Větrací jednotky – rekuperace tepla, optimalizace vlhkosti
Řízené větrání s rekuperací tepla pro rodinné domy a byty (II)
Mnoho z v současnosti budovaných a dokončovaných rodinných domů již odpovídá požadavkům pro energeticky úsporné domy (spotřeba energie max. 70 kWh/m2/rok), některé splňují kritéria nízkonergetických (max. 50 kWh/m2/rok) a pasivních domů (max.15 kWh/m2/rok). Těchto energetických požadavků může být dosaženo především obzvláště efektivní izolací plášťů budov a aplikací kvalitních tepelně-izolačních oken ve spojení s řízeným systémem větrání s rekuperací tepla, přičemž celkové snížení spotřeby energie na vytápění může být až o 90 % ve srovnání se starší zástavbou, kde spotřeba energie dosahuje běžně až 250–300 kWh/m2rok.
Výměníky tepla. Základem každého systému řízeného větrání s rekuperací tepla jsou větrací „rekuperační“ jednotky. Srdcem každé větrací jednotky jsou pak výměníky tepla zabezpečující rekuperaci tepla neboli zpětné získávání tepelné energie z odváděného vzduchu a její předávání zpět přiváděnému čerstvému vzduchu. Přenos tepla probíhá přes tenké membrány. Přitom v žádném případě, jak se ještě dnes mnozí mylně domnívají, nedochází k recirkulaci nebo promíchání vzduchu, do místností je vždy příváděn čerstvý čistý vzduch. Rekuperace vrátí do objeku zpět teplo, které bychom ztratili větráním otevřeným oknem.
Větrací jednotky Zehnder jsou standardně vybavené křížovými protiproudými výměníky tepla s přenosem tepla přes tenké plastové membrány na principu protiprodu. Zajišťují rovnoměrnou výměnu odváděného znečištěného a přiváděného čerstvého vzduchu s rekuperací až 95 %.Entalpické výměníky. Problémy s nízkou vlhkostí v interiéru zvláště v zimním období, kdy klesá venkovní relativní vlhkost pod 20 %, a sesychání dřevěných výrobků v interiéru odstraňují větrací jednotky vybavené entalpickým výměníkem. Entalpický výměník ve srovnání s běžným výměníkem tepla dokáže předávat z odváděného vzduchu do přiváděného čerstvého vzduchu nejenom teplo, ale taktéž vysoký podíl (až 60–70 %) vzdušné vlhkosti a tak pasivně, bez dodatečné elektrické energie pomáhat optimalizovat relativní vlhkost vzduchu v rodinném domě. Entalpický výměník rovněž zvyšuje komfort větrání i v zimním období, neboť jednotka s entalpickým výměníkem může efektivně pracovat až do venkovní teploty cca minus;10 °C bez nutnosti snižování výkonu vlivem rizika zamrzání výměníku. Díky tomu není ve většině míst ČR potřeba dodatečná protizámrzná ochrana jako například zemní výměník tepla nebo elektrický předehřívač, zvyšující pořizovací náklady a náklady na elektrickou energii. Pro horské oblasti ČR jsou doporučovány větrací jednotky s entalpickým výměníkem i elektrickým předehřevem, pracující na 100% výkon až do minus;20 až minus;25 °C.
Entalpické výměníky Zehnder jsou díky inovativní konstrukci s polymerovými membránami jsou snadno čistitelné propláchnutím nebo ponořením do vody, díky čemuž se mnohonásobně zvyšuje jejich životnost bez snižování účinnosti rekuperace. Speciální antibakteriální vrstva polymerové membrány Microban zabraňuje možnosti prostupu odváděných pachů, mikrobů a škodlivin a zachovává vysoce hygienické prostředí. Tyto výměníky nové generace jsou k dodání u všech větracích jednotek Zehnder ComfoAir s průtokem vzduchu 160, 200, 350 i 550 m3/h stejně jako dodatečně k dříve zakoupeným jednotkám se standardním výměníkem tepla.
