Ako znížiť náklady pomocou rekuperácie - Montáž a servis klimatizácií, rekuperácií a vzduchotechniky

22. 02. 2018

Rekuperácia tepla sa navrhuje v prevažnej miere v pasívnych domoch. Nič nebráni tomu, aby sa systém rekuperácie navrhol aj do existujúcich stavieb, rodinných domov, bytoviek alebo rekonštruovaných stavieb za účelom komplexného zníženia potreby tepla. Všetky objekty, či už nové, alebo rekonštruované, ktoré podliehajú certifikácii budov, by mali využívať tento systém aj za účelom zlepšenia kvality vnútorného vzduchu, aj za účelom zlepšenia energetickej triedy. Kvalita vnútorného prostredia v objekte sa významne zlepšuje tým, že vlhkosť vzduchu je udržiavaná na nízkej hodnote a do domu sa privádza ohriaty (alebo v lete ochladený) čerstvý filtrovaný vzduch. Nepretržité vetranie celého domu znižuje relatívnu vlhkosť, a tým odstraňuje ideálne podmienky pre množenie roztočov a vznik plesní. Je ideálny pre astmatikov, alergikov a pri problémoch s radónom. V prípadoch bez možnosti využitia komplexný ventilačný systém, je možné osadiť do každej miestnosti samostatné rekuperačné jednotky. Takýto systém zabezpečuje vetranie miestnosti bez strát energie a zamedzuje vzniku plesní a roztočov. Príspevok je zameraný na prehľad možností rekuperácie, udáva možnosti aplikácie v objektoch s nízkou spotrebou tepla a v bežných domoch na bývanie.

Terminológia

Rekuperácia alebo spätné získavanie tepla je dej, v priebehu ktorého sa do budovy privádzaný vzduch predhrieva teplom odpadového vzduchu. Teplý vzduch teda nie je bez úžitku vypustený otvoreným oknom von, ale v rekuperačnom výmenníku odovzdá väčšinu svojho tepla privádzanému vzduchu.

Účinnosť rekuperácie = účinnosť spätného získavania tepla, t. j. zúžitkovania odpadového tepla na predhriatie chladného čerstvého vzduchu. Účinnosť rekuperácie sa musí pohybovať medzi 0 a 100 %.

Nulová účinnosť je účinnosť otvoreného okna – teplý vzduch je odvádzaný bez úžitku a čerstvý studený vzduch sa privádza

do miestnosti, ktorá rýchlo chladne až na teplotu exteriéru.

Stopercentnú účinnosť (technicky nerealizovateľná) by sme dosiahli vtedy, ak by sme privádzaný vzduch ohriali na pôvodnú teplotu vzduchu odvádzaného – interiér by sme tak vetrali bez straty energie.

Reálna účinnosť rekuperácie sa u bežne dostupných vzduchotechnických zariadení pohybuje od 30 do 90 %, pričom účinnosť nad 60 % považujeme za dobrú, účinnosť nad 80 % za špičkovú.

Využitie rekuperácie – rekuperačné výmenníky tepla sa najčastejšie osadzujú priamo do vetracích jednotiek. Rekuperáciu tak možno využiť prakticky vo všetkých typoch objektov počas hygienicky nevyhnutného vetrania či už bytov a rodinnýchdomov, občianskych stavieb, bazénov a priemyselných objektov. V posledných rokoch sa v súvislosti s rastúcimi cenami energií stále častejšie rekuperácia využíva aj v rodinných a bytových domoch. Rekuperačné výmenníky možno využiť aj v klimatizovaných objektoch – tu sa v letných mesiacoch „rekuperuje chlad“: privádzaný teplý vzduch sa ochladzuje odvádzaným, klimatizáciou vychladeným vzduchom.

Vetranie z hľadiska vplyvu na zdravie ľudí

Začiatkom osemdesiatych rokov minulého storočia sa objavil v odbornej oblasti nový jav – nazývaný Syndróm nezdravej budovy. Tento syndróm sa týka alergických problémov a dokonca príznakov chorôb, ktoré sa často objavujú pri pobyte v určitých budovách a miestnostiach. Tie môžu viesť k vzniku chronických ochorení, ktoré narúšajú pracovnú schopnosť jedinca a jeho bežné činnosti. To nemusí viesť len ku strate kvality života, ale aj k značným ekonomickým stratám a zvýšeným nákladom. V zásade je možné v interiéri budov nájsť nasledujúce potenciálne rizikové faktory:

toxické znečistenie spôsobené nebezpečnými chemickými látkami a prachom,
vplyvy hluku, svetla, pachov, vlhkosti a vnútornej klímy,
hromadenie mikróbov (baktérií, vírov, pliesní), ktoré môžu spôsobovať infekcie,
pôsobenie alergénov.

