Vzdělávací materiály. Ing. Petr Vacek Ing. Pavel Matoušek Bc. Ivo Pavera

Vzdělávací materiály

Technická zařízení budov a energetika Ing. Petr Vacek | Ing. Pavel Matoušek | Bc. Ivo Pavera


Obsah Energetika staveb

4

1 Úvod

4

2 ENERGETIKA STAVEB

4

2.1 Průkazy energetické náročnosti budovy

4

2.2 Obálka budovy, rozdělení energií

7

2.2.1 Efektivní účinnost tepelné izolace 2.2.2 Zodpovědné stanovení návrhových hodnot tepelné izolace

8 10

2.3 Dimenzování tepelné obálky dřevostavby

12

2.3.1 Výpočet dle vyhlášky č. 78/2013 Sb.

13

2.3.2 Doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla

14

Tepelné izolace 3 TEPELNÉ IZOLACE POTRUBÍ 3.1 IZOLACE POTRUBNÍCH ROZVODŮ – TZB

18 18 18

3.1.1 Rozvody topných médií – voda

18

3.1.2 Rozvody pitné vody

20

3.1.3 Rozvody VZT potrubí

21

3.1.4 Rozvody potrubí pro odvod tepla a kouře

21

3.2 IZOLACE TĚLES – ZÁSOBNÍKY HORKÉ VODY, SOLÁRNÍ PANELY

22

3.3 IZOLACE VYSOKOTEPLOTNÍCH ZDROJŮ TEPLA

23

3.4 IZOLACE KOMÍNOVÉ TECHNIKY

25

3.4.1 Zděné komínové systémy

25

3.4.2 Plechové komíny a sopouchy

25

Technická zařízení budov 4 TECHNICKÉ ZAŘÍZENÍ BUDov

26 26

4.1 Vliv novely energetického zákona na TZB

26

4.2 Vývoj ústředního vytápění

27

4.3 Moderní systémy vytápění

28

4.4 Nejčastější chyby a omyly soudobých stavebníků

28

4.5 Zdroje tepla v moderních dřevostavbách

30

1

Technické zařízení budov a energetika 4.5.1 Automatické kotle na tuhá paliva

30

4.5.2 Kotle na tuhá paliva s ručním přikládáním

31

4.5.3 Plynové kotle

33

4.5.4 Elektrokotle

35

4.5.5 Elektrické přímotopy

36

4.5.6 Tepelná čerpadla obecně

37

4.6 Kvalita vnitřního prostředí v moderních dřevostavbách

2

43

4.6.1 Zdroje znečištění vzduchu v objektu

43

4.6.2 Nucené větrání

44

4.6.3 Dynamické větrání se zpětným získáváním tepla a vlhkosti

45


3

Technické zařízení budov a energetika

Energetika staveb 1

Úvod

Tento modul je zaměřen na technické zařízení budov a energetiku staveb. Dnes velmi aktuální téma, z důvodu šetření energií. Je potřeba správně navrhnout obálku budovy a následně mít vhodně navržen zdroj tepla u konkrétních řešených staveb. S tímto také souvisí téma tepelných izolací jednotlivých potrubí v objektu, kterému je zde také věnována pozornost. Modul je rozdělen do tří základních částí: Energetika staveb (Ing. Petr Vacek), Tepelné izolace potrubí (Ing. Pavel Matoušek). Technické zařízení budov ( Bc. Ivo Pavera),

2

ENERGETIKA STAVEB Ing. Petr Vacek

2.1 Průkazy energetické náročnosti budovy Průkazy energetické náročnosti budovy (PENB) jsou dnes téma, které je velmi aktuální. PENB je dokument zpracovaný příslušným energetickým specialistou a platí 10 let od data vyhotovení nebo do větší stavební změny na hodnocené budově. PENB se skládá ze dvou částí a to z protokolu a grafického vyjádření podle vzoru v prováděcí vyhlášce č. 78/2012 Sb., o energetické náročnosti budov. Tyto informace vycházejí ze zákona č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií. Tento zákon byl novelizován a na základě toho, bylo upraveno i hodnocení energetické náročnosti budovy, které má zásadní dopad na celou oblast stavebnictví. Bylo potřeba přehodnotit stávající znalosti a zvyklosti stavebníků, projektantů, architektů a samotných zpracovatelů PENB. Dále má toto dopad také na pracovníky stavebních úřadů, jelikož vznikla povinnost dokládat PENB stavebnímu úřadu, jak u novostaveb, tak u změn dokončených staveb, atd. Dále toto téma bude ještě rozepsáno. V rámci hodnocení energetické náročnosti budovy je potřeba vycházet z těchto dokumentů: • • • •

ČSN 73 0540 - 1,3,4 – Tepelná ochrana budov ČSN 73 0540 - 2 (2011) - Tepelná ochrana budov, část 2: Požadavky Prováděcí vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov Zákon č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií

Tyto výše uvedené dokumenty by měl mít podrobně prostudován každý, kdo se zabývá zpracováváním PENB. Jak již bylo zmíněno, hodnocení energetické náročnosti budovy prošlo úpravou, kdy se vychází z metody referenční budovy. Referenční budova je výpočtově definovaná budova téhož druhu, stejného geometrického tvaru a velikosti, včetně prosklených ploch a částí, stejné orientace, ke světovým stranám, stínění okolní zástavbou a přírodními překážkami, stejného vnitřního uspořádání a se stejným typem typického užívání a klimatických údajů jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejich konstrukcí a technických systémů budovy.

4

Vzdělávací materiály Parametry a hodnoty referenční budovy jsou v příloze 1, vyhlášky č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov stanoveny tak, aby zajistily nákladově optimální úroveň energetické náročnosti budovy a prvků budov, vypočtenou pro předpokládaný ekonomický životní cyklus budovy. Dále jsou v novelizované normě ČSN 73 0540 - 2 (2011) zakomponovány pojmy nízkoenergetický a pasivní dům. • Nízkoenergetické budovy: jsou charakterizovány nízkou potřebou tepla na vytápění, kdy měrná potřeba tepla na vytápění nepřekračuje 50 kWh/(m2a) a dále průměrný součinitel prostupu tepla nepřekračuje doporučenou hodnotu podle tabulky 5 v normě ČSN 73 0540 2 (2011). Toto hodnocení se vztahuje na budovy vytápěné na vnitřní návrhové teploty 18°-22°C. Pro budovy mimo tento teplotní interval se hodnocení neprovádí. • Pasivní budovy: jsou charakterizovány minimalizovanou potřebou energie na zajištění požadovaného stavu vnitřního prostředí a minimalizovanou potřebou primární energie z neobnovitelných zdrojů na jejich provoz díky optimalizovanému stavebnímu řešení a dalším opatřením. • Budova s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění nepřekračující v případě rodinných domů 20 kWh/(m2a) a v ostatních případech nepřekračující 15 kWh/(m2a). Na základě zákona č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií je potřeba PENB zpracovávat např. pro novostavby, rekonstrukce, v případě prodejů či pronájmů, dále pak u užívaných bytových domů či administrativních budov. Dále také povinnost platí např. pro veřejné budovy. Jsou také vyjímky, kdy PENB není potřeba a to: u budov s celkovou energeticky vztažnou plochou menší jak 50 m2, u budov, které jsou kulturní památkou, anebo nejsou kulturní památkou, ale nacházejí se v památkové rezervaci nebo památkové zóně, u budov navrhovaných a obvykle užívaných jako místa bohoslužeb a pro náboženské účely, u staveb pro rodinnou rekreaci, u průmyslových a výrobních provozů, dílenských provozoven a zemědělských budov se spotřebou energie do 700 GJ za rok, • při větší změně dokončené budovy v případě, že stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek prokáže energetickým auditem, že to není technicky nebo ekonomicky vhodné s ohledem na životnost budovy a její provozní účely. • • • • • •

Stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jsou povinni zpracovat PENB v těchto případech: • novostavby, • větší změny dokončených staveb (rekonstrukce), • u budov užívané orgánem veřejné moci, –– s celkovou energeticky vztažnou plochou vetší než 500 m2 od 1.7.2013, –– s celkovou energeticky vztažnou plochou vetší než 250 m2 od 1.7.2015, • užívané bytové domy a administrativní budovy, –– s celkovou energeticky vztažnou plochou větší než 1500 m2 od 1.1.2015, –– s celkovou energeticky vztažnou plochou větší než 1000 m2 od 1.1.2017, –– s celkovou energeticky vztažnou plochou menší než 1000 m2 od 1.1.2019 , • prodeje a pronájmy, –– při prodeji budovy nebo ucelené části budovy, –– při pronájmu budovy, –– od 1.1.2016 při pronájmu ucelené části budovy.

5

Technické zařízení budov a energetika Co se týká povinnosti PENB u novostaveb, tak je to již od roku 2009. V případě novostaveb je potřeba souběžně splnit všechny tři požadovaná kritéria max. do kategorie C.: • celkovou dodanou energii za rok • celkovou neobnovitelnou primární energii za rok • průměrný součinitel prostupu tepla

Obr. 1: Grafické znázornění PENB pro konkrétní novostavbu splňující kategorii max. C. Důležité je se zmínit k PENB u změn dokončených staveb. Zde jsou tři základní možnosti, mezi kterými lze volit: • souběžné splnění celkové dodané energie za rok a průměrného součinitele prostupu tepla max. do kategorie C, • souběžné splnění neobnovitelné primární energie za rok a průměrného součinitele prostupu tepla max. do kategorie C. • pokud nelze splnit uvedené dva předchozí body připouští se splnění požadavků na součinitel prostupu tepla pro jednotlivé měněné stavební konstrukce, které musí být navrženy max. na doporučenou hodnotu součinitele prostupu tepla dle řešené konstrukce (např. stěna, střecha, podlaha) a/nebo splnění požadavků na účinnost jednotlivých měněných technických systémů.

6


Obr. 2: Grafické znázornění PENB pro konkrétní rekonstruovanou stavbu U změn dokončených staveb je důležité při zpracování PENB neopomenout zpracovat ještě další variantu opatření, která je znázorněna na Obr. č. 2 pomocí přídavných bílých šipek. A dále se v protokolu PENB popíše navržené opatření a v grafické části se v doporučených opatření zaškrtnou upravované konstrukce. Na Obr. č. 2. výsledné parametry vychází ukázkově, že jsou splněny všechny tři požadované parametry a nemusely se řešit možné kombinace. Na Obr. 1,2 můžeme vidět současnou podobu grafického znázornění průkazů energetické náročnosti budov. Ze zákona č. 318/2012 Sb., o hospodaření energií je povinnost zpracovatele mít na PENB vyplněné příslušné číslo osvědčení a podpis. Není zde potřeba razítko zpracovatele.

2.2 Obálka budovy, rozdělení energií Obálka domu je hranice mezi komfortní obytnou zónou a vnějším prostředím, které může být velmi chladné v zimě a naopak nepříjemně horké v létě. Kompletní obálku domu tvoří stěny s okny a dveřmi, střecha a dále také podlaha na terénu, která bývá často izolačně velmi zanedbaná.

7


Obr. 3: Šíření tepla obálkou domu Správný návrh izolace domu by měl být proporčně vyvážený, všechny konstrukce by měly mít jednotný energetický standard. U běžně zaizolovaného domu tvoří náklady na vytápění kolem 70% z celkové energetické spotřeby. Následuje energie na přípravu teplé vody a vaření (20%) a zbytek energie jde do osvětlení a „zásuvkových“ spotřebičů. Volbou vyššího energetického standardu tento poměr můžeme výrazně měnit a potřebu tepla na vytápění redukovat až na 1/10.

Obr. 4: Rozložení energetických toků v domě při různých standardech

2.2.1 Efektivní účinnost tepelné izolace V předchozích kapitolách těchto vzdělávacích materiálů byly popsány různé typy izolačních materiálů. Jejich účinnost je vždy uváděna těsně po vyrobení, případně po krátké stabilizaci. Podmínky, za jakých se součinitelé tepelné vodivosti uvádějí (deklarují), jsou u většiny seriózních výrobců také uváděny. Nejčastěji to bývá ve vysušeném stavu a při teplotě 10 °C, tak, jak to vyžaduje příslušná výrobní norma. 8

Vzdělávací materiály Ve stavu po zabudování mají izolace o něco horší vlastnosti. To není nic proti spotřebiteli, deklarované hodnoty součinitele tepelné vodivosti slouží projektantovi jako podklad pro výpočet skutečných návrhových hodnot součinitele tepelné vodivosti. Tepelnou vodivost izolačních materiálů ovlivňují teplota, vlhkost a u některých tepelných izolací (PUR, PIR, VIP) i stárnutí materiálu spojené s únikem izolačního plynu a postupných částečným nahrazením vzduchem.

Obr. 5: Graf závislosti součinitele tepelné vodivosti na teplotě u minerálních izolací. Fyzika působí pro spotřebitele. Čím větší bude zima, tím účinněji bude izolace fungovat. Nutno ale podotknout, že toto nemá u konstrukcí dřevostaveb příliš velký vliv, střední teplota 10 °C bude přibližně v polovině konstrukce, takže i když u vnější strany budou izolace fungovat trochu lépe, u vnitřní strany naopak při teplotách kolem 20 °C budou izolace fungovat hůře, takže se tato zdánlivá výhoda vyruší. Tady se na rozdíl od prvního příkladu nic nevyruší a vlhkost bude mít pouze negativní vliv na fungování tepelné izolace. Reálná vlhkost v izolacích je ve většině případů cca 2%, samozřejmě ale existují výjimky a není jich málo.

Obr. 6: Graf závislosti součinitele tepelné vodivosti na objemové vlhkosti.

