Efektivita systému větrání s rekuperací tepla v panelových domech

Docílit nízké relativní vlhkosti a vnitřní koncentrace CO₂ kolem 1000?1200 ppm za cenu nízkých provozních nákladů lze se systémy, které budou popsány v tomto článku. V podstatě se jedná o veškeré systémy větrání, které reagují na aktuální požadavek čerstvého vzduchu ? tedy obsahují čidlo kvality vzduchu (čidlo CO₂). Jen takto lze efektivně interiér provětrávat a docílit tak požadované koncentrace CO₂ dle vyhlášky [2] ? tedy přivádět pro každou osobu cca 25 m³/h.
Jedním z těchto systémů, který navíc využívá zpětné odpadní teplo z odváděného vzduchu z interiéru, je rovnotlaký systém větrání s rekuperační jednotkou.

¤ Obr. 1. Čidlo CO₂

Rekuperace vzduchu

Rekuperační jednotky známe prozatím spíše ve spojení s nízkoenergetickými či pasivními domy. Jedná se o systém větrání, kdy dochází k předehřevu venkovního vzduchu vzduchem vnitřním přes výměník tepla. S těmito jednotkami (systémy) je pak svázán termín teplovzdušné větrání či teplovzdušné vytápění. V druhém případě se vzduch za rekuperační jednotkou dohřeje na teplotu cca 24?26 °C a systém pokrývá tepelné ztráty objektu.
U panelového domu se spíše setkáme (i když zatím zřídka) s prvním případem, tedy s teplovzdušným větráním s rekuperací, kdy je vzduch dohříván pouze na 20 °C a tepelné ztráty pokrývá klasická otopná soustava (radiátory).
Uživatelé panelového domu si mohou také vybrat ze dvou variant tohoto systému. Existují buď malé individuální lokální jednotky o max. výkonu kolem 200 m3/h, nebo centrální jednotky, které se navrhují pro celý objekt a mají výkon přes 1000 m³/h podle počtu osob (resp. bytů, které zásobuje) (obr. 2). U obou systémů je však nutné mít bytové jádro se 2 VZT stoupačkami a cirkulační digestoře v kuchyních. Výjimkou mohou být instalace, kdy je přívodní i odpadní vzduch veden přímo na fasádu.

¤ Obr. 2. Schéma zapojení lokální rekuperační jednotky (vlevo) a centrální pro všechny byty (vpravo) 

¤ Obr. 3. Schéma výpočtu manuálního větrání okny pomocí dynamické simulace

Než si řekneme, zda je tento systém opravdu vhodným systémem větrání a zda je ekonomicky návratný, či nikoli, je nutné stanovit počáteční stav, se kterým budeme větrání s rekuperací porovnávat. Je potřeba tedy stanovit, jaká je finanční náročnost samotného manuálního větrání. Z faktur od distributora tepla se dočteme, kolik platíme celkem za teplo (obvykle se jedná o částku od 400?1000 Kč/GJ) a kolik GJ protopíme za otopné období. V této sumě je však zahrnut součet spotřeby tepla na vytápění bytu a spotřeby tepla na větrání bytu. Tato druhá položka nás nyní zajímá. Bohužel je nereálné tuto sumu z faktury adekvátně rozdělit. Z prvního článku tohoto seriálu (Stavebnictví 10/10) si můžeme udělat představu o tom, že po výměně oken nám rapidně klesne spotřeba tepla na větrání, jelikož se díky novým těsným oknům sníží výměna vzduchu v bytech (sníží se infiltrace). Kolik však činí tento pokles velice závisí na tom, jak uživatelé manuálně okny větrají. V současné době naštěstí existují sofistikované metody výpočtu na základě dynamických simulací a celý problém je možné namodelovat v PC. Lze tedy vytvořit virtuální model domácnosti. Více o samotném dynamickém modelu viz [6].
Díky dynamické simulaci tedy můžeme určit a ?oddělit? spotřebu tepla na větrání od spotřeby tepla na vytápění jako celku.
V případě bytu 3+1, kde bydlí čtyři osoby a celý byt má stará netěsná okna, činí spotřeba tepla na větrání kolem 1800 kWh/byt/rok (6,5 GJ). V případě výměny oken za nová těsná pak klesne roční spotřeba na 750 kWh/byt/rok. Úspora díky změně infiltrace je tedy kolem 60 %. Nutno podotknout, že model předpokládá reálnou hladinu koncentrace CO₂ shodnou s naměřenou v panelovém bytě (viz článek Stavebnictví 10/10). V nočních hodinách je tedy hladina v mezích od 2000 do 3000 ppm. Pokud však budeme předpokládat, že uživatelé manuálně větrají tak, aby koncentrace CO₂ byla stále kolem hranice 1000?1200 ppm (tedy více větrají okny), tak spotřeba naroste na více než 1900 kWh/byt/rok. Přenásobíme-li tyto kWh cenou tepla kolem 500 Kč/GJ (tj. 1,8 Kč/kWh), dostaneme roční náklady, které znázorňuje následující graf (obr. 4). V některých regionech se cena již vyšplhala až na závratných 1000 Kč/GJ ? cena za větrání by pak byla v grafu dvojnásobná.

