Modernizace vzdělávacího obsahu a podpora rozvoje na SPŠS Havlíčkův Brod Centrální větrání a vytápění rodinných domů
Centrální větrání a vytápění rodinných domů 1. Úvod V rodinném domě, stejně jako u všech bytových staveb, je potřeba tepelné energie rozdělena do třech téměř rovnocenných okruhů. Výchozí je potřeba tepla pro vytápění, tedy krytí tepelných ztrát prostupem, pak je tu krytí tepelných ztrát větráním a konečně teplo pro ohřev teplé vody. Zatímco neustále se zvyšující tepelná ochrana budov snižuje tepelnou ztrátu prostupem, nabývají na významu větrání a ohřev teplé vody. Proto se budeme zabývat energetickými zdroji zajišťujícími všemi tyto potřeby.
Vytápění Větrání Ohřev teplé vody
•Plynový kotel •Kotel na biomasu •Elektrické přímotopné / akumulační •Tepelné čerpadlo vzduch-země/voda – vzduch •Solární podpora
•Přirozené – ohřev vzduchu zajistí OT •Nucené/kombinované podtlakové – ohřev vzduchu zajistí OT •Nucené rovnotlaké se ZZT – předehřev nebo ohřev vzduchu ve VZT jednotce
•Zdroj tepla pro vytápění •Elektrický akumulační zásobník •Solární podpora
Obr. 1 Základní členění potřeby tepla v RD a možné alternativy jejich zajištění
1. Tepelná čerpadla vzduch/vzduch Tepelné čerpadlo je jen jiným využitím chladicího okruhu, který se využívá v klimatizaci. Z možných druhů tepelných oběhů, které jsou využitelné pro strojní chlazení, je nejčastěji používaný kompresorový okruh, založený na změně skupenství chladiva (obrácený Carnotův cyklus). Základním principem chladícího stroje je cyklické využívání fázových změn při kondenzaci a varu kapaliny. Chladící okruh obsahuje čtyři základní části: výměníky výparník a kondenzátor, kompresor a expanzní ventil. Tekuté chladivo při varu odebírá teplo z okolí, což způsobuje vlastní chladící efekt. Výměník, ve kterém nastává tento jev se nazývá výparník, který tak zajišťuje vlastní chlazení. Aby 1
Modernizace vzdělávacího obsahu a podpora rozvoje na SPŠS Havlíčkův Brod Centrální větrání a vytápění rodinných domů chladivo odebíralo teplo, musí být jeho teplota nižší než je teplota okolí, z něhož teplo odebírá. Proto výparná teplota pro zařízení, které přímo ochlazuje vzduch v místnosti se volí kolem 5 až 10°C. Při výstupu z výparníku je chladivo již v plynném stavu. Aby bylo možno přijatou energii odvést z tepelného okruhu, nejčastěji do volné atmosféry, je nutno tuto energii převést na vyšší teplotní úroveň, aby byla splněna podmínka, že teplota okolí je nižší než teplota ve výměníku. Zvýšení teploty par chladiva se dosáhne jejich stlačením pomocí kompresoru. Stlačené páry dále postupují do kondenzátoru, jehož úkolem je odebrání energie chladivu, nastává kondenzace. Teplo, které je třeba odvést z kondenzátoru je dáno součtem tepla, odpovídajícího chladícímu výkonu a tepla, ekvivalentnímu práci, která je dodávána do kompresoru. Tekuté chladivo proudí z kondenzátoru, který má vyšší tlak do výparníku s tlakem nízkým. Tlak tekutého chladiva musí být řízen a regulován, zajišťuje to expanzní ventil. Tento proces představuje škrcení. Var chladiva nastává při nízké teplotě odpovídající tlaku ve výparníku. Na toto ochlazení kapalnéObr. 2 Skladba chladicího okruhu/tepelného ho chladiva se spotřebuje část chladícího výkočerpadla vzduch/vzduch. Vlevo kondenzátor nu, která by se jinak využila pro chlazení. (teplá strana), vpravo výparník (chladná strana) a propojení potrubím. Kompresorový tepelný oběh lze zapojit dvěma způsoby: buď využíváme teplo, které vzniká v kondenzátoru, pak se jedná o tepelné čerpadlo, nebo využíváme chlad, který vzniká ve výparníku, pak jde o strojní chlazení, využívané v klimatizaci. Na výparníku v důsledku podchlazení vzduchu pod rosný bod kondenzuje vodní pára a vznikající kondenzát je nutno odvádět, nejčastěji do kanalizace.
