Hospodárné využití paliv a energií pro vytápění
V průmyslově vyspělých státech Evropy se 30 až 50 % celkové spotřeby energie využívá pro vytápění obytných a pracovních místností. Hlavním účelem vytápění budov je zajištění tepelné pohody, tj. udržení teploty lidského těla na úrovni 36 °C až 37 °C. Spotřebu energie na vytápění je možno snížit především energeticky úsporným řešením budov, individuálně voleným oblečením osob a také i změnou osobních návyků.
Pro úsporné řešení budov platí základní pravidlo:
Nejdříve vhodně vyřešit konstrukci budovy s ohledem na klimatické poměry v daném místě a potom budovu optimálně vytápět.
Energeticky úsporná řešení budov předpokládají:
- optimální skladbu materiálů obvodových stěn objektu,
- omezení zasklených fasádových ploch na hygienicky nutné minimum,
- zamezení nadměrné výměně vzduchu
- výběr způsobu vytápění s ohledem na maximální využití zvoleného zdroje tepla a jeho účinnost a přizpůsobení vlastností otopné soustavy
1. Vlivy působící na teplotu ve vytápěném objektu
Na teplotu ve vytápěných místnostech působí vlivy, jejichž intezita je závislá na místních klimatických podmínkách, kvalitě a druhu stavby (samostatný rodinný dům, řadový dům, byt ve společném domě), způsobu vytápění (lokální, centrální, dálkové), charakteru vytápění (trvalé, občasné), vybavení místností i jinými zdroji tepla (například spotřebiči elektřiny) a četnosti jejich používání.
Zdroje tepla a tepelné ztráty, které v ustáleném stavu ovlivňují teplotu v místnostech vytápěného objektu, jsou především tyto:
Zdroje tepla:
- topná tělesa
- sluneční svit
- sporák
- pračka, sušička
- lednička
- zdroj teplé vody a její rozvod
- televize, radiopřijímač, počítač aj.
- osvětlení
- tělesné teplo přítomných osob, případně zvířat
Tepelné ztráty:
- prostup tepla obvodovými stěnami místnosti, podlahou, stropem
- prostup tepla okny, dveřmi
- infiltrace (výměna) vzduchu z venkovního prostředí okny, dveřmi
- nucené větrání
Přínos tepelné energie přivedené osobami a elektrickými spotřebiči používanými v domácnostech není v celkové energetické bilanci vytápěných obytných budov zanedbatelnou položkou. Podle konkrétní fyzické činnosti se může tepelný přínos jedné osoby pohybovat okolo cca 50 až 80 Watt. Přínos ostatních spotřebičů závisí na jejich technické úrovni a množství a může jít i o 1300 kWh za rok a více. Tuto skutečnost potvrdila například měření provedená firmou Philips v experimentálním domě v Aachen (SRN), před cca dvaceti lety, kdy bylo zjištěno, že tepelná energie vyprodukovaná čtyřčlennou rodinou za vytápěcí období (říjen až květen) činí cca 1900 kWh. Za stejnou dobu činil přínos tepelné energie vzniklé činností elektrických přístrojů používaných v domácnosti cca 1600 kWh. Od té doby se sice snížila spotřeba některých elektrospotřebičů, ale vybavenost domácností stoupla.
2. Tepelná pohoda
Tepelná pohoda je definována jako individuální pocit spokojenosti s tepelným stavem prostředí. Je známým jevem, že různé osoby, které obývají stejnou místnost s určitou teplotou vzduchu, mohou mít odlišné pocity tepelné pohody. Tepelná pohoda je závislá na následujících faktorech:
- fyzické aktivitě dané osoby,
- teplotě vzduchu v místnosti,
- teplotě stěn místnosti,
- relativní vlhkosti vzduchu,
- rychlosti proudění vzduchu v místnosti.
Pro dodržení nejčastěji uvažovaných podmínek tepelné pohody platí tyto obecné zásady:
- Součet teploty vzduchu a stěn místnosti by se měl pohybovat v rozmezí cca 38 až 42 °C.
- Rozdíl mezi teplotou vzduchu a teplotou stěny místnosti by neměl přesahovat 6 °C.
- Relativní vlhkost vzduchu by měla být mezi 40 až 60 %.
- Rychlost proudění vzduchu v místnosti by měla být nižší než 0,1 m.s-1.
Výměna tepla lidského těla s okolím se uskutečňuje vedením, konvekcí, sáláním, vypařováním vlhkosti - potu a dýcháním a její velikost ovlivňuje individuálně termoregulační centrum člověka. Pokud je přívod tepla nižší než je individuální výdej tepla dané osoby, vzniká pocit chladu a naopak. Výzkumy, prováděnými pro stanovení tepelné pohody vybrané skupiny osob, bylo prokázáno, že při teplotě vzduchu 20 °C v místnosti a při shodném oblečení bylo nejméně nespokojených (5 %). Při teplotě 26 °C bylo za stejných podmínek nespokojených 22 % osob z pocitu "příliš teplo". Při teplotě 18 °C bylo 12 % nespokojených z pocitu "trochu chladno". Obecně proto nelze stanovit univerzálně platné hodnoty doporučených teplot v jednotlivých obytných místnostech. Docílení tepelné pohody u osob s rozdílným vnímáním stejné teploty je možno řešit jediným způsobem: Osoby s pocitem chladu se musí tepleji obléknout. Při nutnosti šetřit energiemi na vytápění, když není k dispozici dostatek času na realizaci technických opatření, potřebná technika a často ani peníze se snížení teploty vzduchu alespoň v některých místnostech nevyhneme.
Teprve zvýšené ceny energií nebo nedostatek energií mění požadavek na průměrné hodnoty teplot v obytných místnostech v ČR směrem dolů. Příčiny zvyklostního požadavku na vyšší teplotu jsou dány historicky nejen nižší cenou energií, ale i dřívější nemožností teplotu v místnostech snadno regulovat. Jednou z příčin mohl být i způsob rozpočítávání nákladů na vytápění podle obytné plochy bez ohledu na skutečnou individuální spotřebu.
Rozdílné teplotní návyky obyvatel různých států ilustruje např. anglická norma "British standard code of practice " z roku 2001, která udávala teploty v jednotlivých místnostech domu takto:
| - obývací pokoj | 15,5 až 20 °C, |
| - ložnice | 12,8 až 13,9 °C, |
| - kuchyně | 15,5 °C, |
| - koupelna | 12,8 až 13,9 °C |
S rozdílým přístupem k vytápění a běžně nižší úrovni teplot v domácnostech se zajisté setkalo mnoho lidí, kteří z nejrůznějších důvodů cestují po světě. Že i v českých poměrech se zásadně mění přístup lidí k volbě vnitřní teploty pod vlivem nebývale rychlého růstu ceny energií a zemního plynu dokládá například výrazně snížená spotřeba plynu v měsící září 2022 oproti dlouhodobému průměru. Tento pokles není vyvolán jen realizací technických opatření, protože na ně v masovém měřítku nebylo dost času.
Orientačně se uvažuje, že při snížení teploty ve vytápěném prostoru, který sousedí s venkovním prostředím, o 1 °C, se sníží spotřeba tepla o 6 %. Toto číslo se opírá o průměrnou roční teplotu venkovního vzduchu během sezóny vytápění a průměrnou vnitřní teplotu, na kterou se vytápí. Pokud se tyto průměry změní, změní se i úsporný efekt.
Skutečné procentní snížení spotřeby tepla závisí i na vlastnostech zdroje tepla, respektive na skutečnosti, jak je závislá účinnost zdroje tepla na teplotě potřebné pro vytápění. Například u starších nekondenzačních plynových kotlů byla spotřeba plynu potřebná pro zvýšení teploty v místnosti o 1 °C vyšší v oblasti nízkých výkonů kotle, tj. při vyšších venkovních teplotách, vlivem nízké účinnosti těchto kotlů při sníženém výkonu, než v oblasti vyššího výkonu kotle. U kondenzačních kotlů naopak převáží zvýšená účinnost při nižších výkonech.
3. Devatero hospodárného vytápění objektů
1. Při stavbě nového objektu, případně při rekonstrukci vytápěcí soustavy, je nutno nejdříve vyřešit dokonalé zateplení objektu (stěn, stropu, podlahy, oken a dveří) a na základě objektivně stanovené velikosti tepelných ztrát zvolit druh a výkony vytápěcí soustavy (kotle, tepelného čerpadla, topidel, otopných těles). Jmenovitý výkon plynového kotle se doporučuje volit na úrovni cca 90 % max. hodnoty tepelných ztrát objektu. Při rozhodování o stupni zateplení objektu je nutno uvážit, že se jedná o investici, s víceletou ale jistou návratností, která se projeví nejen s jistotou návratnosti v úsporách paliva a energie, ale také odstraní případné stavební vady jako jsou tepelné mosty, nadměrná infiltrace vzduchu atp., které negativně ovlivňují vnitřní prostředí domu, jednotlivých místností.
2. Při řešení nadměrné infiltrace vzduchu netěsnostmi oken a dveří jejich utěsněním je nutno zajistit minimálně 0,3 násobnou výměnu vzduchu ve vytápěných místnostech a relativní vlhkost vzduchu ve výši 40 až 60 %. Energeticky výhodnější je instalovat řízené větrání s výměníkem pro zpětné získávání tepla, tedy s rekuprací.
3. Místnosti objektu je nutno vytápět optimálně podle jejich účelu, tj. nepřetápět. Optimální součet teplot vzduchu a vnitřního povrchu stěn trvale obývaných místností je 38 až 40 °C.
4. Zvolit optimální systém regulace teploty v místnostech. Základem je ekvitermní regulace, případně se využívá prostorová regulace podle referenční obytné místnosti a optimálně i individuální regulace jednotlivých místností, například termostatickými ventily.
5. Vždy by měly být použity zdroje tepla s vysokou účinností. Například plynové kondenzační kotle zvyšují účinnost využití zemního plynu o 15 až 35 % oproti nekondenzačním kotlům.
6. Podle místních podmínek a finančních možností uživatele zvážit možnost vytápění s použitím tepelného čerpadla. Lze volit i jeho kombinaci s plynovým kotlem (bivalentní způsob vytápění).
7. Velkoplošné podlahové a stropní soustavy zvyšují oproti článkovým a deskovým tělesům rovnoměrnost teploty v místnostech. Umožňují mírně snížit teplotu vzduchu v místnosti a tím snižují spotřebu energie pro dosažení tepelné pohody.
8. Při volbě způsobu vytápění zvážit také způsob přípravy teplé vody, tj. zda bude závislá na hlavním zdroji tepla pro budovu, nebo ne. Možných technických řešení, včetně zahrnutí tepla ze slunečního záření, země, vzduchu je více.
9. O hospodárném provozu rozhoduje optimální návrh, zhotovení i následný servis. Velmi negativně se projeví, pokud provozovatel nerespektuje doporučení výrobce zdroje tepla a pravidelně neprovádí jeho údržbu.