preskočiť na hlavný obsah

Ako sa chytá teplo

/up/images/featured/images/0-akosachytateplo.jpg

Hlavným kritériom pri posudzovaní energetickej efektívnosti stavby je množstvo energie, ktorú budova spotrebuje, aby dosiahla požadovanú tepelnú pohodu vnútorného prostredia. Energetická spotreba je ovplyvnená aj pasívnymi tepelnými stratami a ziskami, teda množstvom tepla, ktoré z budovy unikne, alebo ktoré do nej vnikne cez obvodový plášť. V našich klimatických podmienkach je to najmä otázka uniknutého tepla, ktorá priamo určuje množstvo tepelnej energie, ktorú musí dodať vykurovací systém. Prvým krokom k minimalizovaniu nákladov na teplo je teda zabezpečenie dostatočnej tepelnej izolácie budovy.

Druhým krokom je potom správna voľba vykurovacieho systému, vrátane spôsobu ohrevu teplej vody a výberu výhrevných telies. Posledným, no nemenej dôležitým krokom je správne zosúladenie a nastavenie všetkých týchto komponentov za pomoci regulačného systému.

Čistá energia z prírody

Nevyhnutnosť znižovať spotrebu fosílnych palív a hľadať ekologické zdroje energie sa v súčasnosti dotýka všetkých oblastí života, nevynímajúc náš obytný priestor, ktorý si neustále umelo prispôsobujeme. V súvislosti s tým sa čoraz častejšie stretávame s pojmami nízkoenergetický a pasívny dom, ktorých hlavným krédom je využívanie všadeprítomnej energie slnka, zeme a vody.

Dôraz na dokonalú izoláciu budov pri koncepcii nízkoenergetických a pasívnych domov umožňuje, že na úplné vykúrenie domu postačuje, aj v najchladnejšom období roka, pomerne nízka teplota vykurovacej vody okolo 55 °C. Tento posun v riešení konštrukcií stavieb otvoril dvere využívaniu nevyčerpateľných zdrojov energie, ktoré sú dostupné všade okolo nás.

Tepelné čerpadlá

Malým technickým zázrakom, ktorý dokáže z prírody odčerpať v priemere 3až 4-násobok energie potrebnej na jeho pohon, je tepelné čerpadlo. Princíp tepelného čerpadla je známy vyše sto rokov. Využívajú ho chladničky, ktoré odoberajú teplo z potravín v uzavretom priestore a odvádzajú ho do okolitého priestoru. Tepelné čerpadlá naopak ochladzujú zdroj vo vonkajšom prostredí a získané teplo prevádzajú na vyššiu teplotnú úroveň, ktorú je možné prakticky využiť na vykurovanie alebo prípravu teplej vody.

Zdrojom energie, ktorú využívajú tepelné čerpadlá, je najčastejšie slnečná energia akumulovaná v spodnej alebo povrchovej vode, v pôde alebo vo vzduchu.

Typ tepelného čerpadla sa určuje podľa druhu ochladzovaného média a ohrievaného média.

Najbežnejšie kombinácie sú: voda-voda, zem-voda, vzduch-voda a vzduch-vzduch

Voda

Vhodným zdrojom tepla pre tepelné čerpadlo je podzemná voda, ktorá má po celý rok stálu teplotu okolo 10 °C. Predpokladmi na jej využitie sú priaznivé hydrogeologické podmienky a dostatočná výdatnosť podzemnej vody (min 0,5 l/s). Optimálna vzdialenosť studní je 10-25 m. Okrem podzemnej vody možno využívať povrchovú vodu z potoka, rieky, jazera a odpadovú vodu z priemyslu alebo domácnosti.

Zem

Za teplotne ustálený zdroj tepla možno považovať aj zem pod hranicou zamŕzania, (u nás je to 80 cm). Teplo môže byť zo zeme odčerpané prostredníctvom vodorovne uložených zemných kolektorov alebo z hlbinných vrtov. Vodorovné uloženie je menej finančne náročné, avšak na vykúrenie rodinného domu je potrebná 2-3-násobná plocha zemných kolektorov. Navyše, táto plocha by nemala byť zatienená, aby pôda absorbovala čo najviac slnečného žiarenia.

Drahšou, ale priestorovo menej náročnou a pritom energeticky efektívnejšou verziou sú hĺbkové vrty, pretože 50-120 m pod zemou je teplota zeme stabilnejšia a v zime, keď je potrebné vykurovať, vyššia než kdekoľvek inde.