Koncentrácia týchto znečisťujúcich faktorov veľmi závisí na podmienkach vnútornej klímy, spôsobe ventilácie a usporiadaní a využívaní daného priestoru. Keď sa začiatkom sedemdesiatych rokov začali uplatňovať opatrenia na úspory energií,došlo k značnému zlepšeniu izolačných vlastností stavebných konštrukcií. To ale viedlo k obmedzeniu intenzity výmeny vzduchu vo vnútri budov. Zo zdravotného hľadiska leží optimálna intenzita výmeny vzduchu v rozmedzí 0,5 až 1,0, avšakv skutočnosti sa pohybuje v dobre izolovaných budovách intenzita výmeny vzduchu medzi 0,3 až 0,5, čo znamená, že výmena znečisteného vzduchu v interiéri je nedostatočná. Preto nutne dochádza k zvýšeniu problémov obyvateľstva. A tupráve môže riadené vetranie budov zohrať svoju nezastupiteľnú úlohu. Riadené vetranie udržiava v interiéri optimálnu teplotu a vlhkosť a súčasne zaisťuje, že vzduch vo vnútri budovy je dokonale hygienický. Príslušné technické smernice a hygienické predpisy je možné nájsť v norme DIN 1946.

Rekuperačné jednotky

Rekuperačná jednotka je vetracie zariadenie s rekuperačným výmenníkom, ktoré umožní rekuperáciu – t. j. návrat tepla z odvádzaného vzduchu do privádzaného vzduchu zvonka s účinnosťou okolo 70 % citeľného tepla. Vzhľadom na nepretržitévetranie upraveným vzduchom sa zlepšuje tepelný a vlhkostný stav vnútorného prostredia bytu. Rekuperačný systém býva kombinovaný s vykurovacím systémom, ktorý dopĺňa časť tepelných strát budovy. Rekuperačná jednotka sa skladá zo skrines dvoma ventilátormi, doskového alebo rotačného výmenníka tepla, filtrov a ovládania. V skrini dochádza k odovzdávaniu tepla cez hliníkové lamely rekuperátora bez zmiešania vzduchových prúdov. Získavame tak spätne energiu už raz vloženú dovykurovania priestorov, ktorú by sme pri klasickom vetraní stratili. Čerstvý vzduch je dohrievaný na požadovanú teplotu vstavaným ohrievačom v relatívne nízkom počte dní s extrémne nízkou teplotou vonkajšieho vzduchu. Rekuperačné jednotky sa líšia výkonmi a rozmerom. Menšie sa montujú na vnútorné steny miestností. Väčšie zariadenie sa montujezväčša do medzistropu so vzduchotechnickým rozvodom. Údržba zahŕňa čistenie filtra a výmenníka. Použitie moderných rekuperačných jednotiek sa javí veľmi výhodným riešením pre reguláciu teploty čerstvého vzduchu a jeho nehlučný prívod do bytového priestoru.

Rozlišujeme 3 základné druhy rekuperátorov – rekuperačných jednotiek:

centrálne,
lokálne,
kompaktné rekuperátory.

Centrálny rekuperátor zabezpečuje výmenu vzduchu v celom objektekým lokálny a kompaktný iba obmedzene – časť objektu, miestnosť a pod.

Systémy riadeného vetrania

S narastajúcou úrovňou tepelného izolovania klesá podiel vykurovacieho tepla vyvinutého pre pokrytie tepelných strát obvodového plášta, podľa toho narastá podiel tepelných strát vetrania. Tepelné straty vetrania vznikajú nekontrolovane cez netesnosti budovy a medzery, ako aj cieleným vetracím zariadením. Redukovanie tepelných strát vetrania musí byť teda najprv dosiahnuté cez hutnosť objektu. Ďalšia možnosť redukovania je v kontrolovanom vetraní, ktoré si vystačí s nižšou úrovňou výmeny vzduchu (objem interiérového vzduchu, ktorý sa za 1 hodinu vymení za vonkajší). Ďalšia možnosť energetickej úspory je v spätnom získaní tepla z opotrebovaného vzduchu.