Obr. 3 Provozní režimy tepelného čerpadla
2
Modernizace vzdělávacího obsahu a podpora rozvoje na SPŠS Havlíčkův Brod Centrální větrání a vytápění rodinných domů
Obr. 4 Skladba systému chlazení/tepelného čerpadla vzduch/vzduch. Jedna venkovní jednotka a vnitřní jednotky v různém provedení připojené přes rozdělovací box chladiva.
2. Tepelná čerpadla vzduch/voda Používanější alternativou jsou TČ vzduch/voda, příp. země/voda. Jejich výhodou je širší využití teplosměnné látky – vody, kterou lze použít i pro ohřev teplé vody. Možnost reverzního chladu v režimu chlazení u některých systémů zůstává, proto nejdokonalejší varianty představují komplexní energetický systém zajišťující vytápění, ohřev teplé vody i letní chlazení. Pro vytápění či chlazení jsou používány jednotky fancoil v různém provedení.
3. Teplovzdušné vytápění, nucené větrání a recyklace tepla Systém zajišťující větrání, teplovzdušné vytápění a zpětné získávání tepla představuje běžnou variantu VZT systému, která má ovšem v aplikaci v RD svá specifika. Tak se vyvinul dvouzónový systém s kompaktní VZT jednotkou, mnohdy doplněnou o zemní výměník tepla. Princip moderního a ekonomického systému spočívá v dvouzónovém uspořádání okruhů vzduchotechnických rozvodů v rodinném domě. - primární okruh zajišťuje cirkulační teplovzdušné vytápění, zároveň s řízeným podílem čerstvého vzduchu a rekuperací tepla s přívodem podlahovými mřížkami do každé obytné místnosti 3
Modernizace vzdělávacího obsahu a podpora rozvoje na SPŠS Havlíčkův Brod Centrální větrání a vytápění rodinných domů sekundární okruh zajišťuje zcela oddělené odvětrání sociálních zařízení a kuchyní, s rekuperací tepla Oba okruhy vzduchotechnických rozvodů jsou vyústěny do společné vzduchotechnické jednotky. Podle zvoleného programu na regulátoru pak zajišťuje jednotka v 5-ti režimech celoročně požadavky na mikroklima domu: - rovnotlaké větrání s rekuperací tepla - teplovzdušné cirkulační vytápění a rovnotlaké větrání s rekuperací - teplovzdušné cirkulační vytápění (bez větrání) - podtlakové větrání sociálních zařízení s přívodem předehřátého vzduchu - přetlakové letní větrání, případně chlazení s přívodem vzduchu přes zemní registr Cirkulační a čerstvý vzduch do obytných místností se společně rozvádí z centrální rozdělovací podlahové komory jednotlivými plochými vzduchovody z pozinkovaného plechu rozměru 200 x 50 mm, uloženými v tepelně - izolační vrstvě podlahy těsně pod nášlapnou vrstvou. Vyústění rozvodů přes podlahové vyústky s regulací do místnosti se doporučuje vhodně pod okny pro eliminaci chladu, a proti případnému zastavění nábytkem. -
Obr. 5 Schéma dvouzónového teplovzdušného vytápění RD Tímto centrálním systémem se vylučují akustické přeslechy mezi obytnými místnostmi. Koncepci tohoto systémy lze shrnout do několika bodů: - cirkulační vzduch z jednotlivých místností se odvádí pod dveřmi bez prahů do předsíně, či chodby, odkud se odsává stěnovou mřížkou pod stropem do svislých vzduchovodů a odvádí zpět k jednotce. - v jednotce se cirkulační a čerstvý vzduch filtruje na filtru G4 s účinností až 94 %, ohřívá na teplovodním registru a radiálním pomaloběžným ventilátorem (s nastavitelným příkonem 50 až 110 W) se rozvádí přes rozdělovací komoru s tlumičem hluku zpět do obytných místností. - v jednotce se do cirkulujícího vzduchu současně přimísí v nastavitelném poměru čerstvý vzduch, který se přivádí z fasády nebo zemního registru přes předfiltr a předehřívá v rekuperačním výměníku s účinností až 80 %