9


2.2.2 Zodpovědné stanovení návrhových hodnot tepelné izolace Naprostou chybou projektanta je používání pouze od výrobců deklarovaných hodnot součinitelů tepelných vodivostí λd[W∙m-1∙K-1] při výpočtu prostupu tepla konstrukcí U [W∙m-2∙K-1]. Téměř vždy k nějakému snížení tepelné účinnosti dojde. Velmi nahrubo lze návrhový stav odvodit takto: λu= 1.1∙λd (1) Na stanovení návrhových hodnot izolace existuje národní norma ČSN 73 0540-3. Výpočet lze podle ní provést, nicméně z praktického hlediska je to pro projektanta značně obtížně, protože pro výpočet potřebuje znát spoustu koeficientů, které výrobci neuvádějí (nejsou totiž vyžadovány evropskou výrobní normou, která je pro ně závazná). Návrhové hodnoty lambda se tedy počítají dle této normy podle vztahu 5.2.1.6.: λu = λk∙ [1+ z1∙ Zu∙ z23] (2) kde λk je charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti, tj. hodnota součinitele tepelné vodivosti odvozená pro charakteristickou hmotnostní vlhkost u23/80, popř. určená přímo ze sloupce 7 tabulky A1; Zu

vlhkostní součinitel materiálu, viz sloupec 6, tabulky A.1;

součinitel vnitřního prostředí pro vnitřní konstrukce, kde dochází ke kondenzaci vodní páry, viz z1 tabulka A.7; sdružený součinitel podmínek působení (součinitel materiálu a způsobu zabudování materiálu ve z23 stavební konstrukci), který se stanoví ze vztahu: z23 = uexp – u23/80, popř. z23 = uu – u23/80 (3) kde uexp je okamžitá hodnota hmotnostní vlhkosti stavebního materiálu odebraná ze stavební konstrukce v %; u23/80 charakteristická hmotnostní vlhkost v %; uu

odhad návrhové hodnoty hmotností vlhkosti v %;

Česká norma sice existuje, nicméně běžný projektant podle ní výpočet není schopný provést (aktuální hodnoty koeficientů pro přepočet výrobci neuvádějí, tabulkové hodnoty jsou zastaralé a nevystihují realitu současně vyráběných izolací). Druhý způsob stanovení návrhových hodnot je pak postup podle evropské ČSN EN ISO 12456. Oproti české normě, tato evropská norma primárně vychází z deklarovaných hodnot součinitele tepelné vodivosti, kterou výrobci tepelných izolací běžně neuvádějí, (předchozí česká norma používá charakteristických hodnot součinitele tepelné vodivosti). Výpočet je tedy výrazně jednodušší, deklarované lambdy se přenásobí převodními faktory, které jsou uvedeny v přílohách normy. λ 2 = λ1∙FT∙Fm∙Fa

10

Vzdělávací materiály (4) kde λ1 je původní lambda λ 2 upravená lambda převodní teplotní faktor FT Fm převodní vlhkostní faktor Fa vliv stárnutí

Obr. 7: Vliv teploty, vlhkosti a stárnutí na tepelně izolační výrobky Nevýhoda (nebo výhoda?) této normy je odpovědnost projektanta ve stanovení vlhkosti materiálu v konstrukci. Teplota izolace v zimě je cca 10 °C, takže ve většině případů se nic nemusí přepočítávat. Při použití běžných izolací se vzduchem (minerální vlna, EPS, XPS, dřevovlákno, atd.) se nepřepočítává ani stárnutí materiálu. Jediné co je třeba přepočíst je tedy vliv vlhkosti. (5) kde

je převodní součinitel objemové vlhkosti (viz. Tab. 4) objemová vlhkost v prvním souboru podmínek objemová vlhkost v druhém souboru podmínek

Tab. 1: Vlhkostní převodní součinitele pro běžné izolační materiály (evropská norma - část). Pokud nechceme návrhové součinitele takto složitě počítat, nebo nám vadí pouze paušálně přidat 10 % jako zhoršení, můžeme použít návrhové hodnoty od výrobců izolací, pokud je uvádějí, nebo nechat výpočet na odborném software.

11


Tab. 2: Příklad návrhových hodnot u minerálních izolací u výrobce Isover. Zhoršení je v návrhovém stavu oproti deklarovaným hodnotám od 0,001 do 0,003W∙m-1∙K-1 Degradace lambdy vlivem vlhkosti výrazně ovlivňuje i hydrofobizace výrobků. Obecně převládá trend v používání přírodních materiálů. Pokud ale necháme vlákna úplně bez hydrofobizantu, přírodní materiály nasáknou vodou a jejich tepelná účinnost klesne.

Obr. 8: Podélné a kolmé minerální vlákno, jako hydrofobizant se používá olej.

2.3 Dimenzování tepelné obálky dřevostavby Pokud se nám tedy podařilo stanovit návrhové hodnoty tepelných izolací, můžeme se vrhnout do výpočtu konstrukcí. Měli bychom zohlednit i vliv tepelných mostů a tepelných vazeb mezi konstrukcemi, na toto se často zapomíná a je to hrubá chyba. K součinitelům prostupu tepla jednotlivých konstrukcí v ideálním úseku tedy započítáváme tyto přirážky: U = Uid + ΣΔUtbk + ΣΔUtbj +ΣΔU (6) kde Uid

součinitel prostupu tepla ideálního úseku

ΣΔUtb vliv tepelných mostů (např. kotvení izolace talířovými hmoždinkami) ΣΔUtbj vliv tepelných vazeb (např. u styku svislé a vodorovné konstrukce) ΣΔU vliv jiných tepelných toků (např. pronikání dešťové vody u inverzních střech)

Tepelné vazby a tepelné mosty je možné přesně spočítat, resp. namodelovat ve speciálním software. Pro dřevostavby ve vyšším energetickém standardu je to nutnost. Pro běžné budovy se ale toto nedělá a je možné použít i doporučené přirážky dle ČSN 73 0540-4. Obvykle platí toto (viz. výše uvedená norma): • konstrukce téměř bez teplených mostů (úspěšně optimalizované řešení) • ΣΔUtbk,j ≈ 0,02 W∙m-2∙K-1,

12

Vzdělávací materiály • konstrukce s mírnými tepelnými mosty (typové či opakované řešení) ΣΔUtbk,j ≈ 0,05 W∙m-2∙K-1, • konstrukce s běžnými tepelnými mosty (dříve standardní řešení) ΣΔUtbk,j ≈ 0,10 W∙m-2∙K-1, • konstrukce s výraznými tepelnými mosty (zanedbané řešení) ΣΔUtbk,j ≈ 0,15 W∙m-2∙K-1. Pro stanovení je v normě definován také soubor přirážek na tepelné vazby, nicméně vyhláška č. 78/2013 Sb. definuje jednotnou přirážku na tepelné vazby v hodnotě 0,02 W∙m-2∙K-1, takže doporučené přirážky pro vazby dle ČSN 73 0540-4 nechme v tomto případě stranou.

Obr. 9: Ukázka prefabrikované dřevostavby Prefabrikace dřevostaveb snižuje riziko výskytu nežádoucích tepelných mostů a jejich negativní dopad na kvalitu budovy.

2.3.1 Výpočet dle vyhlášky č. 78/2013 Sb. Výpočet není rozhodně nijak triviální. Hodnocení energetické náročnosti závisí na splnění mnoha ukazatelů energetické náročnosti budovy a nejde to příliš zjednodušovat. V tomto příspěvku se pro přiblížení problému dimenzování stavebních konstrukcí dřevostaveb zaměříme na ty ukazatele, které se přímo týkají konstrukcí (zvýrazněno tučně): a) celková primární energie za rok; b) neobnovitelná primární energie za rok; c) celková dodaná energie za rok; d) dílčí dodané energie pro technické systémy vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení za rok; e) průměrný součinitel prostupu tepla; f) součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici; g) účinnost technických systémů. Vyhláška tedy o průměrném součiniteli prostupu tepla hovoří takto: Požadovaná základní hodnota průměrného součinitele prostupu tepla jednozónové budovy Uem,N,20,R se stanoví jako vážený průměr normových požadovaných hodnot součinitelů prostupu tepla UN,20 všech teplosměnných konstrukcí obálky jednozónové budovy podle vztahu: 13

Technické zařízení budov a energetika Uem,N,20,R = fR∙ [ Σ(UN,20,j ∙Aj∙ bj) / ΣAj + ΔUem,R ] (7) kde fR je UN,20,j Aj bj ΔUem,R

redukční činitel požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla; normová požadovaná hodnota součinitele prostupu tepla; plocha j-té teplosměnné konstrukce, stanovená z vnějších rozměrů; teplotní redukční činitel odpovídající j-té konstrukci podle ČSN 73 0540-2:2011; přirážka na vliv tepelných vazeb (0,02 W∙m-2∙K-1).

Pro nové obytné budovy je požadovaná základní hodnota průměrného součinitele prostupu tepla Uem,N,20,R (včetně oken) rovna nejvýše: Uem,N,20,R,max = 0,50 W∙m-2∙K-1 (8) Tab. 3: Vybrané parametry referenční budovy dle vyhlášky č. 78/2013 Sb. Referenční hodnota Dokončená Parametr Označení Jednotky Nová budova nebo budova její změna Redukční činitel požadované 1,0 0,8 základní hodnoty průměrného fR součinitele prostupu tepla Dopočet maximálních hodnot průměrného součinitele 0,4 Uem,N,20,R,max W∙m-2∙K-1 0,5 prostupu tepla pro obytné budovy (dřevostavby)

Budova s téměř nulovou spotřebou energie 0,7

0,35

2.3.2 Doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla Co z tohoto vyplívá? V prvé řadě bychom u konstrukce dřevostavby měli dodržet požadované hodnoty součinitele prostupu tepla podle normy ČSN 73 0540-2. V návaznosti na vyhlášku č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov, dále přibývá požadavek na splnění průměrných součinitelů prostupu tepla, u nových budov redukován na 0,8 násobek základních požadovaných normových hodnot. Jednoznačné stanovení součinitelů prostupů tepla není možné stanovit, bez předchozího výpočtu. Bude velice záležet na velikosti domu a poměru jednotlivých obalových konstrukcí (včetně oken).

Obr. 10: Velikost domu ovlivní doporučené hodnoty součinitelů prostupu tepla U.

14

Vzdělávací materiály Jako příklad výpočtu ověřování průměrného součinitele tepla byl zvolen dům Kubis 631 od firmy RD Rýmařov. Dům je kompaktního tvaru a je řešen v nízkoenergetickém standardu.

Obr. 11: Ukázkový dům Kubis 631, zdroj: http://www.rdrymarov.cz/ Pokud by byl dům navržen pouze v požadovaných hodnotách součinitelů prostupu tepla dle ČSN 730540-2, nesplnil by požadavky aktualizované vyhlášky č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov. Tab. 4: Výpočet průměrného součinitele prostupu tepla PožadovanéhodnoPlocha ty UN,20 dle ČSN A 730540-2 2 [m ] [W∙m-2∙K-1] Okna 24 1,5 Stěny 160 0,38 Střecha 78 0,24 Podlaha na terénu 63 0,24 325 ΣAj

Činitel teplotní redukce bj dle ČSN 73 0540-3 UN,20,j ∙Aj ∙ bj a ČSN 73 0540-2 [-] 1 1 1 0,49 Σ(UN,20,j ∙Aj ∙ bj)

36,0 60,8 18,7 13,9 129,4

Uem,N,20= Σ(UN,20,j ∙Aj∙ bj) / ΣAj + ΔUem,R = 129,4 / 325 + 0,02 = 0,42 W∙m-2∙K-1 Uem,N,20(0,42)
15


Obr. 12: Řez ukázkovým domem Kubis 631

16


Obr. 13: Popis a parametry deklarovaných konstrukcí domu Kubis 63

17


Tepelné izolace Ing. Pavel MATOUŠEK

3

TEPELNÉ IZOLACE POTRUBÍ

3.1 IZOLACE POTRUBNÍCH ROZVODŮ – TZB Hlavní důvody izolování technického zařízení budov mohou být zejména následující: A1) zamezení ztráty tepla (proti poklesu teploty média při transportu a/nebo akumulaci, proti úniku tepla do nežádoucího prostoru s nižší / pokojovou teplotou okolí), anebo A2) u chladného média – proti jeho nežádoucímu ohřevu při transportu a/nebo akumulaci, A3) zamezení přílišné dodávky ztrátového tepla do interiéru budovy (nízkoenergetické domy NED, pasivní domy PD, domy s téměř nulovou spotřebou tepla) – nutnost eliminace ztrát a snížení potřeb energie na regulaci nežádoucím způsobem stoupající teploty ve vnitřním prostředí objektu, B) požární ochrana objektu – ochrana proti šíření ohně a spalin po potrubí a jeho prostupy, C) zamezení kondenzace na anebo uvnitř potrubí s chladnými médii (pitná voda, chladný čerstvý větrací vzduch), D) ochrana proti hluku (střešní vnitřní odpady, kanalizace – stoupačky z tenkého plastu, odpadní vodorovné větve – splašková voda), E) ochrana proti nebezpečnému dotyku při teplotách média nad +50 °C v přístupných místech, a to z hlediska bezpečnosti práce – připadá v úvahu u vysokoteplotních zdrojů: kotle a jejich sopouchy, krbové vložky, výměníky tepla (s vodním obsahem anebo teplovzdušné), zásobníky, boilery, ale také solární články s přípojným potrubím. Teploty u zásobníků mohou přesáhnout na straně zdroje teplotu +100 °C, solární články s nemrznoucí náplní mohou dosahovat v létě teplot i kolem +180 °C a teploty spalovacích zdrojů (s palivem plynným, kapalným i pevným) mohou přesahovat +600 °C, havarijní stav komínů (požár sazí v komíně) může vyvolat teploty až +900 °C – zde už se jedná o možnou destrukci a vyvolání požáru celé stavby. Body A1 – A3 se týkají tepelné stránky této problematiky, tedy ztráty tepla (udává se ve wattech na běžný metr potrubí příslušné dimenze anebo na čtvereční metr potrubí nebo tělesa) s ohledem na teplotu okolí, povrch teplosměnné plochy (potrubí, izolaci nebo povrchovou úpravu izolace).

3.1.1 Rozvody topných médií – voda Materiály používané pro rozvody vody pro ÚT: maximální provozní teplota do +90 °C, pro zajištění havarijního stavu (přetopený kotel na pevná paliva – teplota na straně výstupu okolo bodu varu vody za daného provozního tlaku – max. teplotní odolnost izolace do +120 °C). V případech, kdy se teplota média v daném zařízení (zásobník, potrubí – zpětné větve ÚT apod.) pohybuje pod +40 °C, není nutno podle vyhlášky č. 193/2007 Sb. taková zařízení izolovat, ale vzhledem k jiným potřebám (místní přehřívání, nutnost instalace recirkulačních větví apod.) může taková nutnost zaizolování vzniknout a jde pak o požadavek projektanta, investora nebo uživatele. Recirkulační potrubí

18

Vzdělávací materiály má smysl pouze tam, kde jsou délky potrubních větví velmi velké a i když jsou odběry nepravidelné, je zapotřebí mít stále k dispozici plnou provozní teplotu média, zpravidla teplé užitkové vody. Technické provozní podmínky splní a dostatečnou izolační schopnost mají následující izolační výrobky: A) izolační pouzdra (trubice) z pěnových plastů (PE, pryž, PUR, PIR – s povrchovou úpravou plastovou fólií), dodávají se v délkách 2 – 6 m, tloušťky izolace od 5 do 50 mm, B) izolační pouzdra z minerálních vláken (skleněná vlákna, čedičová plst – vždy s povrchovou úpravou z hliníkové vyztužené fólie, dodávají se v délkách 1 – 1,2 m, tloušťky izolace 20 – 100 mm (rozsah tlouštěk se zpravidla volí do max. 60 mm), vyrábějí se řezaná nebo vinutá, C) izolační rohože lamelové nebo rohože na drátěném pletivu z minerálních vláken, s povrchovou úpravou z hliníkové fólie (izolace zásobníků, boilerů apod.), dodávají se v tloušťkách 20 – 100 mm, rozměry – šířka 0,5 – 1 – 1,2 m, délky od 2,5 do 10 m, Tyto výrobky má nejvyšší teplotní odolnost, tj. trvalou nejvyšší provozní teplotu (v rozmezí +600 až +850 °C). Další podmínky pro provoz instalací – pokud potrubí s izolací prochází několika požárními úseky, musí být prostupy potrubí zajištěny proti šíření požáru (tedy teploty, spalin a kouře) přes požární dělicí stěnu (svislou – zeď, příčka, vodorovnou – podlahu/strop). K tomu slouží různé požárně klasifikované technické prostředky – těsnicí potrubní prostupy (manžety) na bázi napěňujících fólií, které se instalují na potrubí. Tyto výrobky se liší podle toho, jestli je potrubí, které prochází prostupem, spalitelné nebo nespalitelné. Manžety mají při spuštění své funkce – iniciované okolní teplotou – tak velkou svěrnou sílu, že změklé spalitelné (plastové tenkostěnné nebo silnostěnné potrubí) v případě požáru dokážou přestřihnout nebo zploštit a přitom zcela zaplnit a utěsnit vzniklý otvor vzniklý v prostupu. V blízkosti takového potrubního prostupu a v něm musí být v předepsané délce použita izolace na potrubí s reakcí na oheň pouze A1 nebo A2, tedy izolace z minerálních vláken bez ohledu na to, zda prostupuje spalitelné (plastové) nebo nespalitelné potrubí (ocel, tvrdá měď, litina, betonová nebo keramická trouba). Tab. 5: Tepelné ztráty, povrchové teploty a dimenze izolace potrubí – potrubní pouzdra ROCKWOOL 800 (vinutá pouzdra z kamenné vlny, s hliníkovou armovanou fólií na povrchu) Potrubí DN

