Rozhodování investora při výběru topného systému

Výběr paliva či energie pro vytápění

O energiích obecně

Slunce je trvalým zdrojem veškeré energie pro naší planetu. Ze Slunce můžeme využívat energii dodávanou v současnosti i energii dodanou v minulosti. Nyní přichází ze Slunce sluneční záření, které následně vytváří energii vodních toků, energií větru a teplo vzduchu, země a vod. Také ukládá energii do rostlin a do dřevin. Současné energie jsou s ohledem na původ obnovitelnými energiemi. Energie dodaná Sluncem v minulosti vytvořila fosilní paliva, která jsou dnes neobnovitelná. Uvedené energie považujeme za prvotní.

Pro vytápění můžeme využívat většinu uvedených prvotních energií. Patří k nim i přímé využívání slunečního záření pomocí tepelných a fotovoltaických kolektorů (sběračů). Můžeme také využívat i druhotné zdroje energie. Těmito zdroji je odpadní teplo z technologických procesů a bioplyn ze skládek tuhých komunálních odpadů a ze zemědělství. Pro vytápění se používají nejčastěji fosilní paliva. Za fosilní paliva považujeme všechny pevné (uhlí), kapalné (ropa) nebo plynné (zemní plyn) látky, které vznikly v prehistorické době z biomasy a které při slučování s kyslíkem uvolňují tepelnou energii. Fosilní paliva z přírody jsou základem pro výrobu paliv umělých, tzn. koksu, topného oleje nebo zkapalněných plynů. Zvláštní formou umělé energie je energie elektrická, která se produkuje v tepelných, vodních, větrných a jaderných elektrárnách a také ve fotovoltaických kolektorech i v malých kogeneračních zařízeních a v palivových článcích. Elektrická energie se také používá k vytápění. Zajímavým palivem jsou peletky, což jsou granule lisované ze drceného dřeva. Umožňují čistý a plně automatický provoz kotle.

Vlastní výběr paliva nebo energie

Vlastní výběr musí vycházet jednak z dostupnosti paliva nebo energie v dané lokalitě, jednak z přijatelné ceny paliva a energie. Přehled o aktuálních cenách paliv a energií je umístěn ve složce "Ceny paliv a energií" na webových stránkách www.tzb-info.cz.

Možnost napojení na tepelnou síť

Pokud je objekt, který má být vytápěn, v dosahu okrskové nebo městské tepelné sítě, měl by být na síť napojen, protože veřejná síť byla budována s cílem zajistit teplo pro každého. Zdrojem tepla dané tepelné soustavy bývá nejčastěji teplárna, vyrábějící současně teplo a elektřinu s vysokou účinností. Připojením objektu se jeho okolí nezatíží nežádoucími emisemi ze spalin a lépe se využije přenosová schopnost sítě. Teplo se vyrábí převážně spalováním uhlí takže je to české teplo, které nebude tolik podléhat výkyvům cen za dovozový zemní plyn.

Výběr zdroje tepla

Kondenzační kotle

Kondenzační kotle jsou moderními zdroji tepla, které podstatně zvyšují využití energie obsažené ?v zemním plynu. Vykazují vysokou tepelnou účinnost až 108 %, přičemž nízkoteplotní kotle mají účinnost maximálně 92 %. Jak pracují? Při ochlazování spalin zemního plynu získaných pod teplotu 58 °C začne ve spalinách kondenzovat vodní pára. Na teplosměnných plochách kotle se uvolňuje navíc skryté teplo, obsažené v plynu ve formě tepla skupenského kondenzačního. Takto využité teplo se převádí oběhovou vodou do tepelné soustavy, čímž se zvyšuje využití energetického obsahu zemního plynu. Následně se sníží spotřeba plynu. Teplo, které lze získat z úplné kondenzace, tj. při ochlazení spalin na referenční teplotu 25 °C, má hodnotu 11 % z tepla spalného. Spalné teplo zemního plynu je 11 kWh/m³.

Při nižších tepelných výkonech kotle oproti výkonu jmenovitému, je množství spalin nízké a teplota oběhové vody vstupující do kotle je také nízká. Následně je teplota výstupních spalin nízká, což zvyšuje účinnost kotle. Účinnost kotle roste také v případě použití nízkoteplotních vytápěcích soustav s teplotami kolem 40 °C, což jsou soustavy podlahové a stěnové. Na úspěšné či naopak neúspěšné funkci kondenzačního kotle se podílí zejména projektant tepelné soustavy. Ten musí zajistit, aby vychlazení zpětné vody, která vstupuje do kotle, bylo co největší. Nízká teplota zpátečky totiž zajistí větší vychlazení spalin a tím i vyšší účinnost kotle.