Vetranie slúži ku:

privedeniu čerstvého vzduchu
odvedenie škodlivín, opotrebovaného vzduchu a vlhkosti
zdraviu, vyvarovaniu sa alergiám
energetickej úspore
zachovaniu stavebnej hmoty

Vetranie tradičným spôsobom pomocou otvárania okien, predstavuje veľké tepelné straty tepla, stratu tepelnej energie a značnú tepelnú nepohodu (prievan, studený vzduch). V pasívnych, nízkoenergetických, ale aj štandardných rodinných domoch je tento stav možné zmeniť. Posledné roky vývinu riadeného vetrania, dosiahli stav, kedy sa optimalizuje potreba výmeny vzduchu v obytnej jednotke a zvyšuje sa komfort na bývanie. Najviac tieto systémy vetrania sa účinne dopĺňajújednotkami so spätným získavaním tepla – rekuperátory, čím sa zníži strata tepelnej energie. Vetrací systém s rekuperáciou zaisťuje stály prívod čerstvého vzduchu do bytových priestorov obytných budov, vytvára tak príjemnú vnútornú klímu a navyše teplo z odvádzaného vzduchu s viac ako 60 % účinnosťou odovzdá čerstvému privádzanému vzduchu. Jadrom každej vetracej jednotky s rekuperáciou je výmenník (rekuperátor). Vo výmenníku odovzdá odsávaný znečistený vzduch z interiéruteplo privádzanému čerstvému vzduchu z exteriéru. V posledných rokoch boli vyvinuté rekuperačné jednotky s vysokouúčinnosťou (viac ako 90 %) tepelného výmennika. Rekuperátor je konštruovaný ako protiprúdový.

Decentralizovaná rekuperácia

Aktívna rekuperácia využíva princíp tepelného čerpadla, privádzaný vzduch prechádza kondenzátorom, kde sa prihrieva na požadovanú teplotu v miestnosti. Odsávaný vzduch prechádza studeným výparníkom, kde odovzdáva energiu do chladiva.

Ochladený vzduch bez väčšiny energie je vypúšťaný von. Odovzdaná energia do chladiva ohrieva privádzaný exteriérový vzduch. Chladivo stlačené kompresorom zahrieva kondenzátor. V ďalšej fáze cyklu dôjde prechodom cez trysku ku zväčšeniuobjemu chladiva a tým aj jeho ochladenie. Celý cyklus sa opakuje. V lete sa funkcia otočí a do miestnosti je privádzaný vzduch cez výparník a tým dochádza ku ochladeniu miestnosti. V niektorých typoch sa energia ďalej využíva ku ohrevu vody, čím sa môže nahradiť solárny systém.

Malé rekuperačné jednotky

Medzi novšie rekuperačné jednotky patria malé rekuperačné jednotky, ktoré sú vhodné do bytoviek, do objektov s rekonštrukciou, kde nie je možné osadiť bežné zariadenia s rekuperátormi. Jedná sa o jednotky osadené priamo do obvodového plášťa, ideálne umiestnenie je do rekonštruovaného objektu so zateplením obvodových stien.

zaistí čerstvý vzduch vo všetkých miestnostiach,
získa naspäť až 91 % tepla,
vyvetrá bez nepríjemného prievanu,
odvetrá zdraviu škodlivé látky z nábytku, podlahovín, náterov a pod.,
zabráni vzniku plesní,
dlhodobé zaistenie kvality a hodnoty budovy,
vďaka nízkym prevádzkovým nákladom nezaťaží, rozpočet domácnosti
ušetrí energiu.

Použitie týchto rekuperačných jednotiek je univerzálne, podmienené použitím do páru – jedna jednotka nasáva a druhá vypúšťa vzduch, cca po 70 sekundách sa smer toku vzduchu mení. Tým dochádza ku nabíjaniu a vybíjaniu vymeníka.

V Nemecku sú tieto systémy používané hlavne v pasívnych domoch, ale aj v bytových domoch, prípadne v bytových domoch po zateplení. Neposudzujem účinnosť tohto systému, je garantované skúšobným ústavom v Nemecku.

Centrálne a decentrálne systémy s rekuperáciou v bytových domoch

Pri decentrálnej rekuperácii každý byt má osadenú vetraciu jednotku s rekuperáciou. Intenzitu vetrania je možné nastaviť pre každý byt samostatne. Rekuperačné zariadenie je osadené v každej bytovej jednotke, čím sa teda využíva teplodaného bytu ku dohrevu prívodného vzduchu. Každý byt má samostatný vetrací systém, byty medzi sebou nie sú prepojené. Nevzniká tak šírenie pachov medzi bytmi, prenos zvukov a v neposlednej miere sa zamedzilo šíreniu požiaru. Nevýhodou sú vyššie investičné náklady na byt, ale nie sú potrebné protipožiarne opatrenia a dlhé centrálne rozvody tepelnezaizolované. Potrebné sú dva otvory na fasáde pre každý byt.Variant centralizovaného vetrania je niekoľko:

centrálny odvod odpadného vzduchu (protipožiarne a spätné klapky, vetracia jednotka s rekuperáciou tepla v každom byte, prívody vonkajšieho čerstvého vzduchu decentrálne pre každý byt)
centrálny prívod vonkajšieho vzduchu a decentrálne odvody odpadného vzduchu (protipožiarne a spätné klapky, vetracia jednotka s rekuperáciou tepla v každom byte)
centrálny prívod vonkajšieho vzduchu a centrálny odvod odpadného vzduchu (protipožiarne a spätné klapky, vetracia jednotka s rekuperáciou tepla v každom byte)
centrálny prívod vonkajšieho vzduchu a centrálny odvod odpadného vzduchu, centrálny ventilátor (protipožiarne a spätné klapky, vetracia jednotka s rekuperáciou tepla v každom byte)
centrálny prívod vonkajšieho vzduchu a centrálny odvod odpadného vzduchu, decentrálny ventilátor a centralizovaný vymeník tepla.
centrálny prívod vonkajšieho vzduchu a centrálny odvod odpadného vzduchu (bytové protipožiarne a spätné ventilátory), centrálna vetracia jednotka s rekuperáciou tepla

Ekonomický prínos a návratnosť rekuperačnej jednotky

Konkrétna úspora energií v zimných mesiacoch sa pri riadenom vetraní s rekuperáciou pohybuje na úrovni 40 až 50 %. Rekuperátor je jednoduchý a ekonomicky nenáročný na prevádzku. Funguje na základe automatickej regulácie pomocourôznych senzorov kontrolujúcich vlhkosť a teplotu vzduchu. Pri spojení so zemným výmenníkom je možné rekuperátor využiť na chladenie stavby, čo rovnako šetrí peniaze na klimatizáciu. Prakticky nie je možné získať 100% energie z odpadového teplého vzduchu a samozrejme dochádza k stratám tepla. Dávnejšie boli bežné hodnoty okolo 60 %, dnessa už pohybujú výkony najlepších rekuperátorov na úrovni 90 a viac percent. Tieto čísla už prinášajú konkrétne a zaujímavé úspory energie. Okrem úspory energie na vykurovaní má využitie rekuperátora niekoľko ďalších významných výhod. Pravidelným riadeným vetraním sa odstraňuje nepríjemný zápach, výrazne sa znižuje riziko vzniku plesní, nevznikáprievan, na rozdiel od klimatizácii nedochádza k množeniu baktérií a aplikáciou filtrov sa z privádzaného vzduchu filtruje prach a peľ. Staršie budovy bývajú obvykle vystavené značnému hluku z ulice. Aj v tomto ohľade môže ventilačný systém priniesť úžitok. Keď vetráme otvorenými oknami alebo používame riadené vetranie bez rekuperácie tepla, potomtepelná energia vnútorného ventilačného vzduchu vychádza nazmar. A energia, ktorá unikne pri vetraní, predstavuje značnú časť celkovej energie potrebnej pre vykurovanie (40 – 50 %). Oproti tomu, pri riadenom vetraní s rekuperáciou sa využíva energia obsiahnutá vo ventilačnom vzduchu, ktorý by bol inak bez úžitku vypustený von. Naviac sa pri rekuperácii využíva aj teplo generované vo vnútri budovy svietidlami, osobami či domácimi spotrebičmi. Ventilačné tepelné čerpadlá uľahčujú rekuperáciu a využívajú energiu získanú z vypusteného ventilačného vzduchu na ohrev teplej vody aj na vykurovanie. Počas letnej sezóny, keď je interiér klimatizovaný, vzniká rovnako tak potreba vetrania. Pri klasickom vetraní by prichádzalo k strate ochladeného vzduchu, čo by znamenalo okamžitý nábeh klimatizácie na vyšší výkon, čo sú jasné zvýšené náklady na elektrickú energiu. Pri vetraní pomocou rekuperačnej jednotky sa ochladený interiérový vzduch vo výmenníku stretáva s otepleným exteriérovým vzduchom, odovzdávajú si vzájomne tepelnú energiu, čím sa vstupujúci čerstvý vzduch do interiéru ochladí a nespôsobuje tak nežiaduce tepelné zisky. Preto je „letné“ vetranie ochladeného vzduchu cez rekuperačný výmenník vhodným riešením ako ušetriť značné náklady počas klimatizácie interiéru. Pri zisťovaní nákladov, ktoré je možné ušetriť, musíme brať do úvahy, že využívanie odpadového tepla je závislé od doby prevádzky kompresora pri plnom výkone, nakoľko len v takomto prípade sa produkuje využiteľné odpadové teplo. Množstvo tepla, ktoré je obsiahnuté v chladiacom médiu, je možné vypočítať podľa základných zákonov termodynamiky alebo podľa tabuliek. Rekuperácia nielen prispieva k zdravému a pohodlnému vykurovaniu, ale tiež prináša značné úspory tepelnej energie a tým prispieva i k obmedzeniu emisií oxidu uhličitého.