De

(“) 1/4“ 3/8“ 1/2“ 3/4“ 1“ 5/4“ 6/4“ 2“

(mm) 15 18 22 28 35 42 48 54 60 76 89

21/2“ 3“

Ztráta tepla Q

Povrchová teplota izolace Tp (°C) / energetická úspora (%)

holým potrubím (W/bm) (W/m2) 331,1 15,6 316,9 17,9 302,0 20,9 285,0 25,1 270,2 29,7 258,8 34,1 250,7 37,8 243,8 41,4 237,8 44,8 224,8 53,7 216,6 60,6

Tloušťka izolace potrubí – potrubní pouzdro ROCKWOOL 800 20 (mm) 24,8 75 25,1 77 25,4 78 25,9 79 26,3 80 26,6 81 26,9 81 27,2 81 27,4 82

30 (mm) 22,9 79 23,1 80 23,4 81 23,7 83 24,1 84 24,4 84 24,6 85 24,8 85 25,0 85 25,3 86 25,6 86

40 (mm)

22,2 22,5 22,8 23,0 23,2 23,4 23,5 23,9

84 85 86 86 87 87 88 88

50 (mm)

22,2 22,4 22,5 22,6 22,9

88 88 89 89 89

60 (mm)

22,0

90

Pozn.: teplotní odolnost potrubních pouzder ROCKWOOL 800 je +250 °C, doporučená maximální teplota hliníkové fólie +100 °C. De – vnější průměr potrubí = vnitřní průměr izolačního potrubního pouzdra.

19

Technické zařízení budov a energetika Tab.5 se vztahuje k systému rozvodu ÚT a horké vody ZTI s teplotou média 55 °C/ teplotou okolí 18 °C (teplota interiéru v technických místnostech apod.), rozvodné potrubí vodorovné. Barevně je vyznačen návrh izolace, který pro dané dimenze a podmínky právě vyhovuje platné vyhlášce č. 193/2007 Sb. – zeleně, anebo červeně – ještě nevyhovující dimenze. Energetická úspora izolace je vztažena k základní tepelné ztrátě (sloupec 3 a 4), která je vyčíslena pro potrubí zcela neizolované (v prostředí s přirozeným prouděním vzduchu, teplotě okolí 18 °C).

3.1.2 Rozvody pitné vody Ochrana proti kondenzaci – přívody a rozvody pitné vody.Aby se zabránilo kondenzaci na potrubí (médium má uvnitř potrubí teplotu mezi +4 °C – zimní extrém při velkém odběru, až po + 12 °C, průměrně však +8 °C), což je níže než teplota rosného bodu při návrhové vnitřní teplotě a vlhkosti +21 °C/50 % rel. vlhkosti, izoluje se i toto potrubí. Kondenzující vlhkost by mohla způsobovat korozi potrubí a mohla by při odkapávání a vlhčení okolních konstrukcí způsobovat další škody, včetně potenciálu nastartování procesu plesnivění (např. v příčkách, na povrchu stěn s omítkou a malbou apod.). K izolaci se zde používají potrubní pouzdra z pěnového polyetylénu anebo pěnové pryže, které mají hladký a částečně pro vodní páru nepropustný povrch. Teplotní odolnost takových výrobků je kolem +70 °C, u pěnové pryže výše. Tloušťky stěn se vzhledem k malému teplotnímu rozdílu pohybují v rozmezí 5 – 10 – 15 – 20 mm. V prostorách, kde je situován přívod pitné vody a hrozí nebezpečí zamrznutí, se používají pouzdra stejného typu. Pokud se ale předpokládá malý odběr s přerušením po určitý časový úsek a v daném prostoru hrozí mráz (sklepní nevytápěné prostory, přívod s vodoměrnou šachtou v menší než nezámrzné hloubce, průchod potrubí nevytápěnou a větranou garáží apod.), je nutno na potrubí instalovat topné prvky, které pomocí termostatu a relativně malého elektrického příkonu (řádově 10 W/bm) dokážou udržovat teplotu pitné vody pod izolací na nastavené úrovni – např. na +5 °C. Způsob připevnění izolace na potrubí – děje se u plastových pěnových izolací pomocí přelepovacích pásek, pomocí plastových C-sponek, u požadavku na těsnost a odolnost proti kondenzaci pak také lepením podélných a příčných spojů potrubí (pryžová pouzdra). Izolace z minerálních vláken s povrchovou úpravou z hliníkové fólie se přelepují (po uzavření podélných spojů, kde je zpravidla samolepicí páska) hliníkovou vyztuženou páskou i napříč a přelepují se jim spoje. Kolena mají dodatečnou povrchovou úpravu z plastových tvarovek – vyřezávají se ze segmentů a řezy se tak překryjí. U stoupaček je zapotřebí zabránit sjíždění izolace gravitací – to je vhodné pevným stažením pouzdra drátkem (ve třech místech na běžný metr potrubí) a takový spoj se pak přelepuje hliníkovou páskou (nemusí být vyztužená) proti korozi a z estetických a bezpečnostních důvodů. Způsob připevnění izolace na tělesa – pokud se neinstalují zařízení s již zabudovanou izolací pod krycím pláštěm, je možno instalovat izolační rohože ovinutím, stabilizací pomocí pozinkovaných drátků přes obvod (těsným stažením a zavázáním drátků – alespoň 3 spoje na metr), u větších těles se pak vkládají distanční lišty Z nebo OMEGA, které se pouze dotýkají stěn těles (zásobníky, boilery apod.). K distančním lištám se pak připevní plášť šroubováním (hliníkový nebo ocelový pozinkovaný plech). Oplechování je snazší u válcových těles než u těles pravoúhlých. Zde se v některých případech volí přivařené trny nebo lišty z pásové oceli, která mají připevňovací lišty ve vzdálenosti od tělesa shodné s tloušťkou izolačních desek nebo rohoží. Rohože jsou univerzálně použitelné na všechny tvary, izolační desky se zpravidla dají ohýbat na válcové nádoby, ale až od určitých průměrů (v závislosti na tlouštce izolace), proto je třeba desky vhodné používat raději pouze na pravoúhlá tělesa.

20


3.1.3 Rozvody VZT potrubí Vzduchotechnické potrubí má vždy sací větev (s nízkou teplotou – venkovní vzduch je přiváděn do větrací jednotky), zde se musí zamezit kondenzaci vzdušné vlhkosti uvnitř i vně potrubí. U rozvodu vzduchu uvnitř objektu má izolace význam z hlediska ztráty tepla a dodávky vzduchu o přesných parametrech – cestou hrozí, pokud by bylo potrubí neizolované, změna teploty a tepelná ztráta (kromě ztráty tlakové). Nejvyšší teploty v potrubí se mohou vyskytovat do max. +45 °C, což znamená, že se zde dají využít i izolace samolepicí (např. rohože Klimafix – lepí se přímo vně na stěny pravoúhlých kanálů nebo kruhového potrubí), anebo se pro izolace běžné může použít samolepicích trnů. Potrubí s nízkými teplotami (nižší než teplota interiéru stavby, a bez protipožární funkce – zde se na izolování opět využívají pěnové plasty, tentokrát ve formě desek (opět pěnový polyetylén anebo pěnová pryž). Tepelné izolace potrubí – liší se podle toho, zda je potrubí zhotoveno z plastů (často se dodávají již izolované plastové kanály, případně elastické potrubí), nebo je potrubí z hliníku, ocelového plechu anebo pozinkovaného ocelového plechu. Potrubí vkládané do podlah, potrubí v podhledech a potrubí s požárně klasifikovanými vlastnostmi se zhotovuje z ocelového pozinkovaného plechu – kruhové hladké nebo spirálně vinuté potrubí, anebo potrubí pravoúhlé. Protipožární izolace ocelového potrubí kruhového a pravoúhlého – řeší se pomocí požárně izolačních obkladů na potrubí (výrobky na bázi kamenné vlny – rohože pro kruhové potrubí, desky pro pravoúhlé potrubí, nebo desky na bázi sádrokartonu, sádrovláknitých nebo kalciumsilikátových hmot). U vzduchotechnického potrubí existuje i možnost celé potrubí oddělit od okolních konstrukcí např. požárním podhledem. Používá-li se protipožární systém na potrubí, musí být potrubí zhotoveno pouze z ocelového pozinkovaného plechu příslušným způsobem (tedy tak, jak bylo odzkoušeno – přírubové a bezpřírubové spoje potrubí, tloušťka plechu, výztuhy v prostupech potrubí dělicími požárními stěnami), musí se použít odzkoušená požární izolace dané tloušťky pro příslušnou požární klasifikaci a musí jej instalovat pouze odborně zaškolený zhotovitel (s osvědčením o zaškolení). Způsob připevnění izolace na potrubí – výhradně schválenými spojovacími prostředky, které jsou popsány v požární klasifikaci a popisu protipožárního izolačního systému. Ostatní potrubí – samolepicí izolace, vruty, šrouby, navařovací nebo samolepicí trny, u tuhých deskových obkladů pak ještě tmel a speciální drátové kotvy, sponky apod.

3.1.4 Rozvody potrubí pro odvod tepla a kouře Protipožární izolace ocelového potrubí kruhového a pravoúhlého, které slouží pro havarijní – požární odtah kouře a tepla (OTK) ve stavbě je řešen zpravidla jako výše – pomocí protipožárních obkladů potrubí. Provedení se liší, pokud se vyžaduje takový systém, který může procházet více než jedním požárním úsekem (označuje se multi). Materiálová báze obkladů – viz výše jako u vzduchotechnického potrubí s protipožární funkcí. Neizolovaná potrubí OTK v jediném požárním úseku (single, jde o tentýž úsek, ve kterém vzniknul požár), která neprocházejí přes vedlejší požární úseky, dokonce na určité třídy požární odolnosti (např. EI 30 minut) nemusejí být vůbec izolovány, ovšem musí takto být odzkoušeny a mít platnou požární klasifikaci. Požární odolnost má v tomto případě samotný plech daného typu potrubí, společně s těsněním spojů a dalšími prvky konstrukce potrubí.

21


3.2 IZOLACE TĚLES – ZÁSOBNÍKY HORKÉ VODY, SOLÁRNÍ PANELY Tab. 6: Tepelné ztráty, povrchové teploty a dimenze izolace těles izolace rohoží ROCKWOOL Larock 40 ALS (rohož s kolmými vlákny z kamenné vlny, s hliníkovou armovanou fólií na povrchu) Průměr Povrchová teplota izolace Tp (°C) / energetická ztráta (W/m2) Ztráta tepla Q tělesa holým tělesem De Tloušťka izolace tělesa – rohož ROCKWOOL Larock 40 ALS 80 100 60+60 60+80 80+80 (mm) (W/m2) (W/bm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 350 527,4 579,9 21,0 20,7 20,4 16,3 20,0 13,3 19,7 11,1 19,5 9,5 500 527,4 828,4 21,1 21,7 20,5 17,2 20,1 14,1 19,8 12,3 19,6 10,2 630 527,4 1043,8 21,2 22,2 20,6 17,7 20,2 14,6 19,8 12,7 19,6 10,6 800 527,4 1325,5 21,3 22,7 20,7 18,1 20,2 15,0 19,9 13,0 19,7 11,0 1000 527,4 1656,8 21,3 23,0 20,7 18,5 20,3 15,3 19,9 13,2 19,7 11,3 1200 527,4 1988,2 21,4 23,3 20,7 18,7 20,3 15,5 20,0 13,5 19,7 11,5 1500 527,4 2485,2 21,4 23,5 20,8 19,0 20,3 15,8 20,0 13,7 19,8 11,7 Tab. 6 se vztahuje k teplotě média 60 °C/ teplotě okolí 18 °C (teplota interiéru v technických místnostech apod.), těleso ve svislé orientaci (stojatá válcová nádrž - zásobník). Tab. 7: Tepelné ztráty, povrchové teploty a dimenze izolace těles izolace rohoží ROCKWOOL Larock 40 ALS (rohož s kolmými vlákny z kamenné vlny, s hliníkovou armovanou fólií na povrchu) Průměr Povrchová teplota izolace Tp (°C) / energetická ztráta (W/m2) Ztráta tepla Q tělesa holým tělesem De Tloušťka izolace tělesa – rohož ROCKWOOL Larock 40 ALS 80 100 60+60 60+80 80+80 (mm) (W/m2) (W/bm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 350 1065,4 1171,5 23,3 38,2 22,2 30,0 21,5 24,4 21,0 20,4 20,6 17,5 500 1065,4 1673,6 23,5 40,0 22,5 31,7 21,7 25,9 21,2 21,8 20,7 18,7 630 1065,4 2108,7 23,6 40,9 22,6 32,6 21,8 26,8 21,3 22,6 20,8 19,5 800 1065,4 2677,7 23,7 41,8 22,7 33,4 21,9 27,6 21,4 23,3 20,9 20,2 1000 1065,4 3347,2 23,8 42,4 22,8 34,0 22,0 28,2 21,4 23,9 21,0 20,7 1200 1065,4 4016,6 23,9 42,9 22,8 34,5 22,1 28,6 21,5 24,4 21,1 21,2 1500 1065,4 5020,8 24,0 43,4 22,9 35,0 22,1 29,1 21,6 24,8 21,1 21,6 Tab. 7. se vztahuje k teplotě média 90 °C/ teplotě okolí 18 °C (teplota interiéru v technických místnostech apod.), těleso ve svislé orientaci (stojatá válcová nádrž - zásobník). Izolace určené pro izolování – jedná se zpravidla o univerzální rohože a lamelové rohože z minerálních vláken s příslušnou teplotní odolností (provozní teplotou). Integrované hotové zásobníky, tepelná čerpadla a podobná technika už izolace tělesa zpravidla má (PUR pěna, minerální izolace). U solárních prvků je třeba dát pozor na teploty – dosahují až +180 °C, izolace z minerálních vláken musí být certifikována pro tento účel – aby nedocházelo k sublimaci pojiv a hydrofobních prostředků na zrcadla a skleněná pouzdra článků, která by ztrácela transparentnost (zašednutí, usazení kondenzovaných látek pod sklem a na plochách chladnějších zrcadel – čoček). Přípojná potrubí k solárním článkům, pokud jsou v exteriéru, je nutno chránit povrchovou úpravou: minerálně vláknitá izolace s hliníkovou fólií

22

Vzdělávací materiály není určena do venkovního prostředí a nemůže sama odolat vlivu srážek (hliníková fólie se snadno poškodí při montáži, nebo ji perforují kroupy nebo agresivní potravu hledající ptáci), proto je nutno ji chránit dostatečně odolným krytím (plastové fólie vodotěsně slepené, oplechování se zatmelením proti vodě). Způsob připevnění izolace na tělesa – pokud se neinstalují zařízení s již zabudovanou izolací pod krycím pláštěm, je možno instalovat izolační rohože ovinutím, stabilizací pomocí pozinkovaných drátků přes obvod (těsným stažením a zavázáním drátků – alespoň 3 spoje na metr), u větších těles se pak vkládají distanční lišty Z nebo OMEGA, které se pouze dotýkají stěn těles (zásobníky, boilery apod.). K distančním lištám se pak připevní plášť šroubováním (hliníkový nebo ocelový pozinkovaný plech). Oplechování je snazší u válcových těles než u těles pravoúhlých. Zde se v některých případech volí přivařené trny nebo lišty z pásové oceli, která mají připevňovací lišty ve vzdálenosti od tělesa shodné s tloušťkou izolačních desek nebo rohoží. Rohože jsou univerzálně použitelné na všechny tvary, izolační desky se zpravidla dají ohýbat na válcové nádoby, ale až od určitých průměrů (v závislosti na tloušťce izolace), proto je třeba desky vhodné používat raději pouze na pravoúhlá tělesa.