Tepelná čerpadla pro vytápění

V přírodě kolem nás je obsaženo nízkoteplotní teplo, které může je obnovitelným a tedy i ekologickým zdrojem tepla. Teplo je obsažené v okolním vzduchu, v zemi a ve vodě podzemní a povrchové. Teplo může být tepelným čerpadlem (TČ) převedeno na teplo s vyšší teplotou a tak může být využito jak pro vytápění, tak pro přípravu teplé vody.

Tepelné čerpadlo pracuje na obdobném principu jako okruh chladicího zařízení. V uzavřeném okruhu je zajišťován oběh pracovní látky, neboli chladiva, kompresorem poháněným elektromotorem. Ve výparníku odnímá chladivo za nízkého tlaku a teploty teplo ochlazované látce, zdroji nízkopotenciálního tepla. Dochází k vypařování kapalného chladiva, které se mění v páru. Páry z výparníku jsou odsávány a stlačeny kompresorem na kondenzační tlak. Putují do kondenzátoru, kde předávají kondenzační teplo ohřívané látce a mění své skupenství na kapalné. Kapalné chladivo je po snížení tlaku ve škrtícím ventilu přiváděno zpět do výparníku. Tím je oběh uzavřen.

Teplo přenášené z výparníku do kondenzátoru se zvětšuje o teplo, které vzniklo v kompresoru přeměnou z hnací elektrická energie. Takže topný výkon TČ je součtem obou vložených energií a je vždy větší než energie hnací. Podíl tepla odebrané z prvního prostředí, které je k dispozici zdarma, je asi 60 až 70 % z celkovém tepla převáděného do druhého prostředí. Na topném výkonu se podílí i elektrická energie, která se musí zaplatit, asi 30 až 40 %. Takže z 1 kWh elektrické energie se může TČ získat asi 2,5 až 3,5 kWh tepla. Když TČ na sekundární straně vytápí, na primární straně chladí. Maximální teplota teplonosné látky vytápěcí soustavy bývá omezena na 55 °C. Teplota teplonosné látky musí být co nejnižší, což vyžaduje použití nízkoteplotních vytápěcích soustav, např. podlahových nebo stěnových, které pracují s teplotami vody i 40 °C. Naopak soustava s otopnými tělesy pracuje s teplotami vyššími než 60 °C. V nejchladnějších dnech, kdy je zapotřebí nejvyšší výkon TČ, je nízká teplota okolního vzduchu a proto je i nízký tepelný výkon. TČ by pracovalo neefektivně, proto se instaluje pomocný elektrokotel.

Solární zařízení pro vytápění

Sluneční záření na cestě k Zemi není ničím pohlcováno. Pouze výkon se s rostoucí vzdáleností rozptýlí na větší plochu. Na plochu kolmou ke slunečním paprskům dopadá na povrch zemské atmosféry záření o intenzitě 1367 W/m². V atmosféře Země dochází k pohlcování slunečního záření plyny, vodní párou, prachem a kapkami vody v mracích. Při zcela jasné obloze se pouze část slunečního záření dostane až k zemskému povrchu. Jedná se o intenzitu maximálně ve výši 70 %, tj. 1000 W/m². V našich podmínkách je maximální energie dopadlá za rok na nejvhodněji orientovanou plochu 1250 kWh/m². Z této hodnoty lze v solárních zařízeních ročně využít 250 až 350 kWh/m² tepla.

Sluneční záření lze pro vytápění využívat buď aktivně nebo pasivně. V prvém případě se jedná o zařízení, ve kterém se v kolektorech převádí sluneční záření na teplo dodávané dále do spotřebičů. Ve druhém případě se provádějí na stavebních konstrukcích budovy takové úpravy, které jednak zvyšují jímání slunečního záření, jednak zvyšují akumulační vlastnosti pláště budovy. Aktivní soustavy s kapalinovými kolektory se nejčastěji využívají pro přípravu teplé vody (TV), pro ohřev bazénové vody a také pro přitápění objektu nízkoteplotní vytápěcí soustavou.

Volba vytápěcí soustavy

Nejčastěji se realizují teplovodní vytápěcí soustavy. Potrubní rozvody jsou svařovány z ocelových bezešvých trubek. Dnes jsou prováděny z přesných ocelových nebo měděných trubek spojovaných pomocí lisovacích tvarovek. Měděné trubky jsou spojovány tvarovkami kapilárním pájením cínovou nebo mosaznou pájkou. Rozvody mohou být prováděny plastovými trubkami spojovanými tvarovkami polyfuzním pájením nebo lepením. Oběh vody je nejčastěji zajišťován oběhovým čerpadlem vestavěným do potrubí. Oběh vody může být i přirozený, v případě převýšení otopných těles nad kotlem. Každý kotel musí mít pojistné zařízení, kterým je buď pojistný ventil nebo sloupec vody v pojistném potrubí. Dále musí mít soustava expanzní zařízení, které dnes převážně tvoří membránové expanzní nádoby. Potrubní rozvody musí být řádně tepelně izolovány.

