Energeticky úsporný rodinný dům v praxi (IV)
Řešení TZB
Závěrečný díl seriálu je věnován popisu skutečně realizovaného řešení TZB v energeticky úsporném domě. Článek zmiňuje především systém vytápění tepelným čerpadlem, nucené větrání s rekuperací tepla a způsob ohřevu TUV.
Řešení systémů TZB je věnován až dnešní poslední díl seriálu, ale o zásadních věcech je třeba rozhodovat a počítat s nimi již ve fázi studie a následně ve stavebním projektu. Této problematice se ve článku nebudu příliš věnovat, protože její řešení je velice individuální pro každý objekt a pro každý zvolený systém. Osobně jsem byl již od začátku rozhodnut o dvou věcech - instalovat nucené větrání a jako zdroj tepla použít tepelné čerpadlo. Nejprve shrnu všechny důležité údaje o použitých systémech a technologiích v mém domě. Podrobnějšímu popisu a důvodům volby systémů budu potom věnovat následující odstavce.
Dům je vytápěn tepelným čerpadlem vzduch/voda, které má jako bivalentní zdroj vestavěný elektrokotel. V přízemí domu je instalováno podlahové vytápění, v patře jsou osazena desková otopná tělesa. Ohřev TUV je řešen tepelným čerpadlem a nepřímo ohřívaným zásobníkem. V domě je instalováno nucené větrání pomocí centrální jednotky s rekuperací tepla. Nasávání čerstvého větracího vzduchu je provedeno přes zemní kolektor. Vytápění, větrání i ohřev TUV zajišťuje jeden kombinovaný přístroj, který obsahuje tepelné čerpadlo, větrací jednotku s rekuperací tepla a zásobník TUV - vše v jedné krabici. Do budoucna ještě uvažujeme o pořízení krbových kamen jako záložního a současně velmi příjemného zdroje tepla. V obývacím pokoji je proto připraven komín.
Jak jsem již uvedl, jako zdroj tepla je použito tepelné čerpadlo. Za volbu takto neekologického a neúsporného zdroje si nejspíš vysloužím všeobecnou kritiku a ještě navíc je to nejméně efektivní systém vzduch/voda. Jenom na vysvětlenou pro méně znalé čtenáře - tepelné čerpadlo nelze považovat za příliš ekologický zdroj, protože spotřebovává přibližně 30-40% topného výkonu ve formě elektrické energie, která byla většinou vyrobena nepříliš ekologicky a navíc s nízkou účinností. Při započtení účinnosti výroby elektrické energie tedy tepelné čerpadlo spotřebovává relativně velké množství primární energie.
Mé rozhodování o zdroji tepla bylo vedeno jednoduchou vylučovací metodou. Zemní plyn k pozemku nebyl zaveden a jeho přivedení by představovalo investici srovnatelnou s cenou tepelného čerpadla, navíc se jedná o vyčerpatelný zdroj energie. Nechtěl jsem, aby tepelná pohoda v domě byla závislá na nutnosti přikládání do kotle, takže to prakticky vyloučilo veškerá pevná paliva (dřevo, štěpka, peletky, uhlí) jako hlavní zdroj. Zbyla tedy elektrická energie, přičemž použití tepelného čerpadla je nejúspornější variantou jejího využití. Současně se domnívám, že problém ekologické výroby elektrické energie bude lidstvo nuceno v dohledné době vyřešit, protože bez elektřiny se dnes jednoduše nikdo z nás neobejde.
Dále jsem se rozhodoval, zda použít teplovodní systém vytápění, nebo investičně méně náročnou variantu, kterou je teplovzdušné vytápění. Finanční úspora při použití teplovzdušného vytápění je velmi značná, protože rozvody vzduchu pro nucené větrání je třeba realizovat v každém případě a lze tedy ušetřit téměř celou částku za podlahové vytápění i otopná tělesa. K realizaci klasického teplovodního vytápění mne nakonec vedla v podstatě pouze lepší tepelná pohoda při použití podlahového vytápění. Jinak je ale v energeticky úsporném domě teplovzdušné vytápění určitě zajímavou alternativou, o které se vyplatí uvažovat.