Základním parameterem větrací jednotky je velikost objemového průtoku vzduchu a tlaková rezerva. Pro konkrétní objekt se volí jednotka s průtokem vzduchu, stanoveným dle platných norem zejména v závislosti na jeho velikosti a počtu osob – uživatelů. Pro jednu místnost – například obývací pokoj se navrhují decentrální větrací jednotky s průtokem vzduchu 100 m3/h, u kterých je přívod a odvod vzduchu přímo za jednotkou s tím že,dle české vyhlášky výústky vzduchu na fasádě musí být od sebe vzdáleny min 1,5 m. Pro jeden byt jsou určeny centrální větrací jednotky s průtokem vzduchu 150–200 m3/h a rozvodem vzduchu do jednotlivých místností. Pro rodinné domy se dle jejich velikosti používají jednotky od 350 do 550 m3/h. Pro bytové domy a menší kancelářské nebo multifunkční objekty se využívají jednotky od 800 do 7000 m3/hod pro interní nebo externí instalaci.
Čtěte také první díl seriálu Řízené větrání s rekuperací tepla pro rodinné domy a byty
Účinnost větracích jednotek je dána účinností rekuperace ve výměníku tepla. Je zcela jistě stěžejním kritériem při volbě jednotky, neboť odděluje levné jednotky s účinností kolem 60–70 % a kvalitní produkty s účinností nad 90 %. Je nutné poznamenat, že výrobci mnohdy uvádějí účinnost, kterou nelze ve skutečnosti dosáhnout. Z tohoto důvodu jsou stále více vyhledávané větrací jednotky s certifikátem uznávaného institutu „Passivhaus Institut“, ve kterém je uvedená min. účinnost rekuperace větracích jednotek při vyváženém průtoku vzduchu.
Dalším významnou součástí jednotek jsou ventilátory. Například větrací jednotky Zehnder využívají ventilátory se stejnosměrnými EC motory se sníženým podílem tření, nízkou spotřebou elektrické energie a tichým chodem. O jejich hospodárnosti provozu nejlépe vypovídá údaj o energetické účinnosti, uvedený v certifikátu „Passivhaus Institut“ a například u jednotky ComfoAir 350 činí 0,29 Wh/m3 (max hranice pro získání tohoto certifkátu je 0,45 Wh/m3).
Tab.2: Příklad výpočtu provozních nákladů větrací jednotky
Větrací jednotka Zehnder ComfoAir 350
Využívaný průtok vzduchu při nejvyšší intenzitě větrání: 200 m3/h
Venkovní tlak: 1 225 Pa
Energetická účinnost jednotky dle „Passivhaus Institute“: 0,29 W/m3/h
0,29 W/m3/h × 200 m3/h = 58 W
58 W × 24 h/d × 365 d = 508 KWh za 1 rok
Maximální spotřeba el. energie větrací jednotky:
508 KWh × cca 5 Kč/kW = 2 550 Kč/1 rok, tj. 210 Kč/měsíčně
Průměrná spotřeba el. energie větrací jednotky:
při průměrném větrání rodiny, kdy rodiče jsou ve dne v práci a děti ve škole max. 1/3 z maximální spotřeby = 850 Kč / 1 rok, tj. cca 70 Kč/měsíčně
Spotřeba elektřiny je tedy velice nízká a díky úspoře nákladů na vytápění rekuperací tepla se mnohonásobně vyplatí neboť 1 Watt el. energie, který spotřebují ventilátory nám „zachrání“ v rekuperačním výměníku až 25 Wattů tepelné energie.
Náklady na výměnu filtrů
ve větrací jednotce jsou 2 filtry, doporučená výměna filtrů 1–2× za rok dle místa instalace – cena jedné sady filtrů se pohybuje kolem 1 300 Kč.