3.3 IZOLACE VYSOKOTEPLOTNÍCH ZDROJŮ TEPLA Jedná se o kotle, krby, krbové vložky, horkovzdušné rozvody vzduchu (protipožární izolace). V této oblasti se vyskytují některé systémy izolované už dodavatelsky (kotle, některé krbové vložky) v rámci dílenské prefabrikace. Zpravidla však krby a horkovzdušné rozvody z těchto zařízení se zhotovují nebo dokončují přímo na stavbě a izolace se tedy montuje až dodatečně. Typická teplotní odolnost je u přímožárných zařízení (tj,. takových, které nemají vodní plášť) vyžadována v úrovni +600, výjimečně +800 °C. U vodních plášťů, kde je spalovací komora zdroje tepla obklopena vodní vložkou, se teploty pláště nemohou dostat přes +130 °C. Tomu odpovídá výběr materiálu – pro teploty do +130 °C postačuje použít izolace z minerálních vláken, s příslušnou tloušťkou (zejména proti zabránění nebezpečného dotyku a tepelné ztrátě), a to rohože na hliníkové fólii nebo rohože lamelové na hliníkové fólii. Pro vysokoteplotní zdroje se používají pouze desky nebo rohože na drátěném pletivu s příslušnou teplotní odolností (výhradně kamenná vlna na bázi čediče). V tomto případě je nejdůležitějším faktorem kvality izolace dostatečná objemová hmotnost (80 kg/m3 a více). Je třeba vědět, že nové zařízení se při spouštění do provozu musí tzv. vypalovat – tj. nastane situace, kdy je třeba najíždět na provozní teploty pomalu, přitom se uvolňují plyny vznikající termickým rozkladem pojiva (projevuje se mírným štiplavým pachem, což je třeba odvětrat z objektu, vyžaduje setrvání několika hodin na provozní teplotě). Pokud by se použila tzv. úsporná izolace tj. namísto technických desek nebo rohoží s příslušnou objemovou hmotností se použijí izolace o menší hmotnosti a určené pro stavební účely (obsahují více pojiva), mohlo by dojít po vypálení pojiva ke zborcení izolace – ztrátě tvaru, tloušťky sesypání vláken ve svislé poloze. Důležitá poznámka pro stavbu krbových těles – zde je nutno připomenou, že přímo v ČSN 73 4230:2014 Krby s otevřeným a uzavíratelným ohništěm je v článku 6.3.3 uvedeno, že se nesmí v tomto případě použít holá minerálně vláknitá izolace, a pokud ano, tak musí být zapouzdřena (proti úletu vláken – např. nerezovým plechem) a její objemová hmotnost musí dosáhnout min. 90 kg/m3, s bodem tání vláken min. +1000 °C. Této specifikaci odpovídají některé výrobky z kamenné vlny (rohože na drátěném pletivu a desky). Pouzdro chránící proti rozvolnění izolace není možné vynechat – anebo se namísto vláknité izolace používají značně méně teplotně izolující desky z kalciumsilikátu.

23

Technické zařízení budov a energetika Způsob připevnění izolace na těchto žárových (sálavých) topných tělesech a jejich komorách – izolace se napichuje na zaražené nebo navrtané trny (do zdiva z pórobetonových tvárnic nebo šamotových a magnezitových cihel), nebo na navařené (na ocelové pláště) trny s kloboučky. Velmi vhodné jsou izolace na drátěném pletivu, protže se dají vystříhat, pozohýbat a vytvarovat a do okamžiku vložení drží předformovaný tvar.

Obr. 14: Schéma sálavého krbu bez mezistěny, svislý řez Schéma jednoduchého krbu s izolacemi v legendě – pod bodem 9 (citováno z normy).

24


3.4 IZOLACE KOMÍNOVÉ TECHNIKY Komíny (systémové keramické, obyčejné - dvouplášťové, nerezové kouřovody, sopouchy) – izolace pro vzduchotechnické potrubí s požární odolností a pro odvod tepla a kouře (OTK) zde není použitelná.

3.4.1 Zděné komínové systémy Tyto prvky se zpravidla instalují v systémovém provedení, tedy jako keramické bloky, betonové tvarovky nebo tvarovky z lehčeného betonu, které mají vzduchovou mezeru (průduchy) a mezeru pro izolace (pokud jsou izolované). Sem se vkládá výrobcem předepsaná izolace – deska z kamenné vlny opět s objemovou hmotností 90 kg/m3 (a více jako výše), opět z důvodu odolnosti proti vysoké teplotě. Provozní tepoty však nemusí být deklarovány jako vysoké, ať už pro běžný nebo kondenzační provoz kotle. Do takto izolovaného tělesa se vkládá samotný kouřovod – tedy keramická vložka. Izolace je vytvořena jako potrubní pouzdro (speciální výrobek) nebo frézovaná tvarovka se zářezy, která se dodává v plochém tvaru a před vložením se zkruží a zasune do mezery. Způsob připevnění izolace – volné vložení systémového výrobku při sestavování komína.

3.4.2 Plechové komíny a sopouchy Plechové komíny se sestavují jako samostatně kotvené dvouplášťové nebo jednoplášťové systémy, zpravidla ve venkovním provedení. Mohou a nemusí být z nerezové oceli, oplechování může být z nerezové oceli, pozinkovaného plechu (velké průměry z jemně tvarovaného a zkruženého profilovaného plechu) nebo hliníku. Vnější obal musí být i s koleny a tvarovkami opláštěný vodotěsně. Izolace komínů i sopouchů musí být provedena s ohledem na kritické teploty, v případě zaústění přes ventilátor, kde nastává chvění je nejvhodnější izolací rohož na drátěném pletivu. Pletivo dokáže udržet rohož celistvou a funkční i v případě vypálení pojiva – i zde je specifikována izolace z kamenné vlny. Izolace se u malých komínových světlostí převazuje drátkem, konce rozstřiženého pletiva se spojí zaháknutím nebo se použijí drátové sponky. U větších komínů a kouřovodů z plechu se mohou navařovat lišty anebo se komín opatří přivařovacími trny, na které se izolace napichuje a fixuje podložkami (pérová naseknutá podložka k naražení na upevněný trn), anebo se používají trny přivařovacís kloboučky (montáž se děje po navinutí izolace na válcové těleso komína nebo sopouchu).

25


Technická zařízení budov Bc. IVO PAVERA

4

TECHNICKÉ ZAŘÍZENÍ BUDov

4.1 Vliv novely energetického zákona na TZB Jak již bylo zmíněno výše od 1.1.2013 vstoupil v platnost nový zákon č. 318/ 2012 Sb., který mění zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií. Předmětem řešení je také samotné vytápění objektů. Se zákonem také vstoupila v platnost novelizovaná vyhláška č. 78/2013 o energetické náročnosti budov, která nastavuje parametry technických zařízení budov, které je potřeba dodržet při výstavbě nových objektů či rekonstrukcí nebo také u budov s téměř nulovou spotřebou energie. Jedná se o tzv. parametry referenční budovy, se kterými se následně porovnávají navržené parametry konkrétní hodnocené budovy při výpočtu energetické náročnosti budovy. V případě konkrétních hodnot se jedná např. o účinnosti zdrojů tepla a teplé vody, účinnosti distribuce energie na vytápění, měrná tepelná ztráta zásobníku teplé vody, nebo měrná tepelná ztráta rozvodů teplé vody, atd. viz. Tab. č. 8. Tab. 8: Vybrané parametry referenční budovy pro technické zařízení budov: vyhláška č. 78/2013. Referenční hodnota DokončeBudova s téParametr Označení Jednotka ná budoNová měř nulovou va a její budova spotřebou změna energie Vytápění étaH, gen, Účinnost výroby energie zdrojem tepla % 80 R Účinnost distribuce energie na vytápění

étaH, dis,R

%

85

Účinnost sdílení energie na vytápění

étaH, em,R

%

80

%

85

Wh / (l.den)

7

Wh / (l.den)

5

Wh / (m.den)

150

Příprava teplé vody Účinnost zdroje tepla pro přípravu teplé étaH, gen, vody R Měrná tepelná ztráta zásobníku teplé vody vztažena k objemu zásobníku QW, st, R v litrech do celkového objemu zásobníku 400 l Měrná tepelná ztráta zásobníku teplé vody vztažena k objemu zásobníku v lit- QW, st, R rech nad celkový objem zásobníku 400 l Měrná tepelná ztráta rozvodů teplé vody QW, dis, R vztažená k délce rozvodů teplé vody

26

Vzdělávací materiály Z následujícího vývoje je patrné, že to co se nastavilo v minulých letech jako doporučené hodnoty pro nízkoenergetické stavby, se v tuto chvíli stalo povinností. Budovy pro rodinné bydlení postavené v posledních dvaceti letech mají převažující měrnou potřebu tepla na vytápění 80 – 140 kWh//m2.rok. Hodnota měrné potřeby tepla na vytápění se odvíjí od mnoha parametrů vstupujících do výpočtu. Převážně záleží na tepelně technických vlastnostech. Zde je důležité zmínit, že energetické myšlení šlo v tomto směru velmi rychle kupředu a objekty mají cca o polovinu menší náklady na vytápění oproti výstavbě např. před cca 20 lety. Zajímavé je sledovat vývoj nákladů na vytápění od r. 1993, který je na Obr.15., který zveřejnil Český statistický úřad. V tomto případě se jedná o porovnání nákladů za bydlení u domácností napojených na teplárny. U potřeby tepla na vytápění je patrná klesající tendence právě díky vývojovým změnám jako např. zregulování soustav, osazení termostatických ventilů, výměně oken nebo díky komplexnímu zateplování objektů.

Obr. 15: Vývoj podílu nákladů na vytápění, zdroj: Český statistický úřad A tento vývoj se také dotknul i menších objektů pro rodinné bydlení. Také obálka budovy se postupem času začala upravovat tak, aby energetická náročnost objektu byla co nejnižší. Se snížením tepelných ztrát objektů je důležité věnovat pozornost také teplovodním soustavám s otopnými tělesy, které byly před 20 lety nejběžnější typ zdroje rozvodů topné vody. V dnešní době si již nikdo nedovede představit moderní budovu bez promyšleného systému vytápění. Dřívější doba nabízela max. teplovodní, parní, teplovzdušné rozvody topné vody a dnes je na výběr nepřeberné množství systémů.

4.2 Vývoj ústředního vytápění Prvotní systémy ústředního vytápění pracovaly se samotížným oběhem topné vody. Přirozený oběh vzniká vlivem rozdílných hustot vratné – chladnější a přívodní – teplejší topné vody. Voda ve vratném potrubí má vyšší hustotu, tím je ze strany vratné vody v kotli vyšší hydrostatický tlak než ze strany vody přívodní. Přetlak způsobí pohyb vody v okruhu kotel – otopné těleso – kotel a tak dochází k přirozenému oběhu topné vody. Zdroj tepla se osazoval v nejnižším podlaží pod otopnými tělesy (1). Správná funkčnost systému byla ale podmíněna správností výpočtů tepelných ztrát, návrhu velikosti otopných těles, potrubních rozvodů, připojovacích armatur. Důležité je zmínit, že topná voda ve správně navrženém samotížném systému začala obíhat při teplotě cca 40°C, tzn. že min. počáteční přívodní teplota k tělesům byla 40°C. Rozvody topné vody byly vyšších dimenzí a regulace byla prováděna převážně ručně (1). Dále s vývojem nastupovaly teplovodní soustavy s nuceným oběhem topné vody. Tyto soustavy zůstaly využívány dodnes s tím, že v průběhu vývoje jsou stále více zdokonalovány. Nucený oběh topné vody zajišťují čerpadla na přívodním potrubí topné vody. U rozlehlých, složitějších objektů je nutno použít 27

Technické zařízení budov a energetika nucený oběh vody. Nucený oběh je schopen překonat mnohonásobně vyšší tlakové ztráty. Zmenšovaly se dimenze potrubí oproti samotížným soustavám a byl modernizován i způsob regulace např. teplota výstupní vody byla nastavována na termostatu kotle, který ovládal vypínání a zapínání kotle (1). Parní soustavy se uvádějí jen pro úplnost. Z důvodu vysoké teploty otopných těles se pro potřeby občanských a bytových staveb přestaly tyto soustavy využívat. Byl překročen hygienický požadavek na povrchovou teplotu otopných těles max. 90°C. Parní soustavy rozdělujeme podle umístění parního potrubí na soustavy se spodním a horním rozvodem. A dále rozlišujeme soustavy se suchým a mokrým kondenzátním potrubím (1).

4.3 Moderní systémy vytápění Díky moderním technologiím a vývoji v oblasti vytápění již v dnešní době nelze jednoznačně předpokládat, jakým způsobem bude vytápěn jakýkoli objekt, jak tomu bylo cca před 20 lety. Jsou na světě různé modifikace teplovodního vytápění např. podlahové teplovodní vytápění. Díky dnešním nízkým tepelným ztrátám objektů se pracuje při návrhu otopné soustavy s nízkým teplotním spádem topné vody. Jak bylo ale již zmíněno, dnešní doba nabízí více možností, jak zajistit tepelnou pohodu v objektu a nemusí být použita pouze teplovodní soustava. Současný vývoj se v oblasti vytápění zaměřil jak na tepelnou ztrátu prostupem, tak na tepelnou ztrátu větráním. Dnes je již možné eliminovat celkovou tepelnou ztrátu objektu tím, že bude provedena instalace řízeného větrání místo klasického přirozeného větrání zajišťovaného pomocí otevírání oken. V případě instalace řízeného větrání se systémem zpětného získávání tepla, lze využívat také odpadní vzduch z využívaných místností k předehřevu přívodního vzduchu v rekuperačním výměníku.

