Tepelná ztráta větráním a zpětné získávání tepla
Zvyšováním tepelného odporu obvodových konstrukcí budovy se snižuje tepelná ztráta prostupem a nabývá na významu tepelná ztráta větráním. Z tohoto důvodu se dnes do větracích systémů instalují prvky pro zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu. Pro obytné prostředí se používají deskové rekuperační výměníky. Jedná se o výměník vzduch - vzduch, ve kterém odpadní vzduch (teplý) přes teplosměnnou plochu výměníku předává teplo vzduchu nasávanému z venkovního prostředí (tedy studenému). Odpadní vzduch se tak ochladí a čerstvý vzduch naopak předehřeje. Podle konstrukčního provedení a rychlosti vzduchu proudícího přes výměník mohou mít účinnost od 50 do 85 %. Rekuperátor pro bytové větrání by měl být snadno čistitelný.
Obr. Deskový rekuperační výměník s křížovým prouděním ve větrací jednotce
Příklad: Místnost o ploše 20m2 s jednou obvodovou stěnou 12m2, součinitel prostupu tepla U=0,4 W/m2K, ve které je okno o ploše 2x3m, U=1,2W/m2K má tepelnou ztrátu prostupem 310W. Určete tepelnou ztrátu větráním a přínos zpětného získávání tepla z odpadního vzduchu.
Tepelná ztráta větráním se vypočte podle vztahu:
| Výměna vzduchu | Ztráta tepla prostupem | Ztráta tepla větráním | Ztráta tepla celkem | Podíl ztráty větráním / celkem |
|---|---|---|---|---|
| X / h | W | W | W | % |
| 0,5 | 310 | 320 | 630 | 51 |
| 1 | 310 | 640 | 950 | 67 |
| 2 | 310 | 1280 | 1590 | 81 |
| 4 | 310 | 2560 | 2870 | 89 |
| 8 | 310 | 5120 | 5430 | 94 |
Tab. 1 - Tepelná ztráta prostupem a větráním pro daný případ, varianty s různou výměnou vzduchu bez
zpětného získáváním tepla, teplota přiváděného vzduchu 20°C, venkovní teplota -12°C
Pro daný příklad při výměně vzduchu 0,5/h činí tepelná ztráta větráním:
| Výměna vzduchu | Ztráta tepla prostupem | Ztráta tepla větráním při ZZT s účinností 65 % | Ztráta tepla celkem | Podíl ztráty větráním / celkem |
|---|---|---|---|---|
| X / h | W | W | W | % |
| 0,5 | 310 | 112 | 422 | 27 |
| 1 | 310 | 224 | 534 | 42 |
| 2 | 310 | 448 | 758 | 59 |
| 4 | 310 | 896 | 1206 | 74 |
| 8 | 310 | 1792 | 2102 | 85 |
Tab. 2 - Tepelná ztráta prostupem a větráním pro daný případ, varianty s různou výměnou vzduchu se zpětným
získávánám tepla s účinností 65%, teplota přiváděného vzduchu 20°C, venkovní teplota -12°C
Tepelná ztráta větráním má tedy podobnou hodnotu jako tepelná ztráta prostupem. Z tohoto důvodu je potřebné nejen snižovat tepelnou ztrátu prostupem zlepšováním tepelného odporu obvodového pláště, ale také tepelnou ztrátu větráním. Při stejném průtoku čerstvého a odpadního vzduchu lze na základě účinnosti výměníku U vypočítat teplotu přiváděného vzduchu tp dle vztahu:
te...teplota venkovního
ti... teplota v místnosti (tedy teplota odpadního vzduchu)
Při venkovní teplotě -10 °C, vnitřní teplotě 20 °C a účinnosti výměníku 65 % bude teplota vzduchu za výměníkem mít hodnotu:
Dosazením do vztahu pro výpočet tepelné ztráty větráním zjistíme snížení tepelné ztráty na 106W.
Tím je celková tepelná ztráta místnosti snížena z 633W na 416W, tedy o 34 %.
Komfortní systém větrání, zejména centrální systémy, jsou vybaveny ohřívačem vzduchu, který zajistí dohřev ohřev čerstvého přiváděného vzduchu na teplotu v místnosti. Výkon tohoto ohřívače pro náš příklad, při požadované teplotě přiváděného vzduchu 21 °C bude:
Vzduchotechnické jednotky však bývají konstruovány na vyšší vzduchové výkony a současné větrání několika místností. Pokud by místností v našem příkladu bylo 10 a každá byla větrána stejným průtokem vzduchu, byl by celkový vzduchový výkon zařízení 10*30=300m3/h a potřebný výkon ohřívače 1,2kW.
Ekonomicky zajímavějším údajem je však spotřeba tepla na větrání za celý rok, resp. úspora tepla zařízením pro zpětné získávání tepla. Tu lze přibližně zjistit denostupňovou metodou. Účinnost ZZT lze uvažovat konstantní po celý rok (otopné období). K tomu se využije za předpokladu rovnotlakého větrání (množství přiváděného a odváděné vzduchu je stejné) vztah:
| d | počet provozních dní v týdnu |
| V | průtok vzduchu |
| ρ, c | fyzikální vlastnosti vzduchu (hustota a tepelná kapacita) |
| z | počet provozních hodin za den |
| U | účinnost ZZT |
| D | počet větracích denostupňů; pro provozní dobu: 8 až 16 hodin přibližně D = 3000 (8 h/den) 15 až 8 hodin přibližně D = 4000 (16 h/den) 0 až 24 hodin přibližně D = 3600 (24 h/den) |
Pro případ, že je větrání využíváno jinak ve všední dny a jinak v sobotu a v neděli, lze výpočet rozložit. V pracovní dny (pondělí až pátek) je uvažováno s provozem větrání 16 hodin odpoledne a v noci a v sobotu a v neděli celodenně.
Potřeba tepla s využitím zpětného získávání tepla je proporcionální účinnosti systému ZZT. Během zimního provozu však může dojít k namrzání a odtávání výměníku, které snižují jeho využití. Tento jev je započítán snížením účinnosti o 5 %.
Využitím zpětného zisku tepla z odpadního vzduchu v uvažovaném případě klesne potřeba tepla z 7,5 MWh/rok na 2,8 MWh/rok. Ušetří se tedy 4,7 MWh/rok. 1MWh tepelné energie má v roce 2005 cenu přibližně 1400 Kč (závisí na zdroji tepla apod. - blíže tabulky Porovnání nákladů na vytápění podle druhu paliva). Roční úsporu tepelné energie za jediný rok tak lze v tomto případě vyčíslit na 4,7.1400 = 6580 Kč. Při komplexním posouzení je nutno od těchto úspor odečíst náklady na elektrickou energii nutnou pro pohon ventilátoru, který musí překonávat tlakovou ztrátu výměníku ZZT. V systémech bytového větrání se však používají výměníky s nízkými průtoky vzduchu, optimalizované pro vysokou účinnost a malou tlakovou ztrátu, takže tato položka již není tak významná.
Jak vyplývá z výpočtu, úspora tepla závisí zejména na účinnosti výměníku a provozní době zařízení. Při zvýšení účinnosti systému ZZT na 75 % by roční úspora činila již 7600 Kč.
Článek je upraveným výňatkem z knihy Klimatizace a větrání, vydané nakladatelstvím ERA.