhkosti, pak je příčina někde jinde - např. v nedokonalé obálce budovy, která je netěsná a infiltrací je do domu neřízeně přiváděn venkovní "suchý" vzduch.

Cirkulační okruh navíc celý dům propojuje do jednoho celku. Uživatelé pak mají k dispozici kapacitu vzduchu celého objektu - sedí v obývacím pokoji, ale "dýchají a užívají" i vzduch z ložnice, která v té chvíli není obsazena. Dokonale oddělený sekundární větrací okruh pak zajišťuje větrání stejné kvality, jako rovnotlaká větrací jednotka. Větraní se zapíná pouze při požadavku (uživatelem, čidlem, automatickým programem). Čerstvý vzduch, je možné přivádět i nárazově v časových intervalech, je distribuován primárním cirkulačním okruhem spolu s topným vzduchem rovnoměrně do celého objektu. Dimenzování je pak možné pouze dle počtu osob (např. 4 osoby = cca 70 - 100 m³/h). Díky propojení a vyrovnávací kapacitě objemu domu je ale také možné vzduch přivádět nárazově o výrazně větším množství - např. při komfortním větrání WC při používání v délce např. 0,5 h intenzitou 180 m³/h. Kromě dokonalého vyvětrání WC (koupelen, kuchyní) je vyměněn vzduch z velké části objemu prostoru. Po zbývající část doby je možné nevětrat, pouze vzduch cirkulovat. Podíl čersvého vzduchu je rovnoměrně rozváděn do celého domu a nezáleží v zásadě na tom, kde se zrovna nalézají uživatelé objektu.

Celkové množství přiváděného čerstvého vzduchu za pobytové období tak je nižší, než při použití pouze rovnotlakého větracího systému - i na úrovni n= 0,15 h^-1 bez zhoršení kvality vzduchu v celém objektu. Při nepřítomnosti osob je možné větrání vypnout a temperování zajistit pouhou vnitřní cirkulací. Ta dokáže zajistit i distribuci dalších tepelných zisků (např. od krbu) po celém objektu.

Interiérová vlhkost a cirkulační teplovzdušné vytápění a větrání s rekuperací odpadního tepla

Jak již bylo zmíněno, i v České republice byl při realizaci teplovzdušného systému zjištěn v topné sezóně 2002/2003 problém s nízkou relativní vlhkostí. Integrace zvlhčovačů do VZT jednotek by přinášela další problémy - dezinfekce zařízení, možností kontaminace přiváděného vzduchu bakteriemi. Také podmiňovat realizaci jednoho systému dalším zařízením by nebyla moc vhodná. Bylo nutné objevit příčinu, nikoliv odstraňovat následek. Sami uživatelé ale "nezávisle na sobě" na řešení přišli. Trvalé větrání vypínali, využívali pouze nárazové větrání vyššího výkonu při využívání soc. příslušenství. Průměrná intenzita výměny vzduchu v tomto režimu byla cca 0,12 n^-1, spokojenost přesto vzrostla.

Na základě těchto poznatků byl vypracován počátkem roku 2004 teoretický matematický model (počítající s produkcí CO₂ a také vlivem větrání právě na rh), který podrobně rozebírá četnost používání soc. zařízení domů, četnost a využívání objektu uživateli, výdej vlhkosti do interiéru (při vaření, koupání osob, mytí podlah, zalévání květin, sušení prádla atd) vč. možnosti využití této vlhkosti. I když některé prameny udávají, že průměrná rodina vyprodukuje až 14 l. vody/den, model uvažoval s hodnotou kolem 7,5 l/den. Poměrně výrazná část je ale okamžitě odváděna z domu pryč (odtah z koupelen). Pro výpočty proto bylo uvažováno se započítatelným množstvím cca 5,3 l/den. Díky tomu, že teplovzdušné cirkulační a větrací jednotky v topném období nejsou provozovány s trvalým větráním (sekundární okruh je spínán pouze externím signálem při využívání soc. zařízení a kuchyně) a je puštěno trvale pouze cirkulační (primární okruh), standardní regulace automaticky zapíná nárazové větrání v nočních hodinách, které simuluje četnost užívání soc. zařízení. Uživatelé sice spí, ale o pravidelný "přísun čerstvého vzduchu" je postaráno. Díky tomuto zásahu se průměrná intenzita výměny pohybuje kolem 0,15 h^-1. Následně došlo k ověření tohoto modelu řízení měřením reálně obydleného domu.