4.4 Nejčastější chyby a omyly soudobých stavebníků V této kapitole se pokusíme vedle technických informací také o malý exkurz do myslí soudobých investorů-stavebníků. Většina projektantů, architektů, i dodavatelů stavebního díla se totiž setkává dnes a denně se stejným problémem. Neporozuměním ze strany stavebníka. Ne každý z nás letěl letadlem, plavil se na zaoceánské lodi, či jedl chilli. S nějakým druhem bydlení však již má od dětství zkušenost každý z nás. Na počátku si je tedy třeba ujasnit, jakou zkušenost s bydlením náš klient už prodělal a jaké osobní návyky si z této zkušenosti odnesl. S příchodem nových stavebních technologií i zdrojů vytápění se pak postupně z osobních uživatelských zkušeností stavebníků staly doslova „kontraproduktivní mýty“. Příkladem budiž uživatel domu typického pro svépomocnou výstavbu z 80-tých let minulého století. Konstrukce ze „škvárobetonových“ tvárnic krytá z vnějšku brizolitovou omítkou, pultová střecha izolující poslední NP maximálně tak struskovým násypem a otvorové výplně tvořené zdvojenými výklopnými okny bez dodatečného těsnění. Takovýto objekt byl nejčastěji vytápěn centrálně, kotlem na tuhá paliva. Ve kterých majitel stápěl vedle dřeva, uhlí, či uhelného kalu, také domovní odpad. Připusťme však, že v předmětném období byly plastové obaly vzácností a tak šlo nejčastěji o papírové obaly. Rozvody topné vody byly řešeny samotížně s otevřenou expanzí, litinová otopná tělesa, článková. Tepelné ztráty takovéhoto objektu, i přes značné akumulační vlastnosti použitého materiálu, byly enormní. A to jak prostupem konstrukcí, tak i infiltrací přes netěsné otvorové výplně. Právě netěsnost otvorových výplní, tedy jejich „samoventilační“ schopnost vedly především v topném období k extrémnímu vysoušení interiéru takovéhoto objektu a vzniku první mylné zkušenosti: „V zimě není zapotřebí otevírat okna a větrat.“ Princip vytápění centrálním kotlem na tuhá paliva s ručním přikládáním a samotížným rozvodem topné vody sebou již principiálně nese následující provozní i konstrukční problémy. Výkon zdroje, ale i výkon 28

Vzdělávací materiály otopných těles nelze efektivně regulovat. Zdroj je schopný podávat topný výkon jen po dobu odhoření jedné náložky. Což může i po předchozím dlouhodobém topení saturovat spotřebu domu maximálně několik hodin. V praxi se pak zatápělo 2 x denně. Ráno před odchodem do zaměstnání a odpoledne po návratu zpět domů. Vnitřní teplota objektu se tak s ohledem na vnější povětrnostní vlivy a špatné izolační vlastnosti stavby vždy nevyhnutelně snížila o několik stupňů Celsia. To vyžadovalo značné předimenzování otopné soustavy i zdroje vůči hodinovým ztrátám, tak aby bylo objekt možno v krátké době opět vytopit na uživatelsky přípustnou teplotu. Špatné izolační vlastnosti a netěsnost obvodových konstrukcí, které vystavovaly uživatele objektu vedle působení větru také negativnímu sálání, vyžadovaly po výkonu otopné soustavy rovněž kompenzaci těchto jevů. Zde bych hledal kořeny druhé mylné zkušenosti: „Dům si sám dlouho tepelnou energii neuchová.“ A také třetí mylné zkušenosti: „Pro vytápění domu je zapotřebí výkonný, nejlépe předimenzovaný zdroj.“ Většina budoucích stavebníků hledá, pod tlakem výše budoucí hypotéky, cesty jak najít rovnováhu mezi investičními náklady a očekávanými vlastnostmi nového bydlení. Z tohoto pohledu se může jevit coby kontraproduktivní čtvrtý mýtus: „K domu patří kotelna a komín.“ Znovu se vrátíme k našemu domu z 80-tých let. Tehdy se jednalo o nezbytnost. Samotná kotelna včetně skladu paliva zabrala obvykle minimálně 15 m2 z podlahové plochy domu, což při dnešních investičních nákladech na dřevostavbu (např. 19.000 CZK/m2 včetně DPH) činí nezanedbatelných 285.000 CZK. Takovýto prostor lze rovněž i racionálně využít třeba jako dětský pokoj. Přidejme k tomu ještě investici do kvalitního komínového tělesa a stavebník má k dispozici cca 325.000 CZK, o kterých byl skálopevně přesvědčen, že je musí nezbytně vydat. K nejčastějším způsobům přípravy TUV v předmětném domku sloužil obvykle elektricky ohřívaný boiler, nepřímotopný bojler, případně kombinovaný ohřívač vody. Na vodu v nepřímotopném ohřívači si bylo zapotřebí nejdříve „zatopit“. U elektrických ohřívačů byla pro zákazníky k dispozici sazba elektrické energie, kdy pro ohřev TUV byla nabízena zvýhodněná cena po dobu 8 hodin během dne v takzvaném „nízkém tarifním pásmu“. V obou případech však bylo nezbytné po krátkou dobu naakumulovat dostatečné množství TUV v krátkém časovém úseku, tak aby kombinace teploty a objemu vody v zásobníku, zajistila potřebné množství TUV uživatelům domu v průběhu celého dne. To vedlo k používání bojlerů o vodním objemu kolem 200 l a vzniku pátého mýtu: „Boiler musí mít velký objem, ať nemáme nedostatek teplé vody.“ Poslední mýtus se stal už doslova „vesnickou legendou“. Chlapi v hospodě, při rodinných setkáních, nebo na pracovištích si navzájem už po léta kladou stále stejnou otázku: „Tak co, na kolik Tě letos vyšlo topení?“ Šestá mylná zkušenost, především v porovnání s dnešními nízkoenergetickými domy, je: „Nejdražší na provozu RD jsou náklady na vytápění.“ Kořeny tohoto, dnes již neplatného přesvědčení najdeme právě u výše popsaného domu z let 80-tých. Potřebná energie na vytápění u takovéto stavby se běžně pohybovala od 150 do 200 kWh/m2 za rok. V porovnání s tehdejší spotřebu elektrické energie v domácnosti, s ohledem na ceny uhlí a elektřiny, stále tvořily náklady na vytápění běžně 2/3 provozních nákladů objektu. Navíc se jednalo o jednorázový výdaj, kdy bylo dovezené uhlí (pro předmětný dům cca 7 tun černého uhlí) nutno zaplatit při dodání. Následně měl uživatel obvykle možnost pocítit „váhu dodané energie“ při manuální dopravě paliva do kotelny. V této kapitole jsme si pojmenovali šest vybraných příkladů zdánlivě banálních mýtů, či chcete zkušeností, které si naši klienti často přinášejí ze svých domovů. Nepodceňujme tyto zkušenosti, lidé je ve svém rodném prostředí nabyli přirozeně, podobně jako třeba slušné chování, či stolování s příborem. Často je to také jediné skutečné povědomí, které o technice prostředí mají. V následujících kapitolách si popíšeme časté příklady dobré praxe spolu s argumenty, které se pokusí být srozumitelnou odpovědí na výše uvedené.

29


4.5 Zdroje tepla v moderních dřevostavbách Pozorným čtenářům předchozí kapitoly jistě neuniklo, že snaha vybavit nízkoenergetickou dřevostavbu zdrojem tepla na tuhá paliva ztratilo ekonomické opodstatnění. Nejedná se jen o nevýhodný poměr investičních i provozních nákladů. Pokud do těchto nákladů seriózně započteme i pořizovací náklady na komín, kotelnu se skladem paliva a v neposlední řadě i samotný zdroj, překračuje pak tato investice již desítky procent pořizovací ceny celé nemovitosti! Je zde i nevhodná výkonová skladba nabízených zdrojů tepla spalujících tuhá paliva. Obvykle se jedná o výkony v desítkách kW. To platí jak pro zdroje s řízeným i neřízeným spalováním. Oproti tomu tu máme nízkoenergetickou novostavbu, jejíž hodinová ztráta při vnější výpočtové teplotě, obvykle nepřekročí 6 kW. To je špičková spotřeba, s ohledem na průběh zim v našem podnebném pásmu, obvyklá potřeba energie k pokrytí okamžitých tepelných ztrát objektu nepřekročí 2 kW.

4.5.1 Automatické kotle na tuhá paliva Automatické kotle na tuhá paliva jsou s ohledem na soudobou státní podporu stále se rozšiřující variantou vytápění rodinných domů v našich luzích a hájích. Jejich výkony, s výjimkou interiérových kamen, obvykle začínají na 14 kW. Obecně platí, že jsou velice choulostivé na kvalitu, nebo konkrétní značku paliva. Nejčastěji jsou v těchto zařízeních spalovány takzvané „bílé pelety“ z měkkého dřeva s minimem kůry a pryskyřice, nebo hnědé uhlí „Ořech 2“. Spalovací proces v těchto typech zařízení, je citlivý na chemické složení paliva. Vlastnosti jako výhřevnost a rychlost odhořívání paliva musí být v souladu s rychlostí podávání paliva na hořák kotle. Stejně tak musí odpovídat i množství tlakově dodávaného spalovacího vzduchu. Nevhodné palivo, špatné nastavení kotle, případně nestálý tah komína pak mohou vést neekonomickému provozu zařízení, zanášení hořáku, nízkému výkonu, vyhasínání kotle, či úplně nejhůře v případě selhání bezpečnostních prvků, požáru zásobníku paliva. V prospěch tohoto typu vytápění je třeba uvést, že takřka ve všech případech zahoření těchto zdrojů paliva, které jsou známy autorovi, došlo k porušení pravidel obsluhy ze strany uživatele. Nejčastěji v kombinaci s výpadkem elektrické energie. Elektrická energie je pro tento typ tepelného zdroje nezbytná. Napájí podavače paliva, ventilátory pro přívod vzduchu, řídící jednotku, pohony ventilů i oběhová čerpadla. Pokud je kotel vybaven zapalovacím zařízením, pak je do celkové spotřeby pomocné elektrické energie zapotřebí kalkulovat i příkon žhavící spirály tohoto zařízení. S ohledem na počet pohyblivých součástí tohoto typu zdroje tepla, nebo tření paliva v podavači jsou známy případy provozního hluku, citelného především v nočních hodinách, které se nepodařilo dlouhodobě na konkrétních instalacích odstranit. Zmínili jsme už palivo. Jeho nákup je vhodné nejlépe načasovat na léto, kdy je jeho cena s ohledem na malou poptávku nejnižší. V případě uhlí, také není nasáklé vodou. Při zimních nákupech v uhelných skladech si zákazník totiž, s ohledem na způsob skladování, nechtěně připlatí i za hmotnost vody a ledu ve volně skladovaném uhlí. Nezbytností je tedy hotovost na jednorázový nákup paliva v potřebném předstihu. Dále také vhodné suché skladovací prostory. Vlhké palivo obecně způsobuje nižší účinnost hoření. Rozmočené pelety jsou fakticky nepoužitelné, tudíž znehodnocené. Potřebu pravidelně doplňovat palivo a odstraňovat popel, což jsou prašné procesy, zde nebudeme šíře rozebírat.

30


Obr. 16: Řez automatickým kotlem na pelety, zdroj: www.benekov.cz

4.5.2 Kotle na tuhá paliva s ručním přikládáním K tomuto typu vytápění bylo mnoho již řečeno v předešlých kapitolách. Realita, je však taková, že většina stavebníků si je vědoma nákladnosti stavby samostatné kotelny, a tak se ve dřevostavbách nejčastěji setkáváme se soudobým fenoménem. Krbovou vložkou, či krbovými kamny, které většinu nezkušených investorů lákají představou „plápolavého tepla domova“. Z řady novodobých obývacích pokojů se tak postupem času stávají vlastně kotelny. S ohledem na těsnost novodobých staveb, je rozhodně prozíravé použití tepelný zdroj s vlastním přívodem spalovacího vzduchu zvenčí. Pravidelně můžeme potkat tyto tři varianty instalací: A) Krb, nebo krbová kamna coby lokální zdroj tepla, bez jakýchkoliv distribučních prvků, je nejčastěji používán jako pomocný, případně náhradní zdroj tepla. Pomineme-li nízkou účinnost některých výrobků, největším omezením tohoto řešení, je jen malá schopnost distribuce tepla v rámci celého objektu. Takovýto krb, nebo krbová vložka je jen investičním vícenákladem vedle hlavní otopné soustavy, která je schopna pokrýt kompletní tepelné ztráty celého domu, včetně důsledné distribuce tepla do jednotlivých místností. Na trhu jsou k dispozici lokální krby, nebo krbové vložky s regulovatelným výkonem již od 3 do 10 kW. Může se to zdát přiměřené, ale pokud uvážíme, že u domu o podlahové ploše 100 m2 s výpočtovou tepelnou ztrátou 6 kW pokryje takovýto zdroj, díky omezené distribuci tepla, pouze cca 1/3 podlahové plochy takovéto budovy. Nejčastěji nějaký konstrukčně neoddělený prostor (kuchyň + jídelna + obývací pokoj + schodiště). Na pokrytí tepelných ztrát takového prostoru pak potřebujeme, při venkovní výpočtové teplotě, přibližně 2 kW topného výkonu. Při omezených akumulačních vlastnostech dřevostaveb a s ohledem na skutečnost, že venkovní teplota v našich podmínkách osciluje v průběhu topné sezony kolem 2 °C, je zřejmé, že takovýto zdroj, je silně předimenzován. Jistě 31

Technické zařízení budov a energetika je možné podpořit distribuci tepla v domě otevřením všech interiérových dveří. Ovšem to nezajistí plnohodnotnou distribuci tepla a výrazně to sníží komfort užívání nemovitosti. Od ztráty soukromí, až po citelné proudění samotížně cirkulujícího vzduchu. Palivem pro takovéto zdroje tepla je obvykle kombinace tvrdého a měkkého dřeva. Řídčeji dřevěné, nebo hnědouhelné brikety. V domu tedy není třeba se skladem paliva počítat. K tomuto obvykle poslouží nejrůznější kolny a přístřešky mimo obytnou plochu domu. Zásoba takto skladovaného dřeva však obvykle musí pokrýt s předstihem až tři topné sezony domu. I zde totiž platí, že efektivní je výhradně topení řádně proschlým palivem (nejlépe 20% vlhkosti). Obsah tohoto odstavce je samozřejmě platný i pro následující dvě variantní řešení krbových instalací. B) Krb opatřený teplovzdušným rozvodem topného vzduchu. Topným mediem, je zde cirkulující vzduch. Vzduch ohřátý na povrchu krbové vložky, je následně řízeně distribuován izolovaným flexibilním potrubím do vzdálenějších místností. Odkud se vrací zpět, ochlazený, otevřenými dveřmi, případně dveřními mřížkami, do místnosti kde je krb umístěn. Toto se děje v případě příhodné dispozice samotížně, jen díky rozdílné hustotě ohřátého a ochlazeného cirkulačního vzduchu. Takovéto řešení vyžaduje použít větší průřezy distribučního potrubí s ohledem na malou rychlost proudění topného vzduchu, i jeho malou tepelnou kapacitu coby topného media. Mnohem častěji je však instalován systém opatřený tažným ventilátorem, který umožňuje zajistit vyšší rychlost proudění, vystačí si s menšími průřezy distribučního potrubí a lze ho efektivně využít i u jednopodlažní budovy. V obou případech platí, že na místo pro distribuční rozvody musí být brán ohled, při konstrukci objektu. Nezbytnost stále obsluhy takovéhoto zdroje, částečně eliminují sofistikovanější výrobky, vybavené akumulačním blokem a elektronickou regulací. S pohledu dlouhodobější nepřítomnosti v objektu v topné sezoně je však nezbytná instalace dálí paralelní otopné soustavy, například elektrických přímotopných těles s termostaty. To však dále navyšuje investiční náklady. Provozování teplovzdušných otopných soustav tohoto druhu sebou nese i zdravotní rizika. Kdy je po objektu cirkulačně vířen prach připálený na povrchu krbové vložky (cca 500 °C). Tento jev je možno jen částečně omezit vhodným filtrem před distribučním ventilátorem. Rovněž rozdíl teplot v úrovni hlavy a nohou, případně citelná rychlost proudění vzduchu mezi místnostmi, může působit minimálně dis komfort.