¤ Obr. 4. Porovnání ročních nákladů na větrání (pro cenu tepla 500 Kč/GJ tj. 1,8 Kč/kWh) 

¤ Obr. 5. Schéma výpočtu větrání s rekuperací tepla pomocí dynamické simulace 

Nyní tedy můžeme porovnat počáteční stav se systémy větrání využívající rekuperační jednotky. Výrobci těchto jednotek garantují úsporu tepla na větrání 70?90 % podle účinnosti samotného rekuperátoru (výměníku). Nyní si opět pomocí dynamického modelu ukážeme, zdali tomu opravdu je tak, jak výrobci tvrdí.
Na co se většinou při stanovení úspor při použití tohoto systému zapomíná, je finanční náročnost provozu samotné jednotky ? tedy dvou elektromotorů (ventilátorů), které spotřebovávají drahou bytovou elektrickou energii. Tato položka je nezanedbatelná a je nutné ji do celkové bilance zahrnout. Na trhu existují různé typy ventilátorů a jejich okamžitý výkon se pohybuje od 20 do 80 W. Je nutné si uvědomit, že tyto ventilátory jsou dva a v případě špatné regulace (systém ON/OFF) mohou v ročních nákladech ?natočit? špatné ventilátory až 450 kWh/byt/rok tj. 2250 Kč/rok (při ceně 5 Kč/kWh ? viz [6]). Pokud se použijí o něco dražší úspornější EC motory, tak ?natočí? jen kolem 280 kWh/byt/rok, tj. 1400 Kč/rok.

¤ Obr. 6. Porovnání manuálního větrání okny s nuceným větráním s rekuperací tepla  (pro cenu tepla 500 Kč/GJ tj. 1,8 Kč/kWh)  

¤ Obr. 7. Porovnání manuálního větrání okny s nuceným větráním s rekuperací tepla - lokální a centrální rekuperace  (pro cenu tepla 500 Kč/GJ tj. 1,8 Kč/kWh)  

Při výpočtu spotřeby tepla u varianty s rekuperací tepla se uvažovalo, že uživatelé provedou rekonstrukci bytu a pořídí si i nová těsná okna s lepšími izolačními vlastnostmi. Z grafu (obr. 6) si tedy uděláme představu o tom, kolik ušetříme tepla na větrání při využití rekuperace tepla oproti manuálnímu větrání. V případě porovnání druhé varianty a s rekuperací je úspora pouze 20 %. V porovnání s ?nereálnou? třetí variantou, kdy lidé větrají velmi intenzivně, činí úspora kolem 70 %. Avšak díky drahé elektřině se celkový roční náklad nakonec přehoupne přes počáteční variantu a uživatelé s rekuperací platí více než předtím. Pouze v případě, kdy budeme uvažovat jako referenční stav intenzivní větrání, docílíme v celkové bilanci nepatrné úspory (cca 160 Kč/rok). Tato počáteční varianta je však takřka nereálná.
Pro oblasti v ČR s cenou tepla kolem 500 Kč/rok se tedy lokální rekuperační jednotka ekonomicky nerentuje (pořizovací cena cca 70 000 Kč/byt včetně práce, podhledů, čidla CO₂, regulace atd). Opět tedy vidíme, že docílit požadovaného komfortu (CO₂ kolem 1000 ppm) něco stojí.

Jak si na tom stojí centrální rekuperace?