Měření relativní vlhkosti reálného domu

Od ledna 2005 probíhá na EPD Rychnov měření vnitřní relativní vlhkosti. Kromě toho jsou měřeny i další parametry, jejichž počet je postupně rozšiřován - interiérová teplota, koncentrace CO₂, venkovní teplota a relativní vlhkost (viz. graf. č.4), provozní stavy VZT jednotky, parametry cirkulačního zemního výměníku tepla... Díky primární cirkulační větvi VZT rozvodu byla i při extrémních mrazech (v noci klesala teplota nárazově i na - 25°C) vnitřní relativní vlhkost bez jakýchkoliv vnitřních řídících čidlech (pouze na základě matematického modelu) udržována v rozumném rozsahu.

Na grafu č. 7 a jsou záznamy z období 31.1.2005 - 28.2.2005. V tomto období nebyla jednotka vybavena tzv. cyklickým větráním (automatické noční zapínání větrání v pravidelných intervalech). Ze záznamu je jasně vidět, že relativní vlhkost interiéru v tomto období je v rozsahu 40 - 50%.

Pro porovnání znázorňuje graf č. 8 letní období od 27.7. 2 21.9 2005, kdy topení bylo vypnuté a větrání (vč. využívání cirkulačního okruhu) bylo zajišťováno kombinovaně (nuceně, otevřenými okny popř. chlazení pomocí zemního výměníku tepla). V době od cca 21 - 28.8 byl objekt uzavřen, bez pobytu osob, vzduchotechnický systém byl vypnut.

Graf č.7 - záznam měření relativní vlhkosti interiéru EPD Rychnov v topném období od 31.1 2005 - 28.2.2005
(zdroj dat: spol ATREA s.r.o.)

Graf č.8 - záznam měření relativní vlhkosti interiéru EPD Rychnov v letním období 27.7. - 21.9. 2005
(zdroj dat: spol ATREA s.r.o.)

Graf č. 9 pak znázorňuje průběh relativní vlhkosti a teploty v období od 12.12. - 22.12. 2005, tedy už tuto topnou sezonu. Na rozdíl od loňského topného období (2004/2005) již regulace jednotky umožňuje automatické cyklické větrání. Velký vliv to mělo hlavně na hodnoty CO₂ v interiéru (bude popsáno v dalších příspěvcích ). I toto měření ukazuje, že relativní vlhkost se drží v přijatelných mantinelech 38 - 55 %. (pozn. Při měření v objektu z období první republiky v Jablonci nad Nisou, který stavebně odpovídá době vzniku a není vybaven žádným vzduchotechnickým systémem, byla relativní vlhkost běžně na úrovni 28 - 32 %).

Graf č.9 - záznam měření relativní vlhkosti interiéru EPD Rychnov v topném období 12.12. - 22.12. 2005
(zdroj dat: spol ATREA s.r.o.)

Pozn: teplota v interiéru je ve skutečnosti o 0,9 °C nižší ( porovnáváno pomocí kalibrovaného teploměru). Pro informaci již tento graf ukazuje i měření hodnot CO₂ - (fialová křivka). Prudký výkyv byl způsoben krátkodobým výpadkem napájení a nutností opětovného zahřátí čidla měření.

V posledním grafu (č.10) je pak znázorněn záznam měření v době, kdy byl objekt bez osob (od 25 - 29.12) Nastavení systému při tomto pokusu:

Prostorový termostat byl nastaven na konstantních 21°C
Cyklické větrání zajistilo za den průměrnou výměnu n= 0,08 h^-1 (vzduchotěsnost objektu dle měření 0,8)
Po dvou dnech (večer 27.12) bylo cyklické větrání vypnuto a VZT systém pouze temperoval prostor. (V grafu č. 4 je možné zjistit i venkovní relativní vlhkost a teplotu za toto popisované období). Graf č. 8 ukazuje drobnou zajímavost, a to růst a následný pokles relativní vlhkosti kolem 14 hodin každého dne. V této chvíli předpokládáme určitý vliv květin, ale nijak dopodrobna jsme tuto záležitost zatím nezkoumali. (věřím, že to bude dobrý námět do diskuze).

Graf č.10 - záznam měření relativní vlhkosti interiéru EPD Rychnov v topném období 24.12. - 31.12. 2005
(zdroj dat: spol ATREA s.r.o.)

Pozn: v době od 25.12 cca 8.00 do 29.12. cca 19.00 byl objekt prázdný

Závěr

Prováděná měření, které jsou znázorněna v předchozích grafech, utvrzují přesvědčení, že správně vyprojektovaný, zrealizovaný, nastavený a používaný systém cirkulačního teplovzdušného vytápění a větrání pomocí dvouzónových vzduchotechnických jednotek splňuje všechny požadavky na vytvoření odpovídajícího mikroklima interiéru. Nutností je ale také stavebně dobře provedená obálka objektu.