Obr. 17: Lokální krbová kamna, zdroj: www.romotop.cz

32

Vzdělávací materiály C) Krb, nebo krbová kamna opatřená teplovodním výměníkem. Výkon tepelného zdroje částečně předáván konvekcí a radiací do místnosti, kde je umístěn. Obvykle je to 30 až 50 % výkonu zdroje. Zbývající energie, 50 až 70%, je pak díky vestavěnému výměníku předána topnému medii, zde obvykle topné vodě. K distribuci tepla do jednotlivých místností slouží uzavřený otopný systém s nuceným oběhem, kdy jako koncové distribuční prvky poslouží obvykle radiátorová tělesa, případně podlahové vytápění. Poměr výkonu tepelného zdroje „do vody“ a „do vzduchu“, i celkový výkon zdroje oproti tepelným ztrátám navrhovaného objektu je velmi důležitý. Vraťme se k příkladu domu o podlahové ploše 100 m2 s výpočtovou tepelnou ztrátou 6 kW kdy lokální konvekcí a sálavým teplem ze zdroje, je možno pokrýt přibližně 1/3 podlahové plochy takovéto budovy. Pokud zvolíme kvalitnější (a dražší) krbovou vložku s poměrem 2 kW „do vzduchu“ plus 5 kW „do vody“ máme docela dobrý předpoklad, že prostor umístění krbu nebudeme v průběhu topné sezony nadměrně přetápět při snaze ohřát vodu do topného okruhu. Pokud sáhneme po jiném výrobku (menší směnná plocha a vodní objem), který má poměr 4 kW „do vzduchu“ plus 4 kW „do vody“ bude výsledek bohužel naprosto opačný. Efektivita vytápění, nejenom nízkoenergetických domů, je vždy úměrná schopnosti vyrobit a následně cíleně distribuovat tepelnou energii, tak aby pružně (s ohledem na čas) a v přiměřeném množství pokrývala tepelné ztráty vytápěného objektu. Možnosti kontroly výkonu neřízeného zdroje tepla jsou velmi omezené a sladit aktuální spotřebu tepla s výkonem takovéhoto zdroje, je v zásadě možné jen u instalací s vyrovnávacím zásobníkem, řízených kvalitní regulací. U staveb s nízkou akumulační schopností stavební konstrukce toto platí obzvlášť. Jako vyrovnávací zásobník slouží tepelně izolovaná akumulační nádoba, do které je často integrován i průtokový ohřev TUV a elektrické topné těleso sloužící často také, jako náhradní řízený zdroj tepla pro objekt. Takováto akumulační nádoba, spolu s oběhovými čerpadly a regulačními prvky, vyžaduje obvykle alespoň 1m2 podlahové plochy pro vlastní instalaci v objektu. V praxi pak takováto instalace pracuje tak, že řídící systém detekuje potřebu tepla v objektu. Nejčastěji dle ekvitermní křivky, žádané prostorové teploty, venkovní teploty měřené a zvoleného časového programu. Ten samý regulátor obvykle detekuje přítomnost tepelné energie ve zdroji tepla, v tomto případě teplovodním výměníku krbu, a je schopen tu to energii distribuovat pomocí ventilů a čerpadel do místa spotřeby. Pokud je potřeba energie nižší než aktuální výroba, jsou přebytky akumulovány ve vyrovnávacím zásobníku. Tato „odložená“ energie, je následně spotřebována po vyhasnutí neřízeného zdroje tepla. Takto jsou optimalizovány nejen procesy hoření ve zdroji tepla, ale i spotřeba energie odpovídá skutečným požadavkům. Významně se prodlouží doba temperování objektu z neřízeného zdroje a po vyčerpání této energie obvykle následuje aktivace dalšího řízeného zdroje. Nejčastěji zmíněné elektropatrony v akumulačním zásobníku. V praxi to může být libovolný řiditelný zdroj vytápění. Běžné je rovněž spojení s dalším neřízeným zdrojem tepla, solárními termickými kolektory. I zde ovšem platí, že finanční efektivita celého řešení se odvíjí od součtu investičních a provozních nákladů.

4.5.3 Plynové kotle Po rozsáhlé plynofikaci České republiky v průběhu devadesátých let minulého století, je příležitost využít, jako dostupné palivo v našich obcích, zemní plyn. Přesto vybudování lokální přípojky s tlakovým reduktorem, provoz měřiče odběru, pravidelné odborné revize zdroje a v neposlední řadě i neustále rostoucí cena tohoto paliva, vedou k zamyšlení na celkovou efektivitou takovéhoto zdroje tepla.

33

Technické zařízení budov a energetika V praxi můžete rovněž potkat kotelny spalující kapalné uhlovodíkové plyny. A to právě v lokalitách, které nejsou plynofikovány. Ovšem investice na toto řešení, pro náš již několikrát zmíněný rodinný dům s hodinovou výpočtovou ztrátou do 6-ti kW, předpokládá zbudování skladu kapalných uhlovodíků včetně všech nezbytných stavebnětechnických opatření v souladu s platnou legislativou (odstupové vzdálenosti, apod.). Jak celá instalace, tak samotný zásobník, podléhá pravidelným odborným revizím. Životnost tlakového zásobníku je navíc, coby tlakové nádoby, časově limitována. Rovněž musí být řešena odpovídající příjezdová komunikace pro příjezd a plnění z transportních nákladních automobilů. Včetně zemnících bodů. Kapitolou samou o sobě, je lokální výroba a zpracování bioplynu. V oblasti výstavby rodinných domů se jedná v podstatě o raritu. Na našem trhu se prezentují dodavatelé funkčních řešení. Vedle pořizovací ceny a legislativních omezení, je však problematická i dostupnost vstupních surovin (k samotné anaerobní fermentaci) pro běžného stavebníka. Pro zjednodušení této kapitoly se v následujících řádcích vyhneme popisu hořáků o vysokém výkonu. Stejně tak i lokálním topidlům, či plynovým boilerům. Soustředit se budeme na kompaktní zdroje tepla a TUV pro rodinné domy s nízkou výpočtovou tepelnou ztrátou. A) Plynové kotle s atmosférickým hořákem. Nejrozšířenější v instalacích na konci minulého století. Často technicky robustní výrobky s minimem elektroniky. S nižší účinností způsobenou především vyšší teplotou spalin, nezbytnou k jejich samotížnému odvodu komínovým tělesem. Nezbytný komín musí být opatřen vložkou se záchytem kondenzátu. Tyto zdroje nebývají vybaveny vlastní přívody spalovacího vzduchu, je tedy nezbytné jim zajistit dostatečný přívod spalovacího vzduch infiltrací. Nejčastěji větracími mřížkami v samostatné místnosti, „kotelně“. Zdrojem zapálení hlavního hořáku, je nejčastěji malý pomocný hořák hořící 24 hodin denně, takzvaný „věčný plamen“. Tato řešení, jsou už z dnešního pohledu nevhodná a překonaná. B) Závěsné plynové kotle s přívodem vzduchu a odvodem spalin na fasádu s umělým tahem, takzvané „turbokotle“. Platná legislativa již v podstatě neumožňuje instalaci těchto tepelných zdrojů, z důvodu špatného rozptylu spalin v blízkosti otvorových výplní. Nicméně toto řešení, je posunem z hlediska účinnosti oproti kotlům s atmosférickými hořáky. Spaliny jsou odtahovány nuceně ventilátorem přes krátkou spalinovou cestu do venkovního prostoru. Jejich výstupní teplota může být tedy nižší. Konstrukční řešení kouřovodu (trubka v trubce) navíc umožňuje využít část zbytkového tepla na předehřev přiváděného vzduchu. Tyto zdroje byly zpravidla instalovány v závěsném provedení s integrovanou funkcí přípravy TUV. Obdobně, jako u kotlů s atmosférickým hořákem byl jejich chod nejčastěji regulován prostorovým termostatem u místěným v referenční místnosti objektu. C) Kondenzační kotle, jsou z pohledu dnešního stavu komerční techniky nejefektivnější a nejčastěji instalované zdroje tepla malého výkonu, spalující zemní plyn. Na rozdíl od předchozích dvou popsaných druhů plynových kotlů nejsou navrženy na provoz se suchými spalinami. Jejich konstrukční podstatou je kondenzační provoz, kdy dochází ke kondenzaci vodních par, které jsou produktem hoření, přímo v kotli. Energie z této změny skupenství části spalin přímo na výměníku kotle, je vlastně právě ta „energie navíc“ z provozu kondenzačního kotle. Tato konstrukce však již vyžaduje řadu technicky odlišných řešení, korozivzdornou spalovací komoru, odvod kondenzátu, řízený premixový ventilátor a přetlaku těsný kouřovod vhodný pro mokré spaliny. Zásluhu na nadstandardních provozních parametrech kondenzačních kotlů má však také kvalitní regulace schopná dle potřeby spotřeby modulovat výkon kotle například od 1 do 16 kW. V závislosti na venkovní teplotě, teplotě topné vody a teplotě vratné vody, je schopen kotel schopen přizpůsobit otáčky cirkulačního čerpadla, otáčky premixového ventilátoru i dávkování spalovaného plynu. Zapalování, je řešeno elektrickou jiskrou. Plamen hlídá fotoelektrický senzor.

34

Vzdělávací materiály Kotle jsou konstruovány nejčastěji jako kompaktní nástěnné s včleněnou přípravou TUV průtočně, nebo s integrovaným zásobníkem TUV. Spaliny bývají vyvedeny standardně nad střešní rovinu.

Obr. 18: Nástěnný kondenzační kotel, zdroj: www.rotex-heating.com

4.5.4 Elektrokotle Elektrokotle jsou jedny z konstrukčně nejméně komplikovaných řízených tepelných zdrojů, které coby distribuční medium používají topnou vodu. Kromě regulace spotřeby, což obstarává zpravidla integrovaný ekvitermní regulátor a chodu oběhového čerpadla, je předmětem řízení výkonu spínání jednotlivých topných segmentů v tepelném výměníku kotle. Tepelný výměník je zpravidla tepelně izolovaný „hrnec“ do kterého jsou vloženy topná elektrická tělesa o odstupňovaném výkonu. Jejich postupné, nebo souběžné spínání umožňuje podávat různě modulovaný topný výkon dle potřeby spotřeby objektu. Na trhu jsou k dispozici výrobky s modulací výkonu od 1 do 9 kW. Účinnost těchto výrobků se obvykle blíží 99%, počítat musíme pouze se ztrátou na dopravě a distribuci tepla. Konstrukce kotlů je zpravidla závěsná. Některé výrobky umožňují integrovanou přípravu TUV, jiné je třeba doplnit o elektrický zásobníkový ohřívač TUV. Jeho kapacita však nemusí být velká. Dodavatelé elektrické energie nabízejí svým odběratelům zvýhodněnou elektrickou sazbu pro elektrokotle a elektrické přímotopy v nízkém tarifním pásmu, po dobu 20 hodin denně. TUV je tedy výhodnější ohřát v době aktuální spotřeby. Celkově lze říci, že toto řešení investičně jedno z nejvýhodnějších. Přípojku elektrické energie si do objektu zřizujeme vždy. Pro vytápění si však musíme rezervovat vyšší elektrický příkon. V porovnání se spotřebou domácnosti, se však nejedna o nijak zásadní navýšení. V běžné domácnosti nalezneme: Sklokeramickou varnou desku (cca 7 kW), varnou konvici (cca 2 kW), fen na vlasy cca (cca 1,2 kW),

35

Technické zařízení budov a energetika žehličku (cca 2,4 kW), vysavač (cca 1,9 kW) a ještě řadu dalších elektrospotřebičů sloužících naší denní spotřebě. Z provozního hlediska, je pak ekonomicky příjemné, že se výše popsaná výhodná elektrická sazba vztahuje na spotřebu všech elektrospotřebičů v domácnosti. Zde se musíme zatavit u Průkazu energetické náročnosti budovy (PENB). Elektrické vytápění postavila vyhláška č. 78/2013 Sb., která je v podstatě českou implementací evropské směrnice č. 2010/31/EU, upravující v našem právním řádu Průkaz energetické náročnosti budovy, do značně nevýhodné situace. Konkrétně část upravující faktory neobnovitelné primární energie (faktor NPE), kde pro elektrické vytápění byl stanoven faktor NPE 3. Pro porovnání pro černé a hnědé uhlí stanoví výše uvedený právní předpis faktor NPE 1,1. V praxi to může znamenat, že dům vybavený elektrokotlem nezíská PENB v kategorii celkové spotřeba neobnovitelné primární energie do kategorie „C“. Což v důsledku znamená nesplnění podmínek v rámci územního řízení a nemožnost takovouto stavbu realizovat. Oproti tomu pokud se rozhodne stavebník vytápět lokálním kotlem na tuhá paliva totožný dům na totožném místě, má cca 3 x větší jistotu, že PENB získá. Což není dobrá zpráva pro české vesnice stižené smogovou situací.

