Stenové energetické systémy vhodné pre aplikáciu v pasívnych domoch

Existuje však aj iný spôsob ako sa dajú znížiť tepelné straty cez obvodové steny. Tento spôsob je charakteristický využitím solárnej prípadne aj geotermickej energie prostredníctvom stenových energetických systémov(aktívnej tepelnej ochrany obalových konštrukcií). Obalová konštrukcia s aktívnou tepelnou ochranou využíva na zníženie tepelných strát solárnu a geotermickú energiu.

¤ Obr. 1. Porovnanie tepelnych strat obalovymi konštrukciami variantov rodinneho domu

Stenové energetické systémy
V tejto kapitole je stručný prehľad stenových energetických systémov, ktoré sú natoľko experimentálne overené, že sa už komerčne využívajú.

Rozdelenie stenových energetických systémov

• Stenový podomietkový systém.
• Stenový systém integrovaný do nosných stien.
• Kapilárny stenový podomietkový systém.
• TABS (tepelne aktivované stenové systémy).
• Stenový systém s ATO s vnútornou TB.
• Stenový systém s ATO s vnútornou aj vonkajšou TB.

Stenové energetické systémy bežne používané v stavebnej praxi
Stenové vykurovanie
Stenové vykurovanie spája vysoký komfort veľkoplošného vykurovania s pružnosťou klasického konvekčného vykurovania pomocou vykurovacích telies. Aktívne steny musia byť smerom do miestnosti voľné bez nábytku, obrazov, či kobercov, preto treba včas naplánovať usporiadanie interiéru. Často sa kombinuje práve s podlahovým vykurovaním, kedy zväčšením vykurovacej plochy možno prevádzkovať systém s úspornejšími nižšími teplotami vykurovacej vody. V suchom vyhotovení predstavuje stenové vykurovanie rýchle riešenie pre montované stavby, steny vytvorené suchou výstavbou, podkrovia a podobne. Systém je tvorený sadrokartónovými doskami so zapustenými rúrkami v rozostupe približne 45 mm. Orientačná hodnota vykurovacieho výkonu je okolo 100 W/m2.

Princíp stenového vykurovania
Pri stenovom vykurovaní sa využíva sálavý tepelný tok z ohrievanej steny. Steny vďaka teplovodným rúrkam dosahujú mierne vyššiu povrchovú teplotu, a tak priamo vyžarujú teplo do okolitej miestnosti, na vnútorné zariadenie i nás ľudí. Takéto teplo je veľmi komfortné a dá sa prirovnať k teplu slnečných lúčov, ktoré nás príjemne zohrejú aj v zimných mesiacoch pri veľmi nízkej teplote vzduchu okolo nás. Vykurovanie pomocou menej komfortnej konvekcie, t.j. prostredníctvom ohriateho vzduchu, tu tvorí na rozdiel od klasického konvekčného vykurovania podstatne menši podiel. Rozloženie tepla v miestnosti je od podlahy smerom nahor veľmi rovnomerné, čo ľudský organizmus vníma veľmi pozitívne a veľmi sa približuje ideálnemu teplotnému profilu zistenému dlhodobým medicínskym výskumom. Navyše stenové vykurovanie je veľmi pružné na rozdiel od zotrvačného podlahového vykurovania. Teplota steny by kvôli pocitu pohody nemala prekročiť 35 °C.

Stenové chladenie
Stenové chladenie prináša novú dimenziu komfortu počas horúcich letných dní. Rovnako aktívne steny musia byť smerom do miestnosti voľné bez nábytku, obrazov, či kobercov, preto treba včas naplánovať usporiadanie interiéru. Často sa tiež kombinuje so stropným alebo podlahovým chladením. V suchom vyhotovení predstavuje stenové chladenie rýchle riešenie pre montované stavby, steny vytvorené suchou výstavbou, podkrovia a podobne. Systém je tvorený sadrokartónovými doskami so zapustenými rúrkami v rozostupe približne 45 mm. Orientačná hodnota chladiaceho výkonu je okolo 60 W/m2.

