Je přirozené větrání úsporné větrání?
Přirozené větrání bytových domů je v ČR běžné. Díky tomu, že pro přirozené větrání není nutný ventilátor a tudíž energie k jeho pohonu, lidé se domnívají, že takové větrání není energeticky náročné. Zapomíná se však, že každé větrání způsobuje tepelnou ztrátu větráním a je zapotřebí teplo pro ohřev vzduchu. Spotřeba energie neřízeného přirozeného větrání tak může být i vyšší, než u řízeného větrání s nuceným odvodem vzduchu.
1. Úvod
S ekologickými trendy při výstavbě budov se znovu vrací systémy přirozeného větrání. Jejich zásadní předností je absence motorů ventilátorů pro dopravu vzduchu, takže provoz systému je zdánlivě bez nároků na energii. V zimním období však větrání způsobuje významné tepelné ztráty, které mohou být při neregulovaných průtocích značné a mohou převýšit úspory za dopravu vzduchu, zvláště při použití plynule regulovatelných ventilátorů s EC motory. Příspěvek tuto myšlenku na případové studii analyzuje.
2. Přirozené větrání koupelen bytových domů
Přirozené větrání hygienických místností bytových domů je v podmínkách ČR rozšířené. Zejména se tak stalo při rekonstrukcích domů vyvolaných potřebou zateplení. Nástřešní ventilátory jsou hromadně a nekriticky nahrazovány větracími turbínami bez toho, aby se jejich funkce v podmínkách bytové výstavby podrobila kritickému zkoumání. Průtoky vzduchu dosahované větracími turbínami jsou výrazně nižší než průtoky dosahované ventilátory, navíc jsou zásadně závislé na klimatických podmínkách. Tím je funkce podle místních podmínek zhoršena, příp. se systém stane zcela nefunkční.
Přirozené větrání je zcela nenáročné na energii na dopravu vzduchu, probíhá však zcela nahodile v závislosti na počasí, nikoliv na potřebách uživatele. V topném období je větrání zdrojem tepelných ztrát, které mohou být významné a dokonce převýšit spotřebu energie pro dopravu vzduchu.
Funkčnost systémů přirozeného větrání je značně omezená a je podrobně analyzovaná v příspěvku "Neefektivní větrání bytových domů". Průběh relativní vlhkosti v častěji užívaných koupelnách je neuspokojivý.
Hybnou silou pro pohyb vzduchu při přirozeném větrání je vztlak způsobený rozdílem teplot a dynamickým tlakem větru na budovu. Obzvláště vítr má velmi proměnlivou rychlost, která je z hlediska účinnosti větrání zásadní. Rychlost větru podléhá místnímu, ročnímu a dennímu kolísání. Denní kolísání se odvíjí od kolísání teploty vzduchu a dosahuje nejvyšších hodnot kolem poledne a nejnižších večer a v noci. Tento periodický průběh je v létě výraznější než v zimě. [1]. V přímořských oblastech jsou dosahovány vyšší hodnoty v zimě, v oblastech s vyšším podílem termické kontinentality, jak je tomu u nás, v létě. Tuto skutečnost dokládá graf na obr. 1, který uvádí mediány rychlostí větru z vybraných dní za každé roční období. Hodnoty jsou získány z meteorologické stanice FAST TUBO v časovém kroku 1 min.
Obr. 1 Medián rychlosti větru z dat meteorologické stanice FAST TUBO pro 4 roční období
Účinnost přirozeného větrání s podporou energie větru pomocí větrných turbín na aktuální rychlosti větru významně závisí. Průtoky vzduchu budou tedy vysoké v poledne, když je většina uživatelů bytů mimo domov a naopak nízké ve večerní době, kdy je běžný čas pro očistu těla, protože mezi 19 a 23 h jsou rychlosti větru nejnižší za celý den.