4.5.5 Elektrické přímotopy Topná zřízení, která přeměňují lokálně elektrickou energii na tepelnou a to s účinností blízkou 99%. Než si dále tyto zdroje tepla roztřídíme, je třeba si říci, že výhody a nevýhody, jenž jsou popsány v předešlých odstavcích věnovaných elektrokotlům (včetně PENB), platí i pro elektrické přímotopy. Ovšem až na následující odlišnosti. Elektrické přímotopy, bez ohledu na typ jejich konstrukce, se vyznačují krom vysoké účinnosti, také nízkými ztrátami při předávání tepla do temperovaného prostředí a snadnou regulovatelností. Je to dáno skutečností, že elektrický přímotop, je vlastně tepelný zdroj a distribuční prvek v jednom. Většina jeho konstrukčních variant nijak nezabírá podlahovou plochu temperovaného objektu, ani jinak nelimituje jeho využití. Při správném návrhu, je v každé místnosti instalován topný výkonvždy odpovídající lokální tepelným ztrátám. Regulace lokálními termostaty (po místnostech), které jsou často nedílnou součásti elektrického přímotopu, tak umožňuje aktivovat jen konkrétní potřebné přímotopy a to okamžitě. Žádné náběhy topného zdroje, žádné doběhy, jako u centrálních zdrojů tepla. Obzvláště u nízkoenergetické výstavby platí, že rozvody elektrické energie není zapotřebí nijak drasticky posilovat, zato rozvody topné vody je možno z investičního rozpočtu zcela vypustit. A ano, investiční cena takovéhoto systému vytápění plus provozní náklady, jsou na trhu naprosto bezkonkurenční. Tedy pokud se při územním řízení dokážeme vypořádat s PENB bez značných vícenákladů. A) Topné kabely, rohože a folie jsou nejčastěji používanými topnými prvky při realizaci podlahového vytápění. Jsou nabízeny v různých rozměrech, topných výkonech na m2, případně stupních elektrického krytí. Podle způsobu instalace do podlahové skladby rozlišujeme jejich použití pro přímé vytápění (pod svrchní podlahovou krytinou), nebo poloakumulační (v betonové mazanině, nebo anhydridu). Při navrhování těchto systémů, kladou představivosti meze pouze technické normy a doporučení výrobce. Autoru tohoto textu jsou známy případy, kdy bylo z topných kabelů zkonstruováno stěnové vytápění v objektu s výpočtovou tepelnou ztrátou menší než 15 kWh/m2.rok. B) Sálavé topné panely jsou nejčastěji konstruovány z nosné pohledové desky (plech, sklo, mramor) a topné folie odpovídajícího výkonu, která je kontaktně přilepena na rubu topné desky. Sálavé topné panely jsou obvykle instalovány do podhledů místností (vodorovně), nebo na stěnu (svisle). Svislá instalace umožňuje navíc vedle výměny tepla sáláním, také výměnu tepla konvekcí. Výhodou je snadná instalace, případný servis či výměna bez zásahu do stavební konstrukce.

36


Obr. 19: Skleněný sálavý topný panel, zdroj: www.fenixgroup.cz C) Přímotopné konvektory jsou obvykle tvořeny nástěnnou plochou karosáží a vnitřním lamelovým topným tělesem. Princip je prostý, ve vnitřním „komínku“ tělesa je ohříván vzduch v místnosti. Ten gravitačně stoupá a od podlahy je přisáván chladný vzduch. Tyto produkty nabízejí mezi elektrickými přímotopy nejlepší poměr výkon/cena. Náběh plného výkonu, je téměř okamžitý. Nevýhodou bývá na počátku otopné sezony zápach z vypalovaní usazeného prachu uvnitř topného tělesa. U některých levnějších modelů i mechanické způsobené materiálovou roztažností. Tyto výrobky nedisponují žádnou akumulační schopností a často také nenabízejí sálavou topnou složku. D) Ostatní, sem řadíme nejrůznější horkovzdušné ventilátory a clony, halogenová topidla, olejové radiátory a koupelnové žebříky. Krom posledních jmenovaných topných žebříků se můžeme setkat v českých novostavbách také s elektrickými přímotopy v designu klasických deskových radiátorů, které kombinují sálavou a konvekční topnou složku a jejichž topný výkon je, v době kdy není k dispozici nízký elektrický tarif, saturován z vložených akumulačních bloků.

4.5.6 Tepelná čerpadla obecně Veřejné povědomí o tomto zdroji tepla chladu se za poslední desetiletí nebývale zlepšilo. Existuje spoustu kvalitní literatury na internetu, v odborných i populárních médiích, ale stále a přesto je pro řadů investorů tento výrobek zahalen závojem záhad tajemství. Než se tedy ponoříme do popisu všech variant a technických řešení, které moderní tepelná čerpadla skýtají, zkusme si princip tohoto zařízení co nejjednodušeji přiblížit.

37


Obr. 20: Schéma tepelného čerpadla vzduch-voda, zdroj: www.daikin.cz Tepelné čerpalo, je v prvé řadě chladírenské zařízení. Jeho uzavřený okruh je naplněn chladivem, které je na počátku, v klidovém stavu, pouze v plynném stavu. K popisu využijeme Obr. 20, schéma tepelného čerpadla vzduch-voda. Po aktivaci začne kompresor stlačovat plynné chladivo. Na výstupu z kompresoru má, stále ještě plynné chladivo, vyšší teplotu, vyšší tlak a menší objem. Po příchodu do kondenzátoru, který je ochlazován topnou vodou z topného okruhu domu, mění plynné chladivo skupenský stav na kapalný. Topné vodě předalo chladivo své skupenské teplo z kondenzace. Zkapalněné chladivo je dál vytlačováno k expanznímu ventilu. Expanzní ventil je v podstatě regulované zúžení dopravního potrubí, kterým je nastřikováno kapalné chladivo do výparníku. Výparník je další tepelný výměník, ve kterém je vyvolán „podtlak“ sáním kompresoru a zároveň je mohutně ohříván, nuceně proudícím vzduchem z okolního prostředí, na styčných plochách. V těchto podmínkách, kdy na vstřikované kapalné chladivo působí nižší tlak a je zároveň ohříváno na vyšší teplotu, dochází k expanzi chladiva. Opět dochází ke změně skupenského stavu chladiva, tentokrát z kapaliny na plyn. Skupenské teplo, které naše chladivo předtím předalo otopné soustavě domu, nyní získalo zpět ze vzduchu z okolního prostředí domu. Dál už je „ohřáté“ plynné chladivo nasáno kompresorem, stlačeno a celý výše popsaný proces se opakuje. S odhlédnutím od pracovních ztrát tohoto chladírenského zařízení, předá tepelné čerpadlo otopné soustavě domu jen tolik tepla, o kolik „vychladí“ okolní prostředí domu. Jediná energie, kterou přidáváme do tohoto procesu navíc, je elektrická energie nezbytná k pohonu kompresoru, oběhového čerpadla topného okruhu, ventilátoru k nucenému proudění vzduchu na výparníku a k napájení regulátoru tepelného čerpadla. Efektivitu takovéhoto procesu lze jednoduše vyjádřit jako podíl vyrobené tepelné energie za současného elektrického příkonu tepelného čerpadla. Někdy ke konkrétnímu pochopení přínosu tepelného čerpadla napomohou konkrétní čísla. Zde konkrétní parametry tepelného čerpadla vzduch-voda (Daikin Altherma) o nominálním výkonu 6 kW dle údajů výrobce. Opět vztaženo k Obr. 20: 1) Ventilátor zajišťuje na výparníku nucenou výměnu venkovního vzduchu o intenzitě 47 m3/min, teplota venkovního vzduchu je 7 °C a na výparníku je ochlazen na 2 °C (Dt = 5 K). 2) Oběhové čerpadlo zajišťuje cirkulaci topné vody na kondenzátoru o průtoku 17,2 l/min, teplota vratné vody z domu je 30 °C a na kondenzátoru je ohřáta na 35 °C (Dt = 5 K). 3) Za podmínek, uvedených v bodech 1) a 2), dodává tepelné čerpadlo do otopné soustavy domu topný výkon 6 kW při současném elektrickém příkonu 1,27 kW. To znamená, že za každou dodanou 1 kWh elektrické energie na pohon tepelného čerpadla, získáváme zpět 4,72 kWh tepelné

38

Vzdělávací materiály energie z okolního prostředí na vytápění domu. Tomuto číslu, zde konkrétně 4,72, se říká topný faktor tepelného čerpadla (COP). Využití tepelných čerpadel ve stavbách skýtá obrovskou skupinu možností využití. Výše popsaný princip jejich práce zůstává totožný. Mění se jen distribuční media, zdroje primárního tepla a forma konečné aplikace instalace. Následující výčet nezahrnuje rozhodně všechny dostupné možnosti, spíše jen ty, které jsou opravdu masově dostupné v našich podmínkách. Neopomeneme i zdůraznit další benefity. Kromě speciální sazby elektrické energie v nízkém tarifním pásmu (22 hodin denně), pak především schopnost většiny zařízení chladit a vysoušet vzduch v jednotlivých místnostech objektu. Obzvláště ve stavbách s malou akumulací tepla se tato multifunkčnost stává obchodním argumentem. Další mincí je i rostoucí poptávka soudobých investorů po komfortním bydlení. A) Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch (viz. Obr. 21), zdrojem tepelné energie, u tohoto typu tepelného čerpadla, je vzduch z okolního prostředí. Jako zdroj tepla zde slouží jedna společná venkovní jednotka. Horké plynné chladivo je distribuováno chladivovým potrubím do jednotlivých místností. Zde jeho tepelnou energii předávají jednotlivé vnitřní jednotky (splity) nucenou konvencí přímo do vzduchu místností (obvykle až pro 9 samostatných místností). Beze tepelných ztrát na topné vodě. Takovýto způsob instalace, je označován jako „multisplit“. Vnitřní splity jsou k dispozici v různých výkonových variantách a instalačních provedeních (nástěnné, parapetní, kazetovém, nebo kanálovém). Je možné je individuálně regulovat dle časových programů. Všechny jednotky jsou již v základu schopny chladit a vysoušet. Celé řešení automaticky reguluje svůj výkon (i elektrický příkon) dle aktuální potřeby chladu, či tepla.

Obr. 21: Příklad instalace tepelného čerpadla vzduchvzduch, zdroj: www.daikin.cz Chladivové rozvody jsou rozměrově menší než rozvody topné vody, jednotlivé splity je však zapotřebí doplnit odvodem kondenzátu. Tepelné čerpadla této konstrukce obvykle nenabízejí integrované řešení pro přípravu TUV. Častými argumenty proti tomuto řešení bývají hlučnost ventilátorů vnitřních splitů, absence podílu sálavé složky u tohoto typu vytápění a omezený topný výkon při nízkých venkovních teplotách. Hladina akustického tlaku začíná u kvalitních vnitřních jednotek na 19 dBA, což je méně než běžné hlukové pozadí v objektu v noci. Na trhu jsou parapetní jednotky nabízející krom konvekční také sálavou složku vytápění. Moderní invertorové jednotky jsou schopny efektivního provozu až do teploty venkovního prostředí - 20 °C.

39

Technické zařízení budov a energetika B) Tepelné čerpadlo vzduch-voda, je zřejmě nejrozšířenějším typem tepelného čerpadla v našich podnebných podmínkách. Existují v kompaktních provedeních, pro kompletní instalaci vně, nebo uvnitř domu. Zdaleka nejčastěji se však můžeme setkat s děleným (splitovým) provedením. Kdy venkovní jednotka obsahuje všechny hlučné pohyblivé součásti (kompresor, ventilátor, výparník). Tato je pak spojena pouze tenkým chladivovým potrubím s vnitřní, kondenzační částí tepelného čerpala. Jak je dobře vidět na Obr. 22, vnitřní část tepelného čerpadla může být kompaktně řešena na malé podlahové ploše cca 0,45 m2. Kdy je v jednom místě integrován nerezový zásobník TUV, kondenzační výměník chladivo/topná voda, elektrický bivalentní zdroj, elektronika nezbytná k řízení chodu tepelného čerpadla a i veškeré hydraulické zabezpečení (expanzní nádoba, pojistný ventil, apod.). Z tohoto pohledu je umístění této technologické části tepelného čerpadla v temperované části objektu provozně bezpečnějším. Moderní invertorová tepelná čerpadla skýtají řadu provozních výhod. Jsou schopna svůj výkon (a s ním i elektrický příkon) plynule snižovat až na 1/3 nominálního výkonu tepelného čerpadla. Obejdou se tak bez vyrovnávacího zásobníku, omezí počty startů kompresoru a i ty nezbytné starty jsou bez příkonových špiček. Pracovní rozsah takovýchto špičkových výrobků, je od –25 do 35°C. Při volbě výkonu tepelného čerpadla, je třeba zohlednit doporučení výrobce, tepelné ztráty objektu, typ otopné soustavy a vývoj vnějších teplot předmětné oblasti stavby domu. Tak, aby tepelné čerpadlo bylo schopno ve svém modulovaném rozsahu výkonu (např. od 2 do 6 kW) schopno pokrýt co nejvíce dnů z otopné sezony. Se špičkovými výkony při extrémně nízkých teplotách (cca od – 10 °C níže) pak vypomůže bivalentní zdroj. Což je nejčastěji vícestupňové elektrické těleso, které doplní potřebný topný výkon. U správně navržené instalace, pak v praxi netvoří příkon této bivalence více než 3% z celkové spotřeby tepelného čerpadla za rok. Tento typ tepelného čerpadla patří k investičně dostupnějším. Zdrojem tepla, je okolní vzduch. Dochází tak k určité neúměrnosti. Čím je ve venkovním prostředí chladněji, roste požadavek ekvitermního regulátoru na teplotu topné vody. S klesající teplotou okolního vzduch však klesá i výkon samotného tepelného čerpadla. Jak jsme si popsali výše, nejedná se o zásadní problém. Tuto bilanci, však je možno ještě vylepšit volbou nízkoteplotní otopné soustavy a vhodným nastavením žádaných teplot v zásobníku TUV. Správná volba otopné soustavy nám ušetří v dlouhodobém horizontu cenné provozní prostředky. Zjednodušeně platí, čím nižší žádaná teplota, tím vyšší dostupný výkon tepelného čerpadla a zároveň i topný faktor tepelného čerpadla. Nejvyšší efektivitu nabízejí otopné soustavy podlahového vytápění, nízkoteplotní radiátory, případně fan-coilové jednotky vybavené nuceným oběhem vzduchu. Obecně, vhodně dimenzované distribuční prvky jejichž žádaná teplota nepřekročí, při venkovní výpočtové teplotě, 45°C. Totéž v podstatě lze aplikovat i na přípravu TUV. Pro osobní hygienu nepoužívá většina z nás vodu teplejší než 40°C. Integrované zásobníky TUV předmětných typů tepelných čerpadel mají obvykle akumulační objem od 180 do 260l. S ohledem na to, že dohřev TUV na žádanou teplotu může probíhat libovolně v průběhu 22 hodin denně, není pro čtyřčlennou rodinu efektivní ohřívat takovýto objem vody na obvyklých 55 °C. Zkušenosti ukazují, že 45 °C bohatě postačí. Pravidelná desinfekci zásobníku vysokou teplotou (65°C jednu hodinu týdně) je však vhodné zachovat, a to s využitím časových programů. Tyto tepelná čerpadla v drtivé většině poslouží i jako zdroj chladné vody pro chlazení interiéru domu. Je však třeba počítat s instalací vhodného distribučního potrubí, určeného pro distribuci chladící vody. Jde především o způsob jeho izolace. Klíčová je však i volba distribučních prvků. Běžná topná tělesa, nebo podlahové vytápění v suché skladbě podlahy, je třeba vyloučit. Nejvhodnější jsou fan-coilové jednotky s nuceným oběhem vzduchu, záchytem a odvodem zkondenzované vzdušné vlhkosti.

40


Obr. 22: Zapojení a řez vnitřní částí tepelného čerpadla vzduch-voda, zdroj: www.daikin.cz C) Geotermální tepelné čerpadlo. Předchozí dva popsané druhy tepelných čerpadel využívají coby zdroj tepelné energie vzduch z okolního prostředí. Ten však, s ohledem na svou nízkou hustotu a proměnnou teplotu, příliš stabilním zdrojem tepelné energie není. Na dosah však máme stabilnější zdroj tepelné energie, je to zemská kůra.