Dnes jsou nejčastěji používána otopná tělesa ocelová desková, která mají jednu až tři desky. Mezi deskami může být rozšiřující plocha z vlnitého plechu. Také se používají konvektory, což jsou otopná tělesa s ožebrovanými trubkami, které jsou umístěny do skříně. Skříň zajišťuje přirozený tah vzduchu tělesem. Ve skříni může být i ventilátor pro zvýšení tepelného výkonu a pro rychlejší zátop. Některé konstrukce konvektorů umožňují konvektor umístit do drážky v podlaze.

V některých případech má mít oběhová vody nižší výpočtové teploty např. 45/35 °C. Důvodem může být použití tepelného čerpadla, kondenzačního kotle nebo solárního zařízení. Tyto zdroje tepla vykazují vyšší účinnosti při nižších teplotách oběhové vody. Potom musí být použity velkoplošné sálavé otopné plochy, a to podlahové nebo stěnové. Tyto plochy jsou vyhřívány vodou v plastových a někdy i v měděných trubkách. Velkoplošné sálavé otopné plochy jsou z hlediska pořízení pochopitelně dražší. K výhodám soustav patří zajišťování tepelné pohody při nižších teplotách vzduchu v místnosti, což znamená snížení tepelných ztrát.

Hydraulické seřízení vytápěcí soustavy

Hydraulickým seřízením se rozumí uvedení průtoků v důležitých potrubních úsecích vytápěcí soustavy do souladu s průtoky udanými v projektu. Tomu napomohou seřizovací místa se seřizovacími armaturami, provedená v uvedených úsecích. Průtoky se zajistí pomocí předepsaného pevného nastavení seřizovacích armatur. Získá se tím rovnoměrné rozdělení průtoků do důležitých potrubních úseků, kterými jsou odběrné místo, počátky větví a počátky stoupaček.

Seřizovací armatura slouží k vytvoření a k nastavení stálého hydraulického odporu. Je vybavena nastavovacím, ukazovacím a zajišťovacím mechanizmem a hrdly pro odběr tlakového rozdílu. Po změření tlakového rozdílu lze stanovit nepřímým způsobem průtok touto armaturou. Seřizovací armatura je doložena hydraulickou charakteristikou, což je závislost tlakové ztráty na průtoku pro určitá nastavení. Nastavením se rozumí uvedení seřizovacího prvku do předepsané polohy s následnou aretací. Hydraulickým seřízením se zajistí správné rozdělení průtoků do všech těles. Tím se přispěje k požadované tepelné pohodě a k úspoře tepla, protože se nebude vytápět podle nejhůře vytápěné místnosti.

Způsob regulace dodávky a odběru tepla

Automatická regulace tepelného výkonu vytápěcích soustavy se provádí jednak na kotlích jako centrální regulace, jednak na otopných tělesech jako lokální regulace. Centrální regulace může zajišťovat tzv. ekvitermickou regulaci, kdy je teplota výstupní vody z kotle regulována podle venkovní teploty. Na regulátoru se nastavuje v programu jak výše teploty, tak doby plného a tlumeného provozu.

Lokální regulace je prováděna převážně termostatickými radiátorovými ventily (TRV) osazenými na otopných tělesech. Pomocí TRV lze využívat vnitřní i vnější tepelné zisky působící v místnosti a o část těchto zisků snížit dodávku tepla na vytápění. TRV mohou uspořit 10 až 20 % tepla na vytápění. Určitou kombinací centrální a lokální regulace je automatické ovládání kotle, kdy je podle teploty vzduchu ve vybrané místnosti zapínán a vypínán kotel, samozřejmě s časovým programem. Ve vybrané místnosti nesmí být další snímač teploty, tzn. ani TRV.

Pravidelný servis kotlů

Kotle spalující paliva obsahují mimo jiné teplosměnnou plochu spalinyvody a hořák. Obě tyto části se musí pravidelně ošetřovat. Teplosměnná plocha se musí čistit, protože se zanáší sazemi i při spalování plynu. Zanesená plocha hůře vychlazuje spaliny, čímž klesá účinnost kotle a roste spotřeba paliva. Hořák se musí rovněž vyčistit. Také se musí seřídit tak, aby spalování směsi plynvzduch probíhalo podle parametrů výrobce kotle. Správným seřízením, zkontrolovaným analyzátorem spalin, se zajistí jednak nejvyšší účinnost kotle s dopadem na snížení spotřeby paliva, jednak přijatelné koncentrace emisí škodlivin ve spalinách.