3. Nucené větrání koupelen bytových domů
Nucené větrání je v podobě centrálního podtlakového systému s nástřešním ventilátorem běžnou součástí panelových domů. Tento systém však vykazoval jisté provozní vady, díky kterým byl mnohými uživateli sabotován až vyřazován z provozu. 21. století však nabízí značná vylepšení tohoto systému, čímž se výrazně posouvá uživatelský komfort. Zásadní posun spočívá v automatické regulaci vzduchového výkonu ventilátoru, čímž se systém přizpůsobí aktuálním požadavkům na množství odváděného vzduchu ze všech připojených koupelen. Měřítkem nutného množství odváděného vzduchu z koupelny je relativní vlhkost vzduchu v koupelně. Při překročení nastavené hodnoty se otevírá odvodní výustka, čímž poklesne tlak ve společném potrubí, který měří automatika ventilátoru (s EC motory), podle níž reguluje svůj výkon. Tudíž bez jakékoli kabeláže propojující ventilátor s odvodními prvky se systém přizpůsobuje individuálním potřebám podle využití jednotlivých koupelen. Příhodným průvodním jevem regulace je skutečnost, že ventilátor nikdy neběží na součtový výkon všech připojených koupelen, protože potřeba větrat maximálním výkonem v jednom časovém okamžiku nenastává. Charakteristika ventilátoru (soubor charakteristik pro vybraná nastavení) a k tomu příslušné hodnoty příkonu ventilátoru jsou na obr. 2. Udržování podtlaku v potrubí, tedy provozní stand-by stav má pro vybraný ventilátor (může obsluhovat 10 bytů) příkon pouze 5 W.
Obr. 2 Charakteristika ventilátoru pro vybrané otáčky a tabulka příkonu ventilátoru
4. Energetická bilance přirozeného a nuceného větrání
Nucené větrání je spojeno s určitými investičními náklady, vloženou šedou energií, nutností určité údržby, spotřebou energie na provoz. Nicméně i přirozené větrání není bezúdržbové a z hlediska účinnosti a uživatelského komfortu mnoho nenabízí. Proto se naskýtá otázka, zda energie v podobě tepelných ztrát přirozeného větrání není přece jen vyšší, než energie vložená do provozu ventilátoru a tepelných ztrát při regulované nuceném větrání. Tuto otázku zodpovídá energetická bilance obou systémů.
Obr. 3 Průtok vzduchu přirozeného a nuceného větrání pro typický jarní den
Na obr. 3 je graf průběhu průtoku vzduchu pro jarní den. Rychlosti větru jsou převzaty z obr. 1 pro průměrný jarní den s průměrnou teplotou 12 °C. Využití koupelny je převzato z výsledků měření uveřejněného v příspěvku "Neefektivní větrání bytových domů", spočívající v krátkém ranním a odpoledním mytí a trojím večerním sprchování. Zatímco přirozené větrání generuje průtok vzduchu na základě počasí, systém nuceného větrání reguluje množství vzduchu na základě měření aktuální relativní vlhkosti v koupelně. Výsledky jsou shrnuty v tab.1. Potřeba energie je vypočtena pro tepelnou ztrátu větráním a elektrickou energii na dopravu vzduchu. Pro sjednocení jsou oba druhy energie přepočteny na jednotnou primární energii s uvažováním běžné energetické základny v bytových domech, jako je plynová kotelna a elektřina ze směsi zdrojů. Konverzní faktor dle [2] je pro zemní plyn 1,14 a pro elektřinu ze směsi zdrojů 2,65. Analýza je provedená pro jarní den, a racionální extrapolace výsledků do ostatních období roku potvrzuje, že stejný trend bude i v celoročním hodnocení.
| Přirozené větrání s ventilační turbínou | Nucené podtlakové větrání s regulovaným průtokem vzduchu | |
|---|---|---|
| Účinná regulace vlhkosti vzduchu | Ne | Ano |
| Tepelná energie ztracená větráním za den (Wh) | 1059 | 577 |
| Elektrická energie | 0 | 38 |
| Primární energie | 1207 (100 %) | 758 (63 %) |
5. Závěr
Neřízené přirozené větrání, jaké reprezentuje šachtové větrání bytových jader s ventilační turbínou, je spojené s trvalou tepelnou ztrátou větráním a přesto svou funkci plní nedostatečně. Regulace průtoku vzduchu podle individuální potřeby každé koupelny přináší nejen zvýšení efektivity a účinnosti, ale také úsporu energie. Je třeba rozvíjet osvětu, že co je přirozené, ještě není ekologické a že cílené užití moderních technických prostředků je na místě i v bytové zástavbě.
