Zvyšování účinnosti stropního chlazení nuceným větráním

Přečtěte si také Limity PMV indexu při hodnocení tepelného komfortu Přečíst článek

Tématem 35. ročníku konference byla „Dekarbonizácia a energetická náročnosť budov“. Kromě kvality vnitřního prostředí bylo tématem také zefektivnění použití různých systémů vytápění a větrání. Na konferenci zazněly inovativní způsoby, jak efektivněji využít již známé zdroje tepla nebo jak je kombinovat s nuceným větráním. Důraz byl kladen na využití odpadního tepla, nechyběly ani výsledky různých experimentálních měření.

Kombinace nuceného větrání a stropního chlazení

Se zvyšujícími se požadavky na chlazení budov v letním období stoupá i popularita stropního chlazení. Narozdíl od chlazení vzduchem totiž nevytváří nepříjemný průvan. S výhodou ho lze využít v kombinaci s nízkoteplotním zdrojem jako je tepelné čerpadlo. Plocha chladícího prvku je ale omezena velikostí místnosti a výkon je omezen minimální povrchovou teplotou pro vyloučení kondenzace na povrchu stropu.

Výkon chlazení je možné zvýšit pomocí řízeného větrání, což experimentálně potvrdili Bc. Dalibor Matoušek a Bc. Jakub Rezek z Fakulty stavební ČVUT v Praze. Pomocí nuceného obtékání stropu vzduchem je možné zvýšit konvekční složku přenosu tepla, která je ovlivněna především rychlostí proudění a tloušťkou proudícího vzduchu. Pro průměrnou rychlost proudění 0,2 m/s z experimentu vychází celkové navýšení výkonu konvekcí rovno 31 %.

Sálavé vytápění s tepelným čerpadlem

Obr. 1: Průběh teplot po výšce místnosti pro různé sálavé systémy, autor: Ing. Martin Šimko, PhD. et al., Stavebná fakulta STU v Bratislavě

Kromě dnes již velmi populárního podlahového vytápění se z hlediska nízkoteplotních systémů nabízí vytápění stěnové nebo stropní. Tyto způsoby vytápění umožňují využití obnovitelných zdrojů tepla jako je tepelné čerpadlo nebo solární kolektory. Studie ukázaly, že stěnové vytápění může mít stejnou nebo lepší energetickou účinnost než podlahové nebo klasická otopná tělesa.

Ing. Martin Šimko, PhD. a jeho tým ze Stavební fakulty STU se věnoval porovnání různých způsobů velkoplošných sálavých systémů. Do tří různých místností byl nainstalován jeden typ velkoplošného vytápění, podlahové, stropní nebo stěnové. Nejrovnoměrnější rozložení teploty po výšce místnosti bylo dosaženo v místnosti s podlahovým vytápěním, stropní vytápění mělo průběh podobný. Oproti tomu největší výkyvy se objevovaly v místnosti s vytápěním stěnovým.

Vytápění okrajové zóny obytných místností

S rozšířením práce z domova se mění i využití obytných místností, pracovní stoly se nyní častěji umisťují v blízkosti oken do okrajových zón obytných místnosti. Lidé v těchto místech pak tráví podstatnou část dne. Podle paní docentky Márie Budiakové z STU v Bratislavě je nutné posuzovat tepelný komfort nejen uprostřed místnosti ale i v blízkosti obvodových stěn. Nevhodně navržená otopná tělesa mohou právě v těchto zónách výrazně snižovat tepelnou pohodu.

Měl by být kladen větší důraz na návrh výkonu otopných těles, jejich velikosti a na správné umístění. Z jejího výzkumu vyplývá, že je výhodnější instalovat například jednořadé deskové otopné těleso s většími rozměry než dvouřadé s menší plochou, i přesto, že mají stejný výkon. Tato konfigurace lépe přispívá k omezení vlivu ochlazovaných ploch neboli oken. Důležité také je, aby regulace vytápění reagovala na teplotu nejnepříznivější, a tedy i nejchladnější místnosti.

Aktivní tepelná ochrana obvodových stěn

Aktivní tepelná ochrana (ATO) může výrazně snížit tloušťku tepelné izolace obvodové stěny. Do skladby je integrovaný energeticky aktivní prvek, například teplovodní potrubí, které může fungovat jako tepelná bariéra, akumulovat solární energii, případně sloužit jako plošné vytápění nebo chlazení. Ideální je kombinace s nízkopotenciálním obnovitelným zdrojem energie.

Tým Ing. Veroniky Mučkové ze Stavební fakulty STU Bratislava vyhotovil parametrickou studii pro aplikaci panelů s ATO na nezateplenou budovu. V panelech se nachází dva různé okruhy ATO, vnitřní, pod vnější tepelnou izolaci, tedy blíže k nosné konstrukci, a vnější na vnější straně zateplení. Jako zdroj tepla bylo použito tepelné čerpadlo a fotovoltaické panely. V zimních měsících vnitřní okruh slouží jako tepelná ochrana, akumulace tepla a vytápění, vnější okruh je vypnutý. V letním období jsou zapnuty oba okruhy. Vnitřní slouží jako chlazení a vnější jako pasivní chlazení a solární předehřev teplé vody. Z parametrické studie vychází, že pro výpočtové vnější a vnitřní teploty vzduchu nahradí teplonosná látka ve vnitřním okruhu potrubí o teplotě 18 °C až 190 mm tepelné izolace. Podle studie lze při této konfiguraci ušetřit až 360 mm tepelné izolace.

Větrání prostor při fermentaci vína

Při alkoholové fermentaci vína se uvolňuje velké množství oxidu uhličitého. V malém prostoru vinného sklepu se koncentrace rychle zvyšuje, a může dosáhnout hodnoty nebezpečné pro zdraví člověka. Proto je nutné zajistit spolehlivý odvod oxidu uhličitého.

Ing. Iva Nováková a prof. Ing. Ondřej Šikula, Ph.D. z Fakulty stavební VUT Brno provedli simulaci provozu podzemního vinného sklípku pro tři varianty větrání. Infiltrace jen pomocí netěsností okolo dveří a odvodního komínu, se ukázala jako naprosto nedostatečná v bezvětří. Druhá varianta se šachtovým větráním a větrací turbínou vytváří v kombinaci s větrem sání. V případě bezvětří je sání podporováno termodynamickým vztlakem. Nejúčinnějším a nejbezpečnějším řešením je ale nucené větrání, které dokáže udržovat koncentraci oxidu uhličitého na požadované hladině konstantní výměnou vzduchu.

Vzduchové clony

Vzduchové clony mohou kromě oddělování dvou prostorů o rozdílných teplotách sloužit také k udržení čistoty prostředí. Ing. Renáta Lehotská, Ph.D. z Lékařské fakulty SZU v Bratislavě experimentálně zjišťovala, zda je vhodné použít vzduchovou clonu pro zamezení přenosu spor hub mezi dvěma prostory. Byly odebrány vzorky vzduchu před a za vzduchovou clonou, které poté byly kultivovány na Petriho miskách. Výsledkem experimentu bylo řádové snížení obsahu spor za clonou (z tisíců na stovky). Lze předpokládat, že pokud by bylo dosaženo dokonalého laminárního proudění instalací spodního odsávání pod clonou, které nebylo při experimentu k dispozici, mohla by být účinnost vyšší.

Pokles hladiny zápachové uzávěrky

Zápachová uzávěrka slouží pro oddělení vnitřního prostoru od vnitřku kanalizačního systému. Při návrhu kanalizačních systémů je nutné zohlednit pokles hladiny vody, který je stanoven na 0,5 mm za den. Tato hodnota byla zavedena v 80. letech minulého století, kdy byla průměrná teplota ve vnitřním prostředí nižší, než je v současnosti, a byly využívány jiné zařizovací předměty. Cílem experimentálního měření Ing. Martina Sokola a doc. Ing. Jany Peráčkové, Ph.D. ze Stavebné fakulty STU v Bratislavě bylo ověření, zda je tato hodnota stále aktuální.

Měření bylo provedeno pro čtyři druhy připojení zápachové uzávěrky po dobu dvou týdnů pro výškovou budovu a rodinný dům. Pro průměrnou teplotu v interiéru přibližně 25 °C a průměrnou relativní vlhkost 32–37 % byla pro výškovou budovu vypočítána míra výparu vody na 0,4 mm/den. Výsledek se příliš neliší od stanovených hodnot, 0,5 mm/den je vhodné použít jako bezpečnou hodnotu. Pro rodinný dům byla výsledná zjištěná hodnota rovna 0,6–0,7 mm/den.

Sprchové výměníky tepla

Se snižováním tepelné ztráty budov se snižuje i potřeba energie na vytápění, teplo na přípravu teplé vody ale zůstává stejné. Teplá odpadní voda pak odtéká do stoky a teplo je dále nevyužito. Použitím výměníku pro zpětné získávání tepla z vody je možné ušetřit energii a tím i náklady na provoz. Ing. Lucie Hrnčárová ze Stavebné fakulty STU Bratislava se zabývala sprchovými výměníky tepla a jejich potenciálem pro snížení energetické náročnosti budovy. Výměník, který může být horizontální nebo vertikální, předehřívá studenou nebo teplou vodu, případně obě.

Podle výpočtu Ing. Hrnčárové může aplikace sprchového výměníku v rodinném domě pomoci například v situaci, kdy v průkazu energetické náročnosti budovy vychází klasifikační třída na hranici dvou hodnot. Účinnost výměníku se běžně pohybuje mezi 50–60 % a je jím možné ušetřit podstatné množství energie. Zároveň jsou finanční náklady na instalaci poměrně nízké a lze ho instalovat i v rámci rekonstrukce domu.

V případě zájmu o bližší informace z konference je možné se obrátit na sekretariát Slovenské společnosti pro techniku prostředí.