Tepelné čerpadlo, které využívá jako zdroj primární energie vzduch a ne teplo ze zemského masivu (vrty), jsem volil z několika hlavních důvodů:
Tepelné čerpadlo má nejvyšší účinnost při co nejnižší teplotě topné vody. Proto je nejvýhodnější, aby topné plochy byly velkoplošné a nízkoteplotní (např. podlahové vytápění). V podkroví jsem však nechtěl instalovat podlahové vytápění. Důvodů bylo hned několik - v pokojích jsou použity koberce nebo dřevěné parkety (tedy nejméně vhodné povrchy pro podlahové vytápění), šikmé části stěn a strop jsou zhotoveny ze sádrokartonu a tepelné izolace (lehké materiály bez akumulačních schopností), celé podkroví je oproti přízemí mnohem méně zatepleno a bude výrazněji reagovat na venkovní teplotní změny. Podlahové vytápění je současně podstatně dražší než vytápění otopnými tělesy. Takže opět kompromis - v celém přízemí je podlahové vytápění a v patře jsou otopná tělesa. Povrchy podlah tvoří v přízemí keramická dlažba s výjimkou pracovny, kde jsou dřevěné parkety (tloušťka pouze 15 mm). V patře jsou ve všech místnostech vždy pod střešním oknem osazena ocelová desková otopná tělesa. Koupelna v podkroví má podlahové vytápění. Zde ale nastal menší problém s výškou podlah. Protože jsme chtěli mít podlahy v podkroví v jedné rovině, bez schodu do koupelny, bylo nutné celou podlahu podkroví zvýšit. V koupelně je proto použito podlahové vytápění Rehau Mini, které má celkovou výšku včetně dlažby pouze 90 mm. Obě koupelny jsou navíc osazeny koupelnovými trubkovými tělesy.
V obývacím pokoji v přízemí jsou kromě podlahového vytápění osazeny navíc dva podlahové konvektory (každý o délce 1850 mm). Jsou umístěny pod prosklenou jižní stěnou - jeden v prostoru jídelny a druhý v obývacím pokoji v místě sedací soupravy. K jejich osazení mne částečně vedla obava z chladného proudění vyvolaného prosklenou plochou vysokých oken a současně možnost rychlejšího vyhřátí obývacího pokoje (podlahové vytápění začíná hřát až za cca 3-5 hodin). Obava z chladného proudění od oken se ukázala jako neopodstatněná, protože podlahové vytápění jej dostatečně minimalizuje. Konvektory jsem ale současně využil pro přívod čerstvého větracího vzduchu. Přívod vzduchu přes teplovodní podlahové konvektory považuji za velmi dobré řešení, protože prouděním vzduchu se jednak zvyšuje výkon konvektorů a současně se ohřívá přiváděný vzduch.
Topný systém je rozdělen na dva topné okruhy - okruh s tělesy byl projektován na teplotní spád 40/35°C a okruh podlahového vytápění na 32/24°C. Okruh podlahového vytápění je připojen přes trojcestný směšovací ventil se servopohonem.
Použité komponenty:
Jako poznámku uvádím, že se mi velmi osvědčilo použít rozdělovač s průtokoměry, které umožní naprosto bezproblémové vyregulování smyček podlahového vytápění.
Rozvody k otopným tělesům, uložené v podlaze, jsou izolovány pouze 5 mm silnou tepelnou izolací pro zajištění dilatace.
Tepelné čerpadlo včetně regulace bude popsáno v samostatném odstavci.
Instalace nuceného větrání s rekuperací tepla je v podstatě nutnou podmínkou pro energeticky úsporný dům. A zejména v dnešních novostavbách s těsnými okny, na jaře započatých a na podzim obydlených, by mělo být naprostou samozřejmostí. Bohužel je stále u nás jeho instalace v rodinných domech spíše ojedinělá. Přitom se nejedná o nic složitého a z hlediska celkových nákladů na dům ani nijak výrazně finančně náročného. Při nedostatku peněz by měl každý uvažovat alespoň o instalaci vzduchovodů bez větrací jednotky, kterou lze následně doplnit. Osobně mohu potvrdit, že kvalita vnitřního prostředí domu s nuceným větráním je výrazně vyšší než bez něj. V našem domě neznám absolutně žádné problémy s vlhkostí, žádné pachy z nových věcí (koberců, nátěrů, apod.) nebo z právě připravovaných jídel, vlhkost sražená na oknech v koupelně při sprchování se odpaří během chvíle bez nutnosti větrání okny.
Systém větrání je řešen jako rovnotlaký. Přívod čerstvého vzduchu je rozveden do obytných místností (obývací pokoj v přízemí a ložnice v patře) a odsávání je provedeno z kuchyně, obou koupelen a obou WC. Přepouštění vzduchu mezi místnostmi zajišťují větrací průduchy ve zdech nad dveřmi.
Větrání bylo navrženo na jmenovitý průtok vzduchu 180 m3/hod (výměna vzduchu 0,4 hod-1). V praxi se ukázalo, že pro příjemné prostředí v domě zcela postačuje průtok 120 m3/hod. Větrací jednotka umožňuje plynulou regulaci průtoku, takže není problém nastavit požadovanou hodnotu. Rozvod vzduchu začíná u větrací jednotky potrubím o průměru 160 mm a je postupně redukován až na průměr 110 mm u koncových elementů. Rychlost proudění v potrubí je u větrací jednotky 2,7 m/s, ale dále za první odbočkou už nikde nepřekračuje 2 m/s.