Celkové provozní náklady větrací jednotky: cca 2 150 Kč/rok
Podle výpočtů některých uživatelů jsou úspory u nákladů na vytápění patnáctkrát vyšší než provozní náklady zařízení.
Ovládání a ostatní příslušenství. Pro uživatele je samozřejmě velice důležité ovládání, které by mělo umožnit regulaci průtoku vzduchu a přitom by mělo být co nejjednodušší. U řízeného větrání lze zpravidla regulovat intenzitu větrání manuálně v několika úrovních větrání, automaticky dle denní doby, dle žádané maximální hladiny CO2 nebo maximální úrovně relativní vlhkosti vzduchu, dle teploty či jejich kombinací. Ovládací panel lze umístit například na zeď v obývacím pokoji, odkud bude komunikovat s větrací jednotkou. Kromě základních údajů jako datumu, času, nastavené teploty, průtoku vzduchu, nastaveného programu ventilace displej také ukazuje výzvy k provedení údržby jako například k čištění nebo výměně filtrů, čištění ventilů. Dočasné nastavení větrací jednotky na nejvyšší úroveň větrání za účelem například co nejrychlejšího odvětrání vlhkosti z koupelny po sprchování může být zajištěno pomocí rázového spínače.
Teplý odváděný vzduch je ve výměníku ochlazován přiváděným venkovním vzduchem. To způsobuje, že se ve výměníku sráží vlhkost odváděného vzduchu. Proto musí být jednotka napojena přes odpadní sifón na odvod kondenzátu. O čistotu vzduchu přiváděného do místností a o ochranu jednotky se starají filtry. V každé jednotce bývají 2 filtry, na přívodu vzduchu do jednotky a jemný filtr na odvodu vzduchu. Mezi další příslušenství jednotky patří montážní sokl pro postavení na zem (jednotky mohou být zpravidla rovněž zavěšeny), připojovací potrubí, volitelný předehřev vzduchu, tlumiče hluku a rozdělovače.
Větrací systém Zehnder se řídí snadno obsluhovatelnou programovatelnou ovládací jednotkou CC Ease s digitálním displejem nebo jednotkou CC Luxe s dotykovým displejem. Umožňují regulovat intenzitu větrání manuálně ve 4 úrovních větrání, automaticky dle denní doby, dle žádané max.hladiny CO₂ nebo max. úrovně relativní vlhkosti vzduchu, dle teploty či jejich kombinací. Po krátké instruktáži není pro uživatele žádný problém, aby si větrání reguloval pohodlně sám. Digitální panel CC Ease má tlačítkový panel, CC Luxe je ovládán pomocí dotykové obrazovky a umožnuje navíc řídit chladící jednotku ComfoCool.
Letní obtok (bypass). Během chladnějších nocí letního období je možné vedle normálního větrání okny používat i nucené větrání s automatickou funkcí obtoku, jinak se vyplatí využívat systém větrání s rekuperací tepla. Tento obtok vede odváděný vzduch okolo výměníku tepla (viz obr), tím se zamezí, aby se přiváděný „chladnější“ vzduch ohříval teplým odváděným vzduchem. Parametry pro automatické zapnutí obtoku jsou nastaveny ovládací jednotkou.
Příklad chladicí jednotky Zehnder ComfoCool, instalované na větrací jednotku ComfoAir 550.
Chlazení. Ochlazený venkovní vzduch je velmi příjemný zejména v dusných letních dnech. Lze ho zajistit dvěma způsoby: buď zemním výměníkem, využívajícím konstantní teplotu zeminy k ochlazení nebo předehřátí vzduchu nebo chladicí jednotkou.
V chladicí jednotce ComfoCool od firmy Zehnder je během letních teplých dnů přiváděný venkovní vzduch aktivně ochlazován a odvlhčován pomocí tepelného čerpadla. V boxu jednotky je integrován výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Nesmí se zapomenout na odvod kondenzátu. Chladicí jednotka se instaluje na větrací jednotku a je řízena stejným ovládáním jako větrací jednotka. Lze na něm nastavit požadovanou teplotu, k jejímuž dosažení se chladicí jednotka automaticky spíná. Oproti klimatizačním jednotkám má chladicí jednotka poměrně malý výkon 2,2 kW. Na druhou stranu společně s větrací jednotkou dodává do vnitřních prostor čerstvý ochlazený a odvlhčený vzduch bez nepříjemného průvanu a s minimální hlučností. V kombinaci s venkovním zastíněním oken zabezpečí vzduch v interiéru s teplotou o 6 až 8 °C nižší než má venkovní horký vzduch a představuje tak velice vhodné a dostatečné řešení pro rodinné domy a menší kancelářské objekty.
K nejmodernějším rekuperačním jednotkám patří jednotka Zehnder ComfoAir 350, spojující vysokou účinnost a spolehlivost s jednoduchou obsluhu a údržbou. Její vysokou kvalitu podtrhuje získání certifikátu od uznávaného institutu „Passivhaus“. Je standardně vybavena vybavena výkonnými EC ventilátory s max.průtokem 370 m3/h při tlakové rezervě 100 Pa, integrovaným protiproudým výměníkem tepla s účinností rekuperace až 95 %, automatickým letním obtokem (bypassem) a filtry třídy G4/F7. Snadná údržba zahrnuje čištění a výměnu filtrů a jednou za 3–4 roky vyčištění výměníku. Má energetickou účinnost 0,29 Wh/m3, rozměry 851 × 702 × 572 mm a hmotnost 39 kg. Volitelné příslušenství zahrnuje: entalpický výměník s rekuperací vlhkosti až 70 %, elektrický nebo teplovodní předehřev, zemní výměník, chladící jednotku, bezdrátové ovládání.
Jednotka Zehnder ComfoAir 350 je standardně nastavena na tyto úrovně větrání:
- Nastavení pro nepřítomnost: 38 m3/h, výkon 10 W, hlučnost 36 dB
- Nízká intenzita větrání: 100 m3/h, výkon 21 W, hlučnost 49 dB
- Střední intenzita větrání: 150 m3/h, výkon 44 W, hlučnost 59 dB
- Vysoká intenzita větrání: 225 m3/h, výkon 105 W, hlučnost 70 dB
- Maximální intenzita větrání: 325 m3/h, výkon 243 W, hlučnost 75 dB
Zehnder ComfoAir 350 je opatřena analogovými vstupy (0–10 V) pro připojení různých čidel a řidících ovládacích panelů:
- Čidlo CO2 pro regulaci průtoku na základě úrovně kysličníku uhličitého
- Čidlo vlhkosti pro regulaci průtoku podle úrovně vlhkosti
- Rázový spínač pro dočasnou volbu nejintenzívnější ventilace pro co nejrychlejší odstranění např. nadbytečné vlhkosti po sprchovaní
- Digitální ovládací panel CC Ease
- Dotykový ovládací panel CC Luxe umožňující navíc ovládání chladicí jednotky ComfoCool
- Bezdrátové ovládání
Ochrana proti zamrzání rekuperačního výměníku. Větrací jednotky mívají zařízení, zajišťující ochranu proti zamrzání rekuperačního výměníku. Tento automatický ochranný systém dočasně sníží rychlost ventilátoru na přívodu a tím omezí nebo dokonce na chvíli zastaví přívod venkovního vzduchu do jednotky, pokud existuje riziko námrazy v jednotce. Taková situace může nastat v případě mírných až prudkých mrazů v zimních měsících. Touto nevyváženou ventilací samozřejmě dochází k omezení komfortu vnitřního klimatu, proto existují následující možnosti jak tomu předejít:
- použití zemního vzduchového výměníku
- použítí zemního kapalinového výměníku
- entalpickým výměníkem
- elektrickým předehřívačem, osazeným na vstup větrací jednotky
Vzduchový zemní výměník od firmy Zehnder s paralelním vedením 3 trubek umožňuje čistění trubek a šetří náklady za kratší výkop, neboť díky paralelnímu vedení trubek má celkovou délku do max. 15 m.
