Hybridní ventilace – 1. část

1 Úvod

1.1 Obecně

Pro nejbližší budoucnost se nejperspektivnějšími technologiemi v oboru větrání dle očekávání odborníků stanou systémy založené na principech řízeného hybridního větrání. Je to dáno tím, že možnosti dalšího vývoje a zlepšování systémů ryze nuceného nebo přirozeného větrání v oblastech úspory energií a kvality vnitřního prostředí již dosahují svých limitů. Hybridní systémy přirozeně minimalizují spotřebu elektrické energie, a to zvýšením účinnosti ventilátoru a zajištěním nízkých tlakových ztrát v potrubí.

Hybridní větrací systémy lze popsat jako systémy zajišťující příjemné vnitřní prostředí při využití různých prvků jak přirozeného, tak nuceného větrání v různou denní nebo roční dobu. Mechanické a přírodní síly jsou zde zkombinovány do systému o dvou režimech. Hlavním rozdílem mezi běžnými větracími systémy a hybridními systémy je skutečnost, že druhé jmenované jsou inteligentními systémy s řídicími prvky, které umí automaticky přepínat mezi režimy přirozeného a nuceného větrání, aby minimalizovaly spotřebu energie a přitom udržely požadovanou úroveň vnitřního prostředí.

1.2 Energie na větrání

Obrázek 2: Energie na vytápění a chlazení a transport větracího vzduchu

Vzhledem k tomu, že množství energie na ohřev nebo ochlazení větracího vzduchu je důležitým parametrem při posuzování energetické náročnosti budov, je vhodné využít každé příležitosti ke snížení její spotřeby.

U větrání rozlišujeme dva různé druhy energie (Obrázek 2):

• energie na ohřev/ochlazení větracího vzduchu
• energie na transport větracího vzduchu budovou od vstupu až po výstup.

Energie na transport vzduchu činí u tradičních systémů přibližně 5–15 % z energie potřebné na ohřev a/nebo ochlazení větracího vzduchu. Hybridní větrání přitom představuje způsob, jak snížit obě uvedené složky spotřeby energie.

1.3 Různé režimy hybridního větrání

Obrázek 1: Schematický obrázek dvou režimů hybridního větrání

Obrázek 3: Poslední vývoj v oblasti větracích systémů (P. Wouters PhD – upraveno)

Hybridní větrání představuje systém se dvěma provozními režimy (Obrázek 1). Zatímco v prvním režimu se využívá k dopravě vzduchu přírodní hnací síly, konkrétně větru a vztlaku, ve druhém režimu je doprava vzduchu realizována prostřednictvím mechanické hnací síly – pomocí ventilátoru(ů).

Střídání a kombinování obou režimů zamezuje růstu provozních nákladů a energetických nároků, stejně tak jako environmentálním dopadům plynoucím z celoročního klimatizování objektů. A to při současném zajištění přijatelné kvality vnitřního vzduchu a tepelné pohody. Tento princip ústí v regulaci, která se snaží udržovat přesný požadovaný průtok vzduchu a minimalizovat tak hnací síly, výsledkem čehož je snižování spotřeby elektrické nebo mechanické energie.

Díky vývoji v posledních deseti letech se moderní systémy nuceného a přirozeného větrání k sobě vzájemně přibližují (Obrázek 3).

1.4 Regulace a potřeba vzduchu

Systém hybridního větrání je založen na měření pomocí senzorů a způsobu regulace. Oproti běžnému větracímu systému obsahuje inteligentní hybridní systém řídicí algoritmy, které umí automaticky přepínat mezi režimy přirozeného a nuceného větrání, aby zajistily minimální spotřebu energie ventilátorů a optimální tepelnou pohodu. To vyžaduje zcela nový pohled na dimenzování a řízení větracího systému. Přepínání z režimu přirozeného do režimu nuceného větrání pracuje u hybridního systému na základě vyhodnocování monitorovaného průtoku vzduchu. Vzhledem k tomu, že tok vzduchu je měřen, je také možné upravit průtok na požadovanou hodnotu. To lze udělat buď časovým nastavením založeným na předpokládané přítomnosti osob, nebo prostřednictvím detekce přítomnosti osob v místnostech, např. infračervenými čidly nebo čidly CO₂. Přetrvávajícím aspektem studií zabývajících se hybridním větráním je řídicí algoritmus, přičemž zásadní otázkou je, kdy, proč a jak přepnout z nuceného na přirozené větrání a naopak.

1.5 Výhody

Vzhledem k tomu, že hybridní větrání sestává ze dvou režimů, přirozeného a nuceného větrání, je možné současně minimalizovat spotřebu energie a dosáhnout zlepšení úrovně kvality vnitřního vzduchu a tepelné pohody prostředí. Hybridní větrání je také z hlediska dlouhodobé udržitelnosti výhodnější než tradiční větrací systémy.

Režim přirozeného větrání je uživateli velmi ceněn a ubývá i počet stížností ohledně větrání a tepelné pohody. Přirozené větrání také přináší v letním období možnost maximálně využívat nočního větrání, které poskytuje vyšší komfort vnitřního prostředí. Dále systém nabízí možnost uživatelského nastavení, díky kterému si uživatelé uvědomí potřebu aktivní interakce s těmito systémy, což následně může vést ke zlepšení úrovně vnitřního komfortu.

1.6 Důsledky pro budovy

Budovy s hybridním systémem větrání by měly být vzduchotěsné. Takový požadavek samozřejmě platí pro všechny druhy větracích systémů. Infiltrace nesmí mít vliv na úroveň větrání, nesmí vést k nadbytečné spotřebě energie a vytvářet stavy, kdy je vytápění místnosti nedostatečné, což narušuje vnitřní tepelnou pohodu.

Hybridní větrací systém vyžaduje dokonalou interakci s konstrukčním a provozním návrhem budovy. Kvůli určitým požadavkům systému na dimenze potrubí, akumulaci tepla, umístění nasávání a výdechů atd. by měly být týmy architektů a projektantů provázané a připravené diskutovat o integraci hybridního systému.

1.7 Omezení

Hlavním omezením pro použití hybridního větrání nejsou, jak by se mohlo zdát, finanční náklady. Existuje ale řada faktorů omezujících využití hybridního větrání:

• Zkušenosti a povědomí o hybridních větracích systémech jsou velmi omezené.
• Projektanti TZB tradičně uvažují o nuceném větrání jako o způsobu, jak vyřešit větrání bez rizika neočekávaných překvapení.
• Pravidla a pomůcky pro návrh hybridních systémů chybí, nebo jsou k dispozici jen velmi vzácně.
• Návrhová kritéria někdy zcela nevyhovují hybridním systémům.
• Některé směrnice pro budovy a/nebo normy oboru větrání obsahují požadavky, které nevymezují způsob provedení, jsou jen popisné. Většina norem a směrnic uvádí fixní požadavky. Obvykle neinformují o určitém časovém úseku, kdy mohou být požadované hodnoty překročeny. Pokud je požadavek vyjádřen jako jedna jediná hodnota, nebo je-li povoleno jen velmi úzké pásmo hodnot, bude nejspíš projektantem zvolena varianta nuceného větrání, i kdyby přirozené větrání zprůměrované v čase mohlo dát stejný výsledek.
• V některých zemích je dle místních pravidel honorář konzultantů přímo úměrný ceně systému. Vzhledem k tomu, že u hybridního větrání by mechanická část mohla být v některých případech levnější, chybí zde motivace pro doporučení hybridního systému.
• Přívody vzduchu do místností u přirozeného větrání obvykle nemají možnost filtrace vstupního vzduchu, takže v případech, kdy je filtrace vyžadována, je nutné mít buď centrální nasávání čerstvého vzduchu, kde lze filtraci zajistit, nebo musí být použito nucené větrání.

1.8 Předpisy a normy

Neexistují žádné normy nebo předpisy, které by bránily provedení řízeného hybridního větrání v bytech. V některých zemích ale mohou stávající předpisy způsobovat komplikace při zavádění hybridního větrání, na rozdíl od tradičních větracích systémů. Nové stavební předpisy vznikající díky evropské směrnici EPBD by měly tato omezení odstranit a stát se hnací silou trhu. Harmonizovaný evropský trh by zvýšil potenciál pro systémy řízeného hybridního větrání. Stavební zákony a normy a schvalovací řízení musí být harmonizovány. Schvalovací řízení musí na inovativní systémy, jakými jsou řízené systémy hybridního větrání, brát zřetel. Důležitým krokem by v tomto směru mohla být implementace požadavků výše zmíněné směrnice EPBD.

Odkazy

• [1] Heiselberg, Per. Principles of Hybrid Ventilation. Aalborg Technical University, Aalborg, Denmark, April 2002.
• [2] EU Project Reshyvent. Cluster Project on Demand Controlled Hybrid Ventilation in Residential Buildings with specific emphasis of the Integration of Renewables. Cauberg Huygen. Maastricht, The Netherlands, April 2001.
• [3] Wouters, P. Classification of hybrid ventilation concepts. Belgian Building Research Institute.
• [4] Brussels, Belgium, September 1999.
• [5] Gids, W. F. de. Hybrid Ventilation Concepts, Developments and Challenges. TNO Building and Construction Research, Delft, The Netherlands, April 2001.
• [6] Aa, A. v.d. Cost of Hybrid Ventilation Systems. Cauberg Huygen, Rotterdam, The Netherlands, February 2002.