Vzduch

Po technickej stránke je najjednoduchšie získavať teplo priamo zo vzduchu, pretože na to nie sú potrebné žiadne drahé vrty ani terénne úpravy. Nevýhodou tohto systému je klesajúca účinnosť v zime, keď teplota vzduchu klesne pod bod mrazu. U tepelných čerpadiel vzduch-vzduch sa často využíva možnosť reverzného chodu v zime vykuruje, v lete vzduch v miestnosti chladí. Málokto vie, že na tom istom princípe fungujú ako bežné delené klimatizačné jednotky s funkciou kúrenia, ktoré môžu byť najmä na jar a v jeseni veľmi lacným zdrojom tepla. Vyhľadávaným alternatívnym zdrojom vykurovania rodinných domov sa v súčasnosti stávajú tepelné čerpadlá vzduch-voda. Prieskumy ukazujú, že približne 40 % všetkých realizácií tepelných čerpadiel vo svete tvoria práve tieto aplikácie. Univerzálnosť použitia, menšia náročnosť na stavebné úpravy, jednoduchá montáž a vďaka dokonalému regulačnému systému aj mimoriadne vysoký koeficient účinnosti, vedú k optimálnemu pomeru ceny a výkonu. V porovnaní s napríklad elektrickým vykurovaním prináša systém vzduch-voda úspory až 65 %.

Vykurovanie za pomoci tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlá je možné využívať ako doplnkový zdroj kúrenia v kombinácii s klasickým zdrojom tepla. Vzhľadom na vysoké zriaďovacie náklady sa však zvyčajne aplikujú len v nízkoenergetických a v pasívnych domoch, kde nie je nutné investovať aj do klasického vykurovacieho systému. V nízkoenergetických domoch sa tepelné čerpadlo kombinuje s nízkoteplotným podlahovým vykurovaním. Na vykúrenie pasívneho domu stačí iba rekuperačný ventilačný systém s dohrevom vzduchu. Pre chod tepelného čerpadla je ideálne, ak je teplota zdroja čo najvyššia, no dokáže veľmi efektívne pracovať aj pri teplotách okolo nuly a svoj účel plní do -15 °C, v niektorých prípadoch až do -20 °C. Z hľadiska efektívnosti je však vhodné v najchladnejšom období roka využívať záložný zdroj energie, ktorým je najčastejšie elektrický ohrev. Na výrobu a uskladnenie teplej úžitkovej vody sa využívajú bivalentné zásobníky.

Solárne systémy

Na Slovensku sa celková doba slnečného svitu, pohybuje medzi 1600-2000 hodín ročne, čo ponúka celkom dobré predpoklady na aktívne využívanie slnečnej energie. Slnečnéžiareniesavnašich podmienkach využíva najmä na ohrev teplej vody. Pri efektívnom využívaní slnečného žiarenia za pomoci kolektorov je možné pokryť 60-70 % ročnej spotreby teplej vody. Tento spôsob prípravy teplej vody je výhodný najmä preto, že je najefektívnejší mimo vykurovacej sezóny, kedy vôbec netreba zapínať kotol. Do pozornosti sa čoraz viac dostávajú aj fotovoltaické články, ktoré slnečné žiarenie premieňajú priamo na elektrickú energiu.

Typy slnečných kolektorov

Zariadením, ktoré zachytáva slnečnú energiu a využíva ju na ohrev vody, je slnečný kolektor. Ten je ešte potrebné doplniť zásobníkom teplej vody, obehovým čerpadlom a regulačnou technikou. Slnečné absorbéry, ktoré dokážu ohriať vodu maximálne na 50 °C, sa nazývajú nízkoteplotné kolektory a využívajú sa najmä na ohrev vody v bazénoch. Najčastejšie používané strednoteplotné kolektory dosahujú teplotu 60-80 °C a používajú sa na prípravu teplej úžitkovej vody. Vyššie teplotné zisky je možné získať koncentrovaním slnečného žiarenia do ohniska, v ktorom dochádza k ohrievaniu média. Na tomto princípe fungujú tzv. vákuové kolektory. Z konštrukčného hľadiska rozoznávame ploché a trubicové kolektory, pričom médiom môže byť aj vzduch.

