Centrální podtlakové větrání (hybridní větrání) v panelovém domě. Rekuperace či hybrid?
Kvalitním řešením je centrální hybridní systém, ale pokud není ventilátor řízen skutečnou potřebou, nemá regulaci otáček a je spínán časovým spínačem nebo tlačítky v bytech, byty jsou provětrávány bez ohledu na uživatele a činnosti a energetické ztráty jsou enormní.
Abstrakt
V seriálu článků o možnostech větrání panelových domů byly postupně rozebrány různé systémy větrání jak s rekuperací tepla (bytové lokální jednotky či centrální jednotky společné pro celý dům), tak možnost přetlakového větrání s ohřevem pomocí elektrické spirály vycházející v ročních provozních nákladech mezi nejhorší alternativou mezi těmito systémy.
V mozaice možností nuceného větrání panelových domů chybí jen podtlakové hybridní větrání. Systém funguje na principu odtahu podtlakovým ventilátorem a přívod vzduchu je realizován přes přivětrávací otvory v obvodovém zdivu či pomocí přivětrávacích okenních štěrbin. Aby byl přívod vzduchu kontrolovatelný, je nutné celý systém regulovat nejlépe na základě přítomnosti osob a jejich činností. Tedy podle koncentrace oxidu uhličitého a relativní vlhkosti. Podrobná analýza množství přiváděného vzduchu je rozebírána v článku "Větrání panelových domů - opatření a jejich limity"
Stejně jako předchozí systémy, tak i tento je v článku posouzen z pohledu ročních provozních nákladů, z pohledu kvality vnitřního mikroklimatu a z pohledu návratnosti tohoto opatření.
Článek vznikl jako výstup výzkumného projektu VAV-SP-3g5-221-07 - Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu.
Úvod
Hybridní větrání je založeno na kombinaci použití nuceného odvětrání větrané zóny pomocí ventilátorů vytvářející takový podtlak v zóně, aby přirozeným způsobem bylo přivedeno do větrané zóny dostatečné odpovídající množství vzduchu. V zásadě lze rozlišovat u panelových domů dva systémy hybridního větrání. Buď jsou podtlakové ventilátory umístěny v každé dílčí větrané zóně (u ústí do šachty) - pak mluvíme o decentrálním hybridním větrání -, nebo je pro celý bytový dům instalován jeden hlavní centrální podtlakový ventilátor a v jednotlivých zónách jsou pak na šachtě instalovány regulátory průtoku vzduchu. U obou systémů je přívod vzduchu do zóny shodný. Tedy pomocí regulačních prvků v rámu oken, přívodních prvků za otopným tělesem atd. Veškeré možnosti přívodních prvků jsou popsány například v tomto článku.
Obr. 1: Schéma decentrálního a centrálního hybridního větrání panelových domů.
U decentrálního hybridního systémů může být jedna z nevýhod především malý výkon ventilátorů, které nemají dostatečný tlak na pokrytí tlakové ztráty celé stoupačky, tvarovek a především přívodních otvorů. Jen zřídka se na trhu objevují tyto malé ventilátory s tlakovou rezervou kolem 150 - 200 Pa. Dalšími nevýhodami může být hluk ventilátoru ve větrané zóně a možnost přefuku pachů do jiných bytů i když se u ventilátorů instalují zpětné klapky.
V tomto článku je pozornost soustředěna na centrální hybridní systém (viz Obr. 1 vpravo), který předešlé nevýhody smývá. Mezi největší nevýhody tohoto systému však může být špatný návrh hlavního centrálního ventilátoru. Pokud není ventilátor řízen skutečnou potřebou v objektu, nemá regulaci otáček a je spínán časovým spínačem či v nejhorším případě individuálními tlačítky v bytech, tak energetické ztráty tohoto systému jsou enormní, všechny byty jsou provětrávány bez ohledu na to, zda jsou v bytech uživatelé a může se jednat o nejhorší systém větrání ze všech nabízených možností.
Moderní nové ventilátory s řídicí jednotkou však mohou regulovat svůj výkon podle skutečné potřeby a díky své regulaci mohou šetřit nejen elektrickou energii na provoz ventilátoru, ale především náklady na vytápění (větrání). Ventilátor však sám o sobě nezabezpečí požadované větrání bez patřičné regulace (tzv. akčních členů). Podmínkou funkčnosti tohoto "inteligentního" hybridního centrálního systému je znalost skutečné potřeby vzduchu (m3/h) pro celý objekt. Do jednotlivých zón je tedy nutné instalovat čidla CO2, relativní vlhkosti, a tím tak sledovat přítomnost osob a jejich činnost. Na základě požadavků pak jednotlivá čidla dají signál centrálnímu ventilátoru aby změnil své otáčky. Dílčí zónový regulátor průtoku vzduchu na ústí šachty zreguluje svůj průřez a díky podtlaku se otevřou přívodní prvky. Do zóny (místnosti) se pak dostane přesně tolik vzduchu, které zajistí vnitřní koncentrace CO2 pod hranicí 1200 ppm a relativní vlhkost kolem 40-50 %.
I když se zdá tento systém svojí funkčností složitý a nerealizovatelný, tak na trhu se objevují první typy těchto inteligentních systémů a jejich pořizovací cena je oproti centrální rekuperaci přijatelnější (viz ekonomické vyhodnocení tohoto článku).
Pro stanovení potřeby vzduchu pro větranou zónu potažmo celý objekt byl stejně jako v předešlých případech (článcích o rekuperaci vzduchu) vypracován detailní energetický dynamický model bytu 3+1 ve stavební soustavě VVÚ-ETA s 4člennou rodinnou. Profily užívání bytu v průběhu roku je totožný jako v předchozích případech.
Obr. 2: Princip stanovení skutečné potřeby větrání a stanovení potřeby tepla na větrání pomocí dynamických simulací v software IES<VE>.
V dynamickém modelu je uvažováno, že objekt projde rekonstrukcí a v bytech budou instalována nová okna s nízkou infiltrací. Dále je uvažováno, že přívod vzduchu bude technicky zajištěn jedním z typů přivětrávacích otvorů a v bytech budou instalována čidla kvality vzduchu (CO2, vlhkost), která budou dávat signál centrálnímu ventilátoru, překročí-li hladina oxidu uhličitého hranici 1200 ppm a vlhkost překročí hranici 60 %.
Obr. 3: Množství přiváděného vzduchu do obytné zóny (bytu) pro 4člennou rodinu v typickém týdnu v otopném období.
Potřeba tepla na větrání a spotřeba elektřiny
Na základě předešlé analýzy potřeby vzduchu, zadaných profilů užívání bytové jednotky pak vychází potřeba tepla na vytápění (větrání) následovně.
| Varianta | Popis varianty | Potřeba tepla na větrání pro jednu bytovou jednotku |
|---|---|---|
| VAR 10 | Centrální podtlakové (hybridní) větrání, nová okna | 1914 kWh/rok |
Tab. 1: Potřeba tepla na větrání pro jednu bytovou jednotku pro centrální podtlakové větrání. Ostatní varianty VAR1 až VAR9 jsou popsány v předešlých článcích
Průběh potřeby tepla na větrání pro více podlažní panelový dům, kde je uvažována současnost užívání bytů 70 %, je pak znázorněn na následujícím grafu na Obr. 4.
Obr. 4: Celková spotřeba tepla na větrání v závislosti na počtu pater panelového domu.
Stejně jako lokální či centrální rekuperace, tak i u tohoto systému je nutné kalkulovat se spotřebou elektřiny centrálního podtlakového ventilátoru. Oproti ventilátorům například u centrální rekuperace má tento ventilátor menší příkon díky tomu, že nemusí překonávat tlakovou ztrátu výměníku tepla a filtrů.
Co je však důležité uvážit v tomto případě, je fakt, že je opět tento systém napojen na domovní rozvod elektrické energie. Cena se tedy v podnikatelské sazbě C02 (společná elektřina) pohybuje kolem 7 Kč.
Nicméně jak je patrné z grafu na Obr. 5, tak spotřeba elektřiny je řádově 10x nižší v přepočtu na bytovou jednotku, než je tomu o centrální rekuperace.
Obr. 5: Měrná spotřeba elektřiny na pohon centrálního ventilátoru vztažená na bytovou jednotku.
Když tedy porovnáme veškeré doposud zkoumané systémy větrání, tak centrální podtlakové větrání je mezi zkoumanými nucenými systémy jedním z nejdražších alternativ, co se týče provozu systému. Následující graf na Obr. 6 porovnává roční provozní náklady na jednu bytovou jednotku v panelovém domě.
Obr. 6
Ekonomická návratnost
U tohoto systému je velice těžké určit návratnost samotného systému, jelikož jsou provozní náklady vyšší než je referenční varianta VAR1 (byt se starými okny), VAR2 (byt s novými okny) i dokonce vyšší než VAR3, která předpokládá velmi intenzivní manuální větrání okny. I když se u tohoto systému dostaneme na 20 000 Kč/bytovou jednotku (rozpočítán cent. ventilátor (cca 60 000 Kč/inteligentní ventilátor s regulací, přívodní prvky a čidlo CO2), tak tuto částku musíme vnímat jako investici do zkvalitnění vnitřního prostředí. Oproti centrální rekuperaci je roční náklad na větrání včetně započtené elektřiny na pohon ventilátorů takřka dvojnásobný. Systém je však ze všech analyzovaných nejlevnější.
Literatura:
[1] ASHRAE Handbook-Fundamentals (2005), ventilation and infiltration
[2] http://www.tzb-info.cz/5969-rekonstrukce-vetracich-systemu-bytovych-domu
[3] Annex35, HybVent, Hybrid Ventilation in New and Retrofitted Buildings, analysis of natural ventilation- a summary of existing analytical solutions, July 2002
[4] Annex35, HybVent, Hybrid Ventilation in New and Retrofitted Buildings, Performance simulation of hybrid ventilation concepts
[5] Vymětalík, V., Zwiener, V. (2007): Vliv výměny oken v panelovém domě na sledované parametry vnitřního prostředí v souvislosti s výměnou vzduchu v obytném prostoru. Dektime, 7/2007, 36-42.
[6] Doležílková, H. (2006): Bytové větrání ve vztahu k produkci CO2, vlhkosti a škodlivin (II) [Online]. ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra TZB.
[7] Paleček, S. (2007): Blower door test průvzdušnosti budov - detekční metody. RADION - Mgr. Stanislav Paleček. [Online].
[8] Beranovský, J., Kotek, P., Vogel, P., Antonín, J., Macholda F. (2010): Větrání panelových domů - opatření a jejich limity [Online]. Ekowatt, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie.
On this portal were so far presented the energy and economy analysis of ventilation systems for panel houses which could achieve the good indoor air quality. The individual and central ventilation units with heat recovery (in this article) appear the most effective system for ventilation. The lack of these systems is the initial price for installation and higher electricity consumption. The payback time of the individual units is higher than durability life and it pays to install only in regions with higher price for heating such as Liberec or Jablonec n.Nisou with almost 1000 Kč/GJ.
Another less expensive system is hybrid ventilation with one central fan for the entire house and individual air slot in flats. The detail energy and economy analysis shows, if this system is bargain-package. The IES<VE> software was used for calculation.
The paper was made within the framework of the R&D project performed by the experts in the company EkoWATT, Czech Republic. R&D project VAV-SP-3g5-221-07 is supported by the Ministry of Environment.