Obr. 23: Geotermální tepelné čerpadlo se zemním kolektorem, zdroj: www.daikin.cz Tyto čerpadla bývají konstruovány jako kompakty pro umístění v interiéru domu. Jejich výparník tvoří rozměrově skromný deskový, nebo spirální výměník a mohutný lopatkový ventilátor zde zastupuje oběhové čerpadlo, které zajišťuje dostatečný průtok nemrznoucího media ohřívaného v zemské

41

Technické zařízení budov a energetika kůře. Ostatní technické prvky a řešení zůstávají v porovnání s tepelnými čerpadly vzduch-voda shodné, s výjimkou elektrického bivalentního zdroje, který u tohoto řešení ztrácí své opodstatnění. Samotné geotermální čerpadla jsou, při srovnatelném výkonu, často levnější než jejich sourozenci vzduch-voda. Navíc u domu nepřibude „foukající venkovní krabice“. Vše se jeví snadné. Pokud máme u domu odpovídající kus zbytného pozemku obvykle zvolíme položení horizontálního zemního kolektoru (viz Obr. 23). Předpokládá vyhloubení dostatečně hluboké drážky (obvykle 1,5 až 2 m) o dostatečné délce pro uložení speciálního plastového potrubí, kterým bude cirkulovat nemrznoucí mediu pro primární stranu geotermálního tepelného čerpadla. Nezbytná je i venkovní revizní šachtice, která poslouží k umístění rozdělovače a sběrače jednotlivých ramen zemního kolektoru. Pokud kus zbytného pozemku, na kterém v budoucnu nic nepostavíme a krom trávy vlastně ani nic nezasadíme, je zde ještě varianta povolat vrtnou soustavu a do vhodné hloubky uložit vhodné množství geotermálních sond (viz Obr. 24). Má to však svá ale.

Obr. 24: Geotermální tepelné čerpadlo s vrtem, zdroj: www.daikin.cz Jako první ale, je cena. Obě varianty zemních výměníků jsou investičně náročné i v případě optimálních geodetických podmínek. Ty mohou být druhým ale. U zemních kolektorů hraje roli typ půdy a její vlhkost. Z toho vychází takzvaná extrakční kapacita půdy uváděná ve W/bm položeného kolektoru při definovaném průtoku media. Pokud jsou hodnoty nízké, je nezbytné přidat metry zemního kolektoru a cena nadále roste. Tyto údaje je tedy dobré znát před započetím investice. Problematika vrtů je ještě komplikovanější. Jak s ohledem na geologický průzkum, tak i další legislativu s tímto typem stavby spojenou. A to může byt třetí ale. Legislativní předpisy můžou, například s ohledem na ochranu spodních vod, stavbu vrtu buď výrazně prodražit, nebo zcela znemožnit. Geotermální sondy se v našich podmínkách vrtají obvykle do hloubek od 50 do 150 m. Možné jsou i větší hloubky, zde však roste cena, jak typu geotermální sondy (větší průměr potrubí), tak dalšího vystrojení vrtu. Geotermální čerpadla nabízejí zajímavý způsob chlazení. Ohledně distribuce chladu v objektu platí vše, co jsme zmínili v odstavci určeném tepelným čerpadlům vzduch-voda. Ovšem zdrojem chladu zde může být právě sám primární okruh uložený v zemi. Může pracovat „pasivně“ tedy bez příkonu tepelného čerpadla. Pak je dobré, při dimenzování výkonu vnitřních fan-coilů počítat s teplotou chladicí vody 12°C. Druhá varianta je, že při chlazení je na kondenzátoru tepelného čerpadla

42

Vzdělávací materiály produkována TUV a chlad odebíraný z primárního okruhu je tak v podstatě odpadním produktem. Nebo chcete-li naopak, odpadním teplem při výrobě chladu, je ohřívána TUV pro spotřebu domácnosti.

4.6 Kvalita vnitřního prostředí v moderních dřevostavbách Předmětem této části textu není hodnotit kvalitu osvětlení místností, nebo hygienické vlastnosti použitých stavebních materiálů. Kvalitní stavební prvky, řemeslné provedení a především profesionální projektové řešení stavby, zajišťují moderním dřevostavbám špičkové tepelně technické vlastnosti. Vedle kvalitní tepelné izolace, hraje důležitou roli i nízká průvzdušnost celkové obálky budovy. Drtivá většina dřevostaveb, s ohledem na použité stavební materiály a s výjimkou roubených staveb, postrádá ve svém konceptu materiály schopné ve své struktuře jímat, zadržovat a i následně uvolňovat teplo, chlad, případně vzdušnou vlhkost. Potřebnost i efektivitu kvalitní termoregulace jsme zmínili již v předešlých kapitolách. To je však jen část celého problému. Kvalita vzduchu, který dýcháme v našich domech, bude klíčovým tématem této kapitoly.

4.6.1 Zdroje znečištění vzduchu v objektu Stavební konstrukce našeho nového domu, nábytek, zařizovací předměty, čistící a odmašťovací prostředky, cigaretový kouř, insekticidní přípravky proti hmyzu, nebo jen různé interiérové osvěžovače vzduchu, které nám slibují „pocity svěžesti“. Vše vyjmenované je zdrojem těkavých organických látek (VOC). Řada z nich má negativní účinky na zdraví – mohou způsobit poškození sliznic, vyvolat rakovinné bujení, genetické poškození, alergie, nebo dle intenzity expozice akutní a chronické otravy. Především coby produkt dýchání obyvatel domu, rozkladem biologického odpadu (třeba v odpadkovém koši), ale i z pokojových rostlin, dochází k hromadění oxidu uhličitého (CO2) v objektu. Oxid uhličitý je v běžných podmínkách bezbarvý plyn, bez zápachu, těžší než vzduch. V přírodě je jeho hladina, dle různých zdrojů, na úrovni cca 375 ppm. Doporučená úroveň CO2 ve vnitřních prostorách, by neměla překročit 1000 ppm. Při koncentraci 1000 až 2000 ppm můžeme u lidí pozorovat příznaky únavy a snižovaní koncentrace. V pásmu do cca 5000 ppm můžou, i méně citliví jedinci pociťovat bolesti hlavy. Při vyšší koncentraci CO2 než 500 ppm již existují zdravotní rizika (nevolnost, dýchací potíže, zvýšený tep, ztráta vědomí). Vysoká vlhkost vzduchu v interiéru, pokud nepůsobí subjektivně dis komfortně, sama o sobě nijak škodlivá není. Tedy pokud neproniká infiltrací do stavební konstrukce obvodového pláště objektu, kde následně zkondenzuje. Zde si spíš zaděláváme stavebně technické problémy objektu. Kondenzace vzdušných par v nepřístupných místech interiéru domu, je však záhy následována plísní. Kromě estetického znehodnocení interiéru a zápachu, který je mnohdy provází, mohou uvolněné spory některých plísní vést k alergenním a astmatickým onemocněním. Naopak rovněž nízká vlhkost vzduchu v domácnosti, může jejím obyvatelům způsobit řadu zdravotních komplikací (vysychání sliznic horních cest dýchacích, dráždivý kašel, pálení očí, časté onemocnění horních cest dýchacích). Dlouhodobá relativní vlhkost v našem obydlí by se měla pohybovat v rozsahu mezi 40 až 65%. Prach v domácnosti se skládá nejčastěji z odpadávajících kožních buněk, z textilního prachu, atmosférického prachu zvenčí včetně pylů. Zdrojem prachu jsou rovněž domácí zvířata. Eliminovat hromadění prachu, jehož původ je právě v domácnosti, lze jen pravidelným úklidem. Snížit podíl prachu z vnějšího prostředí, včetně nejrůznějších sezonních alergenů, však technicky proveditelné je.

43


4.6.2 Nucené větrání „Nucené větrání je, když donutíte uživatele objektu větrat, a to i přes jeho úporný odpor.“ S trochou nadsázky se přiblížíme k zásadní otázce, zda má v nízkoenergetickém domě nucená výměna vzduchu nějaký praktický význam. Šetrný skeptik, by mohl namítnout, že přeci stavebním předpisům vyhoví otevíravá okna, která už zaplatil. V koupelně je odtahový ventilátor a v kuchyni digestoř, tak jaképak copak. Bohužel běžné otvorové výplně, zatím stále neumí to klíčové, samy větrat dle aktuální potřeby. Uživatelé objektu často nevědí, jak v objektu správně větrat a často je to ani nezajímá. Obvykle se problematice začnou věnovat, až když „propuknou symptomy“. Nejčastěji kondenzace vody v místech tepelných mostů v obálce budovy, nebo plísně. Následuje „léčení symptomů“ formou chemického a mechanického odstraňování těchto průvodních jevů. V pěti domácnostech z šesti, kde autor textu prováděl monitoring (tepoty, relativní vlhkosti vzduchu a oxidu uhličitého), byla vždy výrazně dřív překročena doporučená úroveň oxidu uhličitého, než doporučená úroveň vlhkosti vzduchu. Obvykle to bylo 2000 až 3000 ppm CO2 při 65% relativní vlhkosti. Všichni respondenti přistoupili na spolupráci s výchozím předpokladem, že doma větrají v dostatečném rozsahu a byli zvědaví na objektivní výsledky měření. Po konfrontaci s výsledky měření změnili své dlouhodobé návyky obyvatelé pouze jedné domácnosti z šesti. Zbylé domácnosti zdůvodnily, neochotu více větrat obavami ze zvýšených nákladů na vytápění. Tepelné ztráty větráním. Připusťme, že větrání svěříme stroji. Objekt osadíme přetlakovým, nebo podtlakový ventilační systémem, který v pravidelných intervalech, či na pokyn obsluhy provede kompletní výměnu vzduchu v celém objektu. Je zřejmé, že pro zachování efektivity a komfortu bude takovýto systém nutně vybaven distribučním potrubím, filtrací a především ohřevem přívodního vzduchu. Ten bude muset pokrýt tepelné ztráty objektu větráním v potřebném rozsahu. U objektu s velmi malými tepelnými ztrátami prostupem obálkou (pasivní, nízkoenergetické domy), činí již tepelné ztráty přímým větráním více než 50% z celkové tepelné ztráty objektu. Navíc při takto intenzivním větrání, především v zimních měsících, sice udržíme hygienickou úroveň VOC a CO2, ale relativní vlhkost vzduchu v objektu klesne pod doporučených 40%.

Obr. 25: Větrání objektu se zpětným získáváním tepla, zdroj: www.daikin.cz

44

Vzdělávací materiály Potřebujeme tedy ventilační zařízení schopné vyvážené distribuce čerstvého vzduchu po celém objektu, vybavené zařízením pro zpětné získávání tepla a vzdušné vlhkosti. Jehož okamžitý vzduchový výkon, je regulován dle skutečné potřeby výměny vzduchu.

4.6.3 Dynamické větrání se zpětným získáváním tepla a vlhkosti Na tuzemském trhu je nyní široká nabídka větracích, rekuperačních jednotek se zpětným získáváním tepla. K předávání tepelné energie používají nejčastěji deskové výměníky (křížové, nebo protiproudé). Můžeme se setkat i s produkty, které pro zpětné získávání tepla používají tepelné čerpadlo vzduchvzduch. Jen malé procento výrobků na trhu, je schopno předávat přívodnímu vzduchu i část vlhkosti z odpadního vzduchu. Rekuperační jednotky jsou zpravidla osazeny dvěma kusy řiditelných ventilátorů. Odtahovým, který nasává znečištěný vzduch z interiéru, přivede jej na rekuperační výměník a ochlazený jej následně předá do venkovního prostředí. Přívodní ventilátor nasává čerstvý vzduch z venkovního prostředí, přivede jej na rekuperační výměník, kde převezme část tepelné energie od odpadního vzduchu, následně je rozdistribuován po větraných místnostech domu. Větrání je provozováno, jako rovnotlaké. Účinnost zpětného získávání tepla se pohybuje u různých výroků v rozsahu 75 až 90 %. Rekuperační jednotky jsou často vybaveny funkcí nočního chlazení. Jedná se v podstatě o obtokový kanál aktivovaný klapkou, díky kterému nedochází při práci zařízení ke zpětnému získávání tepla. Do objektu je tak přiváděn venkovní vzduch o teplotě shodné s okolním prostředím. Toho lze efektivně využít v horkých letních měsících k předchlazován objektu chladným nočním vzduchem. Rekuperační jednotky jsou vždy vybaveny filtry vzduchu. Odpadní vzduch je filtrován především od domácího prachu obvykle filtry typu G4. Filtrace přívodního vzduchu, je obvykle kvalitnější a brání také vstupu alergenů a části poletavého prachu (obvykle kategorie F7, nebo F8).

Obr. 26: Čidlo kvality vzduchu (CO2), zdroj: www.siemens.com Většina starších rekuperačních jednotek v rodinných domech byla provozována jeden výkon výměny vzduchu. K jehož zvýšení dochází obvykle na základě zásahu uživatele, nebo dle časových programů v regulátoru. Paradoxně tak často dochází, buď k zbytečné vysoké výměně větracího vzduchu, nebo 45

Technické zařízení budov a energetika naopak, nedostatečné. Efektivitu chodu zařízení lze poměrně jednoduše zvýšit instalací čidel kvality vzduchu. Nejčastěji se jedná o kombinaci detektoru oxidu uhličitého a relativní vlhkosti. Tyto jsou umístěny, dle typu instalace, buď v potrubí s odpadním vzduchem, nebo v referenčních místnostech. Řídící regulátor rekuperační jednotky, pak na základě údajů o aktuálním znečištění vzduchu v objektu, mění jen nezbytné množství vzduchu v objektu. Reaguje tak pružně na zvýšený počet lidí v objektu, vzdušnou vlhkost ze sušení prádla a další zdroje znečištění vzduchu v objektu. Pokud kvalita vnitřního prostředí odpovídá požadavkům, nedochází k zbytečné výměně vzduchu a s tím spojeným tepelným ztrátám. Je to v podstatě i ochrana před zbytečným vysušováním interiéru.

SEZNAM POUŽITÉ Literatury [1]

VRÁNA, Jakub. Technická zařízení budov v praxi: [příručka pro stavaře]. 1. vyd. Praha: Grada, 2007, 331 s. ISBN 978-80-247-1588-9.

PODĚKOVÁNÍ Práce byla realizována za finančního přispění Evropské unie v rámci projektu: CZ.1.07/3.2.07/04.0082 Tvorba vzdělávacího programu Dřevěné konstrukce a dřevostavby.

46


Poznámky

47


48

Název projektu Tvorba vzdělávacího programu Dřevěné konstrukce a dřevostavby Registrační číslo projektu CZ.1.07/3.2.07/04.0082 Realizátor projektu Moravskoslezský dřevařský klastr, občanské sdružení Moravskoslezský dřevařský klastr, o.s. Studentská 6202 708 33 Ostrava-Poruba IČ: 27003949 www.msdk.cz www.vzdelavaciprogramdrevo.cz

ISBN 978-80-906014-3-7

Vzdělávací materiály. Ing. Petr Vacek Ing. Pavel Matoušek Bc. Ivo Pavera

Recommend Documents