Rozvod větracího vzduchu je proveden z kruhových plastových trubek (běžné kanalizační trubky KG a HT). V přízemí jsou trubky uloženy v podlaze nad tepelnou izolací. V patře je potrubí vedeno nad kleštinami krovu v úrovni horní vrstvy tepelné izolace z minerální vlny. V místě přerušení izolace vzduchotechnickým potrubím je na potrubí uložena přídavná vrstva izolace z minerální vlny o tloušťce 160 mm. Přívod vzduchu v přízemí je vyveden z podlahy přes podlahové konvektory, v patře jsou přívody vzduchu vedeny ze stropu přes talířové vyústky. Mezi obytnými místnostmi v patře jsou na vzduchovodech osazeny tlumiče hluku zhotovené z ohebného potrubí SONODEC.
 |
 |
| přepouštěcí mřížka nad dveřmi | výústka čerstvého vzduchu ve stropě |
Sání čerstvého větracího vzduchu do rekuperační jednotky je vedeno přes malý zemní kolektor, který v zimě mírně "předehřívá" venkovní chladný vzduch a v létě bude snad ochlazovat přehřátý vzduch. Osobně kolektoru nepřikládám velký význam a realizoval jsem jej spíše proto, že se mi nabízelo jeho velice levné zhotovení. Pro jeho uložení jsem využil výkop pro přívod elektřiny do domu, který byl hodně dlouhý a současně končil ve stejném místě, kde je v domě větrací jednotka. Výkop bylo nutné kopat ručně, takže byl dostatečně široký a stačilo jej udělat hlubší než by jinak bylo třeba pouze pro kabely. Zemní kolektor je zhotoven ze dvou paralelních plastových trubek o průměru 125 mm uložených v hloubce přibližně 1 m. Délka potrubní trasy v zemi je 2x14 m. Obě trubky jsou na koncích v zemi spojeny a sání i přívod k větrací jednotce má průměr 160 mm.
Bohužel jsem se ještě nedostal k měření účinnosti kolektoru a nemám tedy žádné poznatky o jeho skutečných vlastnostech.
Ohřev TUV je řešen nepřímotopně pomocí tepelného čerpadla. Zásobník o objemu 200 l je součástí jednotky tepelného čerpadla, takže na ohřevu nebylo třeba nic řešit. Stačilo pouze připojit studenou a teplou vodu.
Rozvody teplé i studené vody jsou vedeny převážně v podlaze (opět nad izolačními deskami). Rozvody teplé vody jsou všude opatřeny izolací o tloušťce 20 mm, rozvody studené vody jsou izolovány 10 mm izolací.
Tepelné čerpadlo umožňuje připojení slunečních kolektorů pro ohřev TUV. Pro jejich osazení jsem připravil potrubí vedené od jednotky do prostoru pod střechou a s jejich instalací počítám v příštím roce. Poté se bude teplá voda celé léto ohřívat zadarmo.
Závěrem bych chtěl stručně přiblížit použité kombinované tepelné čerpadlo s větrací jednotkou, protože toto zařízení považuji za nepříliš známé, ale přitom poměrně zajímavé řešení pro rodinné domy. Jedná se o přístroj od firmy STIEBEL ELTRON s názvem LWZ 303 SOL.
Jednotka obsahuje:
Výhodou tohoto kompaktního zařízení je samozřejmě úspora místa v domě (celkové rozměry 1870x1320x770 mm). Ale hlavní energetickou předností je celkově optimalizované hospodaření s teplem ze vzduchu.
Odváděný větrací vzduch z místností proudí nejprve přes křížový výměník, kde předá teplo přiváděnému větracímu vzduchu. Poté je ochlazený větrací vzduch ještě smíchán s nasávaným venkovním vzduchem pro tepelné čerpadlo a využit pro "ohřev" výparníku. Obdobně je přiváděný venkovní větrací vzduch nejprve předehříván malým lamelovým výměníkem ze zbytkového tepla chladivového okruhu za kondenzátorem a poté teprve zaveden do křížového rekuperačního výměníku.
Deskový výměník určený pro připojení slunečních kolektorů je zapojen seriově s kondenzátorem tepelného čerpadla a umožňuje tedy jak ohřev vody v zásobníku tak i přitápění do topného okruhu.
Vestavěná regulace řídí všechny části jednotky (vytápění, větrání i ohřev vody) a umožňuje je samostatně programovat. Ekvitermní regulace vytápění umí pracovat se dvěma topnými okruhy a ovládat jeden směšovací ventil. Zde si dovolím jedinou připomínku, ta se týká značně složitého a nepřehledného ovládání celé regulace.
ZávěrV seriálu jsem se pokusil shrnout základní poznatky ze stavby svého domu, který pokládám za energeticky relativně úsporný při porovnání s většinou v současnosti stavěných rodinných domů. Jedním z hlavních cílů seriálu bylo ukázat, že energeticky úsporný dům lze postavit s použitím běžně dostupných materiálů a bez výrazného navýšení celkové ceny stavby oproti běžnému standardu. Věřím, že alespoň některé informace uvedené v seriálu budou pro někoho přínosem nebo inspirací pro další zdokonalování.