Princíp stenového chladenia
Ľudské telo odovzdáva teplo konvekciou (10 %), vyparovaním (30 %) a predovšetkým vysálaním (viac ako 50 %). Klasické klimatizačné systémy odbúravajú vznikajúci pocit tepla prúdením studeného vzduchu (konvekciou). Prináša to nasledujúce negatívne efekty:

• zvýšená hlučnosť;
• prívod príliš chladného vzduchu;
• nepríjemný prievan.

Princíp stenového chladenia spočíva vo veľkoplošnom chladení stenou pomocou chladiacej vody cirkulujúcej v rozvodných rúrkach. Výmena energie na rozdiel od klasickej klimatizácie potom prebieha medzi všetkými teplejším objektmi v miestnosti, vrátane ľudského tela, vysálaním na chladiacu plochu. Toto jemné veľkoplošné chladenie spľňa najvyššie požiadavky na ideálny tepelný komfort. Teplota steny by kvôli pocitu pohody, ale aj kvôli nežiaducej kondenzácii nemala poklesnúť pod 19 °C.

Výhody stenového vykurovania a chladenia

• vysoký komfort: jemný chlad, príjemné sálavé teplo;
• rýchle reakcie pri vykurovaní;
• výrazná úspora prevádzkových nákladov v režime vykurovania;
• extrémna prevádzková úspora pri možnosti pasívneho chladenia spodnou vodou alebo hľbkovým vrtom dokonca len náklady na elektrickú energiu obehových čerpadiel;
• neviditeľnosť = voľnosť pri zariadení interiéru;
• žiadne vírenie prachu ? vhodnosť pre alergikov;
• žiadne nepríjemné prúdenie studeného vzduchu pri chladení;
• úplne bezhlučná prevádzka.

Hybridný stenový energetický systém
Z praxe poznáme systémy stenového vykurovania a aj systémy stenového chladenia. Stenový energetický systém využívajúci jeden potrubný systém na vykurovanie počas vykurovacej sezóny a na chladenie počas letného obdobia sa nazýva hybridný stenový energetický systém.

Nové trendy v oblasti stenových energetických systémov
Stenové systémy popísané v tejto kapitole sú vhodné aj pre pasívne domy v ktorých sú použité steny z betónových, keramických alebo porobetónových tvárnic.

Tepelne aktivované stenové systémy (TABS)
Tieto systémy využívajú tepelne aktivovanú hmotu betónových konštrukcií. Jedná sa o hybridný systém, ktorý slúži na vykurovanie počas vykurovacej sezóny a na chladenie počas letného obdobia. Potrubné systémy sú priamo zaliate do betónového jadra steny, alebo sú umiestnené v omietke v prípade keď je stena vymurovaná z betónových tvárnic. Tento energetický systém je charakteristický veľmi nízkymi rozdielmi medzi povrchovými teplotami steny a teplotou vzduchu v interiéri. Výmena tepla alebo chladu sa uskutočňuje v prevažnej miere sálaním, iba malá časť tepla (chladu) sa šíri konvekciou. Ako zdroje tepla alebo chladu sa používajú štandardné zdroje.

Stenový energetický systém s aktívnou tepelnou ochranou s jednou tepelnou bariérou
Jedná sa o stenový energetický systém ktorý podobne ako systémy TABS využíva tepelne aktivovanú hmotu. Na rozdiel od TABS tento systém nevyužíva len betónové jadro, ale môže byť použité akumulačné jadro steny z akéhokoľvek materiálu s vysokými tepelnoakumulačnými vlastnosťami. Tento systém využíva počas svojej prevádzky teplo získané zo slnečného žiarenia, ktoré je uskladnene v zásobníkoch tepla, na aktívne znižovanie tepelných strát cez obalové konštrukcie. Na chladenie v letnom období sa využíva studená voda zo zemného potrubného registra.
Tento systém sa aplikuje výlučné len na obvodové konštrukcie. Potrubný systém je umiestnený v omietke, ktorá sa zhotoví na vonkajšom povrchu muriva, po jej vyzretí sa na ňu aplikuje kontaktný zatepľovací systém. Počas vykurovacej sezóny sa do potrubia privádza voda zo zemného zásobníka tepla, stredná teplota vykurovacej vody sa pohybuje v rozmedzí 15 až 20 °C. Na pokrytie špičkového odberu tepla sa na ohrev vykurovacej vody používa prídavný zdroj tepla, ktorým môže byť kondenzačný kotol alebo tepelné čerpadlo. V prípade že má budova veľmi nízku tepelnú stratu môže byť ako prídavný zdroj tepla použitá aj akumulačná nádoba s elektrickým dohrevom vody.
Matematicko-fyzikálne modelovanie tohto energetického systému potvrdilo teoretické predpoklady. Obalová konštrukcia v ktorej je aplikovaná aktívna tepelná ochrana výrazne znižuje tepelné straty objektu. Na porovnanie vplyvu aktívnej tepelnej ochrany na tepelné straty obalovými konštrukciami bol vybraný dvojpodlažný rodinný dom o pôdorysných rozmeroch 10x13 m a výške 6 m. Tepelné straty cez obalové konštrukcie boli vyčíslené pre dva varianty obalových konštrukcií. Prvý variant domu pozostáva z klasických obalových konštrukcií, druhý variant domu využíva aktívnu tepelnú ochranu obvodových stien a plochej strechy. V oboch variantoch je tepelný odpor obvodových stien a strechy R = 5,0 m2.K/W. Dom s aktívnou tepelnou ochranou má pri rovnakej geometrii a rovnakých hodnotách tepelnotechnických parametrov o 30 % nižšiu tepelnú stratu obalovými konštrukciami ako nízkoenergetický dom bez aktívnej tepelnej ochrany.

Stenový energetický systém s aktívnou tepelnou ochranou s dvomi tepelnými bariérami
Tento systém obsahuje o jeden potrubný systém navyše oproti predošlému systému. Okrem tepla zo solárneho žiarenia využíva aj geotermické teplo na aktívne znižovanie tepelných strát cez obalové konštrukcie.

Záver 
Využívanie hybridných stenových energetických systémov je dôkazom toho, že sa dá k tvorbe nízkoenergetických a energeticky pasívnych domov pristupovať aj netradičným spôsobom, je experimentálne overené, že tieto systémy spľňajú kritériá na používanie v nízkoenergetických a energeticky pasívnych domoch. Výhodou týchto riešení je fakt, že náklady na výstavbu energeticky pasívneho rodinného domu vďaka správnemu výberu stavebných materiálov a použitiu aktívnej tepelnej ochrany a núteného vetrania neprevyšujú náklady na výstavbu štandardného nízkoenergetického rodinného domu rovnakého objemu s núteným mechanickým vetraním s rekuperáciou tepla postaveným klasickým spôsobom.

Použitá literatúra:
[1] Petráš, D. a kolektív: Nízkoteplotné vykurovanie a obnovitelné zdroje energie. Bratislava: Jaga group, 2001 [2] Petráš, D.: Vykurovanie rodinných a bytových domov. Bratislava: Jaga group, 2005
[3] Cihelka, J.: Vytápění, větrání a klimatizace. Praha: SNTL, 1985
[4] Recknagel - Sprenger - Fedor: Vykurovanie, vetranie, klimatizácia. Bratislava: Alfa, 1971
[5] Janson, U.: Passive houses in Sweden, Experiences from design and construction phase. Lund: Lund university, 2008
[6] Schlager, N., Weisblatt, J.: Alternative energy. New York: Thomson Gale, 2006
[7] Sorensen, B.: Renewable Energy (Third edition). New York: Elsevier, 2004 [8] Cihelka, J.: Solární tepelná technika. Praha: Nakladatelství T. Malina, 1994
[9] www.terrasol-th.com
[10] www.isomax.sk
[11] www.isomax.pl
[12] www.sutn.gov.sk
[13] www.rehva.com