4
Modernizace vzdělávacího obsahu a podpora rozvoje na SPŠS Havlíčkův Brod Centrální větrání a vytápění rodinných domů -
-
odpadní vzduch z hygienických místností a vodní pára z kuchyní se trvale, případně s nárazovým zvýšením, odvádí odsávacími ventily s regulací a potrubními kruhovými rozvody průměru 100 až 160 mm přivádí k jednotce. Tyto rozvody se osazují do stropů nebo podstropních zákrytů. V rekuperačním výměníku se předává teplo čerstvému vzduchu a po ochlazení se odpadní vzduch odvádí menším větracím ventilátorem přes fasádní žaluzie do atmosféry. odsávací digestoře nad sporáky se navrhují jako cirkulační s uhlíkovými filtry pro zachycení pachů, s nastavitelným výkonem 150 až 550 m3/h. regulaci vzduchových výkonů a tím i teplot v jednotlivých místnostech zajišťují ručně ovládané klapky v podlahových vyústkách rozměru 250 x 100 mm. zvýšení teploty v koupelnách se řeší instalací topných žebříků s teplovodním nebo elektrickým ohřevem, případně instalací podlahového vytápění (např. topné folie). při max. výkonu přivádí standardní podlahová vyústka 250 x 100 mm až 90 m3/h vzduchu, tj. při spádu 45/20°C topný výkon až 700 W. v řadě realizací byl realizován zemní registr pro přirozené letní klimatizování budovy. Jedná se o potrubí z hladkých, hermeticky těsných PVC trub Ø 200 mm v délce cca 20 m, uložené v hloubce 1,8 - 2 m pod terénem, kterým se přivádí vzduch k jednotce maximálním výkonem cirkulačního ventilátoru tj. 700 - 1100 m3/h. Bylo ověřeno, že v podloží zavodnělých jílů se v létě přiváděný vzduch + 30°C v registru ochlazuje až na + 18°C, a tím udržuje teplotu v interiéru max. 24 - 25°C. V zimním období se naopak přiváděný mrazivý vzduch - 15°C předehřívá až na + 6°C, zamezuje tak zamrzání rekuperačního výměníku jednotky a snižuje spotřebu tepla pro ohřev.
Obr. 6 Schéma dvouzónové VZT jednotky pro teplovzdušné vytápění RD
4. Tepelné vytápění krbem Teplovzdušné krby obsahují systém pro teplovzdušné vytápění, který usnadňuje rozvod teplého vzduchu z mezipláště krbové vložky anebo krbových kamen do odlehlých místností. Základním prvkem je tedy teplovzdušný výměník instalovaný nad uzavřeným prostorem topeniště. Rozvod vzduchu z výměníku lze realizovat jako samotížný (tzn. bez pomoci ventilátoru, kde délka potrubí při výškovém přesahu jednoho metru může být maximálně 5 metrů) anebo nucený (tzn. s pomocí ventilátoru, kde délka potrubí může být až 30 metrů). Ve spodní části krbu nebo u krbových dvířek jsou umístěny otvory pro sání vzduchu, jednak pro spalování, jednak pro teplovzdušné vytápění. Výfuk teplého vzduchu je v nejjednodušším případě v horní části krbového tělesa. K dosažení rozvodu tepla do jiných místností je možno napojit krbovou vložku na potrubní systém vzduchotechniky. 5