Jak ukáže následující graf (obr. 6), centrální rekuperace je na tom o něco lépe. Ekonomická efektivita závisí na počtu bytů, které jednotka zásobuje. Čím více bytů, tím jsou v přepočtu na jeden byt nejen nižší pořizovací náklady, ale také celková spotřeba elektřiny, která se rozpočte mezi více partají. Spotřeba tepla na větrání je o něco vyšší než u lokální rekuperace, jelikož u větších jednotek s vyšším průtokem klesá účinnost výměníku tepla (rekuperátoru) a část tepla se ztrácí v šachtách.
Graf na obr. 7 porovnává roční provozní náklady lokální a centrální rekuperační jednotky vztažené na bytovou jednotku. V grafu je pak znázorněno rozmezí nákladů na elektrickou energii. V případě vysokého panelového domu se roční náklady pohybují kolem 800 Kč/byt/rok a v celkovém součtu s náklady na teplo je tento systém úspornější než lokální jednotka. Čím je pak ale nižší panelový dům, tím jsou v přepočtu na byt vyšší provozní náklady na jednotku samotnou.
Centrální rekuperace se tedy vyplatí pouze pro vyšší panelové domy. Obrázek o finančních úsporách pro oblasti s cenou tepla kolem 500 Kč/GJ si pak můžeme udělat sami.
A kolik nás to bude stát? Po důkladnější analýze a sestavení několika cenových nabídek vychází finanční náročnost kolem 40 000 Kč/byt. V této ceně je zahrnuta hlavní centrální jednotka, repase stoupaček, čidla, regulace a VZT rozvody po bytě.
Porovnejme si nyní zpětně celkový roční náklad na provoz systému větrání s elektrickou topnou spirálou (viz článek). Jak bylo řečeno, při větrání pomocí tohoto systému uživatelé platí třikrát více za energie, než je tomu u systému s rekuperací tepla.

Závěr k větrání panelových domů

Jak jsme si ukázali ve třech článcích (Stavebnictví 10/10 a Stavebnictví 11?12/10), větrání, nejen panelových domů, je v současné době horkou tematikou. Díky těsným oknům dochází bezesporu k úspoře tepla na vytápění, ale zhoršuje se rapidně kvalita vnitřního prostředí. Dle měření se vnitřní koncentrace CO₂ pohybuje v rozmezí 1500?3500 ppm, což je vysoce nad požadavky, které uvádí vyhláška 268/2009 Sb.
Na trhu existuje řada řešení, jak zlepšit vnitřní prostředí, ale bez větších znalostí funkčnosti těchto systémů mohou uživatelé vynaložit své prostředky zbytečně. Posouzena byla například rotační hlavice, která je pro větrání panelových domů absolutně nevhodným systémem. Dalším systémem jsou větrací jednotky s elektrickou topnou spirálou, které jsou sice levné, ale provozní náklady jsou až třikrát vyšší než větrání pomocí rekuperační jednotky. V porovnání s lokální rekuperační jednotkou, která je pětkrát dražší než box s topnou spirálou, se tato investice vrátí za 5?6 let. Rekuperační jednotky navíc zajistí požadovaný vnitřní komfort po celé otopné období. Ekonomicky nejvýhodnější variantou pro vyšší panelové domy je centrální rekuperační jednotka, která má v přepočtu na byt nejnižší pořizovací cenu i roční provozní náklady.
Všechny popsané systémy jsou však ekonomicky neobhajitelné, nicméně zvyšují v objektu komfort, který může být pro řadu uživatelů někdy k nezaplacení.

Článek vznikl jako výstup výzkumného projektu VAV-SP-3g5-221-07 ? Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu.

Použitá literatura:
[1] Beranovský, J., Kotek, P., Vogel, P., Antonín, J., Macholda F. (2010): Větrání panelových domů ? opatření a jejich limity [Online tzb-info]. Ekowatt, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie
[2] Vyhláška č. 268/2009 Sb. Ministerstva pro místní rozvoj o technických požadavcích na stavby
[3] Mareš, L. (2010): Vlastnosti rotujících větracích hlavic. Vytápění, větrání, instalace 3/2010
[4] Mareš, L. (2010): Rotující hlavice ? mýty a realita. In: Komplexní řešení problémů s větráním a vytápěním po zateplení bytových domů. Praha: Společnost pro techniku prostředí, str. bez stránkování
[5] Kotek, P., Beranovský, J., Vogel, P., Macholda F. (2010): Rekuperace tepla v panelovém domě ? ano, či ne? [Online tzbinfo]. Ekowatt, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie

Autoři článku:
Ing. Petr Kotek, Ph.D.
Ing. Petr Vogel
Ing. Jiří Beranovský, Ph.D., MBA
Ing. Lucie Šancová
Mgr. František Macholda, MBA