Literatura
1. Arbeitskreis der Dozenten für Klimatechnik: Lehrbuch der Klimatechnik, Band 1: Grundlagen, Verlag C. F. Müller, Karlsruhe 1974
2. Krimmling, J. Energieeffiziente Gebäude. 1.vyd. Stuttgart: Frauenhofer IRB Verlag, 2007. ISBN 10:8167-7156-7.
3. On-line: http://www.cez.cz/cs/odpovedna-firma/zivotni-prostredi/sledovani-parametru-pro-ochranu-ovzdusi/mnozstvi-emisi.html (17.12.2010)
Název článku: Je přirozené větrání úsporné větrání?
Autorka: Ing. Olga Rubinová, Ph.D.
Recenzent: Ing. Ondřej Šikula, Ph.D.
Téma článku spadá do oblasti bytového větrání. Autorka si z celé škály systémů vybírá pro porovnání systém přirozeného šachtového větrání s větrnou turbínou a nucené šachtové větrání s řízeným průtokem vzduchu. Zvoleným kritériem pro porovnání je pak potřeba primární energie obou systémů větrání. Z toho srovnání pak vychází paradoxně lépe systém nuceného podtlakového větrání a jeví se tak ekologičtější. Autorka dále na základě analýzy vzorku meteorologických dat a experimentálního měření upozorňuje na nesoulad potřeby větracího vzduchu a vzduchu skutečně odváděného při použití přirozeného systému větrání, což považuji za velmi přínosné. Provedené porovnání obou systémů by sice mohlo být provedeno ještě z jiných hledisek, jako např. z hlediska ekonomického, z hlediska údržby, akustického. Nicméně dosažené výsledky naznačují, že v případě zde posuzovaného typu přirozeného větrání je splnění hlavního kritéria, kterým je vůbec funkčnost systému větrání, velmi problematické.
Odpověď na připomínku oponenta:
Konverzní faktory primární energie jsou v současné době poměrně spekulativní veličiny. Existuje mnoho názorů na skutečnost, co mají konverzní faktory vyjadřovat. Zda pouze množství spotřebované energie na těžbu surovin, jejich zpracování a dopravu nebo širší vlivy na životní prostředí, které symbolicky vyjadřují emise oxidu uhličitého. Z hlediska životního prostředí člověka jsou však zásadnější emise oxidů dusíku, síry nebo těkavých organických látek. Konverzní faktor vyjadřující způsob výroby elektrické energie se v konkrétních podmínkách pohybuje ve velmi širokých mezích a v literatuře se pohybuje v rozmezí 2 až 4 kWh/kWh.
Pokud jde o spotřebu energie, závisí konverzní faktor na účinnosti výroby elektrické energie, která se vlivem technických inovací zvyšuje, zavedením zplyňování uhlí a paroplynového cyklu v tepelných elektrárnách se účinnost může zvýšit z nynějších 40 % až na 55 %, čímž by měl konverzní faktor klesnout.
Účinnost současné jaderné elektrárny se pohybuje kolem 30 %, ovšem s rozdílným dopadem na životní prostředí. I u tepelných elektráren však byly za posledních 20 let emise škodlivin výrazně sníženy, příkladem je roční bilance měrných emisí SO2 z elektrárny Mělník II [3], které jsou graficky vyjádřeny na obr. 4. Celkově byly u elektráren skupiny ČEZ u nás sníženy emise SO2 o 92 %, pevných částic popílku o 95 %, emise oxidů dusíku o 50 % a oxidu uhelnatého o 77 %. Zda uváděné konverzní faktory pro ekvivalentní emise CO2 tuto skutečnost odrážejí, není přesně známo.
Natural ventilation is the usual mode of ventilation of residential buildings. There is no fan. People think, this system has no energy requirements, but continuous air flow causes heat loss by ventilation. This energy consumption is higher then energy for controlled forced ventilation.