Zemní výměníky tepla využívají relativně konstantní teplotu zeminy (od 8 °C v zimě až po 12 °C v létě) k předehřátí (v zimě) nebo ochlazení (v létě) přiváděného venkovního čerstvého vzduchu. Předehřátý vzduch v zimním období zvyšuje teplotu přiváděného čerstvého vzduchu do místností, čímž ještě více snižuje náklady na vytápění a také chrání větrací jednotku proti námraze. Můžeme volit ze dvou typů výměníků.
U vzduchového výměníku tepla je venkovní čerstvý vzduch nasáván do větrací jednotky přes potrubí o průměru cca 110 mm v délce cca 40–50 m uloženém v hloubce min. 1,2 m v zemi. Potrubí musí mít 2–3% sklon směrem k větrací jednotce, kde musí být zabezpečen odvod kondenzátu. Tento výměník tepla má poměrně malou účinnost s přihlédnutím k nemalým pořizovacím nákladům.
Kapalinový „solankový“ zemní výměník tepla Zehnder ComfoFond-L s délkou potrubí do 60 m. Díky jednoduché instalaci zemního výměníku před větrací jednotku je ideálním řešení pro zvýšení komfortu ochlazením vzduchu v létě a předehřátí vzduchu v zimě jak pro rodinné a bytové domy tak i nemovitosti se spodní vodou.
Inteligentní řešení představuje nový „kompaktní“ systém větrání od firmy Zehnder pro byty s podlahovou plochou až 120 m². Centrální větrací jednotka Zehnder ComfoAir 180 má zvlášť malé rozměry 680 × 560 × 280 mm a proto ji lze bez problémů instalovat do kuchyňské závěsné skříňky nebo i do výklenku ve stěně. Díky entalpickému výměníku může navíc regulovat vlhkost vzduchu.
Zemní kapalinový výměník využívá k temperování přiváděného vzduchu zemní sondu nebo solankový kolektor – uzavřený okruh potrubí s nemrznoucí kapalinou v délce cca 60 m, uložený rovněž min. v hloubce 1,2 m v zemi. Tepelná energie získaná solankou ze zeminy se s využitím výměníku tepla, zapojeného před větrací jednotku, předává do nasávaného čerstvého vzduchu. Na jaře a na podzim, když má venkovní vzduch a země podobnou teplotu, je úspornější přiváděný vzduch netemperovat. Proto se čerpadlo solankového zemního výměníku aktivuje pouze v případě potřeby. Oproti vzduchovému zemnímu výměníku je kapalinový výměník efektivnější a cení se zejména pro ochlazení vzduchu v létě a ochranu jednotky proti námraze v zimním období.
Kompaktní větrací jednotky. V nabídce výrobců se objevují také menší jednotky s kompaktním tvarem pro větrání bytů až do velikosti obytné plochy 120 m2. Nabízí mimořádně úsporné celkové řešení pro montáž komfortního větrání s rekuperací tepla v nových nebo rekonstruovaných bytech v bytových domech. Větrací jednotky mají zvlášť malé rozměry a proto je lze vestavět do kuchyňské závěsné skříňky nebo výklenku ve stěně, kam se ukryjí i všechny ostatní komponenty – např. tlumič hluku, rozdělovač, připojovací box apod. Potrubí pro přívod venkovního čerstvého a odvod spotřebovaného vzduchu lze umístit nad kuchyňskou linku. Rozvod čerstvého vzduchu do jednotlivých pokojů a odvod vzduchu z WC a koupelny se umísťuje do podhledu předsíně nebo chodby.
Značka Zehnder nabízí komplexní energeticky úsporná řešení pro komfortní a zdravé klima v interiéru: designové radiátory, komfortní větrání s rekuperací tepla, stropní sálavé vytápění a chlazení.