Návratnosť investície

Vzhľadom na to, že náklady na zriadenie solárneho systému pre jeden rodinný dom sa pohybujú okolo 100-tisíc Sk, je potrebné klásť dôraz na správny návrh a dimenzovanie solárneho systému. Finančná návratnosť investície sa v súčasnosti pohybuje okolo 10 rokov. Pre hodnotenie solárneho zariadenia je však dôležitejšia energetická návratnosť. Je to doba, za ktorú kolektor vyprodukuje množstvo energie, ktoré bolo potrebné na jeho výrobu. V našich podmienkach je to približne 3 roky.

Základné pravidlá pre návrh slnečných kolektorov

Pre maximálne efektívne využitie solárneho systému je potrebné dodržiavať niektoré základné body. Najväčší výkon dosahujú solárne kolektory okolo 14. hodiny, preto je ideálne orientovať kolektor na juh s miernym 8-15° otočením na západ. Optimálny sklon kolektorov je 45°. Tento uhol je ideálny na zachytávanie jarného a jesenného slnka, pričom v lete zabraňuje prílišnému prehrievaniu kolektorov. Minimalizovanie tepelných strát dosiahneme umiestnením zásobníka teplej vody, resp. výmenníka tepla čo najbližšie ku kolektoru, tak aby bola dĺžka potrubia čo najmenšia. Plocha kolektorov sa dimenzuje v závislosti od spotreby teplej vody. Na osobu treba rátať približne 50l TÚV s teplotou 55-60 °C . Toto množstvo teplej vody dokáže vyprodukovať 1-1,5m2 plochy kolektora. Pre 4-člennú domácnosť je teda potrebný kolektor s plochou 6m2.

Príprava teplej vody

Keďže solárny systém je vždy riešený len ako doplnkový zdroj vykurovania a prípravy TÚV, okrem neho musí byť dom vybavený aj kotlom či iným zdrojom tepla a zásobníkom TÚV. Pre solárny ohrev teplej vody sa spravidla používa bivalentný zásobníkový ohrievač vody, ktorý má v sebe integrované dva výmenníky tepla. Dolný výmenník tepla zabezpečuje prenos solárneho tepla z teplonosnej látky do pitnej vody. Ak slnečné žiarenie nie je dostatočné, voda sa ohrieva prostredníctvom horného výmenníka tepla pomocou konvenčného zdroja tepla. Pre zvýšenie efektívnosti využívania slnečného žiarenia je ideálne využívať na uskladňovanie teplej vody solárny vrstvený zásobník.

Regulačný systém

Aby sme si pri vykurovaní domu obnoviteľnými zdrojmi naozaj vystačili, je na to nevyhnutná vyspelá regulačná technika, ktorá optimalizuje chod celého vykurovacieho systému.

Na technologickom vrchole sa v súčasnosti nachádza ekvitermická regulácia, ktorá využíva ako mernú veličinu vonkajšiu teplotu. Vďaka tomu veľmi rýchlo reaguje na zmenené podmienky a zabezpečuje stabilnú teplotu v interiéri bez nepríjemných výkyvov. Samozrejme, senzory okrem vonkajšej teploty sledujú aj teplotu v miestnostiach a teplotu vykurovacieho média. Výkon kúrenia sa pritom automaticky prispôsobuje vonkajším teplotám, nastaveným časovým programom a zvolenej ekvitermickej krivke, ktorá zohľadňuje vykurovaciu sústavu a charakteristiku budovy. Aj pri prudkých poklesoch teploty je vďaka tomu zabezpečená prakticky konštantná vnútorná teplota. Ekvitermická regulácia sa zvyčajne rieši ako súčasť vykurovacieho telesa a dnes je už bežnou súčasťou moderných vykurovacích zariadení, vrátane tepelných čerpadiel.

Systémová technika

Pri systémoch, kde sa kombinuje klasická forma vykurovania plynovým kotlom so solárnym kolektorom alebo tepelným čerpadlom, je regulácia o niečo zložitejšia, pretože treba skoordinovať zdvojené funkcie hlavných a doplnkových vykurovacích zariadení. Pri príprave teplej úžitkovej vody za pomoci solárnych kolektorov je napríklad potrebná solárna regulácia, ktorá vychádza z intenzity slnečného svitu. So zosúladením všetkých systémových komponentov nám dnes pomáha počítačová technika tvoriaca domácu sieť alebo i napojenie cez internet. Súčasťou vyspelej systémovej techniky môže byť aj informačný a analytický systém, ktorý dokáže diagnostikovať poruchy, alebo hlási upozornenia týkajúce sa údržby.

Ing. arch. Anna Palfiová Foto: Vaillant 

zdroj: Dom a Bývanie

Páčil sa vám článok?

áno: 248     nie: 221

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby