Otázky 2013/6
Vedoucí a recenzent rubriky Vladimír Jirout
Otázka:
Jaká je spotřeba elektřiny topným kabelem ve vnější jednotce tepelného čerpadla vzduch-voda?
Odpověď:
Úvodem podrobnější vysvětlení, k čemu zmíněný topný kabel slouží. Tepelné čerpadlo systému vzduch-voda (dále jen TČ), respektive jeho venkovní jednotka, v režimu vytápění odebírá teplo z okolního vzduchu přes lamelový výměník (výparník). Teplosměnná plocha výparníku se při chodu TČ v režimu vytápění po většinu topného období nachází pod teplotou rosného bodu procházejícího vzduchu, a proto se následně na lamelách výparníku při nižších venkovních teplotách tvoří námraza, a tím se zhoršuje přestup tepla. Regulace TČ na toto reaguje tak, že po určité době spustí proces odtávání výparníku. Tento proces je poměrně rychlý a způsobí odtátí námrazy z lamel venkovní jednotky. Pokud jsou venkovní teploty nad bodem mrazu, odtátá voda z námrazy rychle steče do sběrné vany venkovní jednotky a z ní pak do kanalizace či štěrkového lože pod jednotkou (v technických podkladech je téměř vždy definovaná minimální výška spodku venkovní jednotky nad terénem). Pokud jsou však venkovní teploty pod bodem mrazu, dochází k postupnému namrzání odtávané vody ve vaně. Jsou známy případy, kdy vlivem postupného namrzání vody z opakovaného procesu odtávání došlo k vytvoření tak velkého kusu ledu, že zaplnil spodní část výparníku, způsobil jeho destrukci či poškodil vrtuli ventilátoru venkovní jednotky.
Drtivá většina výrobců TČ na toto reaguje, či donedávna reagovala, tak, že na spodní části pod lamelovým výměníkem, v prostoru vany venkovní jednotky, umístila elektrický samoregulační topný kabel, který se automaticky zapínal v závislosti na venkovní teplotě. Cílem řešení bylo zamezení tvorby ledu ve vaně venkovní jednotky a zajištění jejího volného odtoku pryč z vany. Příkon topného kabelu se běžně pohybuje mezi 50 až 100 W. Nutno podotknout, že toto řešení je funkční a zabrání nežádoucímu shromažďování ledu. Nevýhodou však je, že pokud dojde k poklesu venkovní teploty k bodu mrazu, tak kabel, reagující pouze na teplotu okolí, začne odebírat elektrickou energii. Odebírá ji tedy i v době, kdy TČ pracuje v režimu vytápění či neběží třeba z důvodu nočního útlumu vytápění apod. Podle technických podkladů některých výrobců se v našich podmínkách odběr elektrické energie topným kabelem pohybuje okolo hodnot 150 až 170 kWh/rok.
Pro rodinný domek o tepelné ztrátě cca 6,5 kW (pro představu se jedná o nový RD s obytnou plochou cca 180 m2) lze reálně odhadnout spotřebu elektrické energie pro vytápění pomocí TČ (včetně topného kabelu) okolo 3500 až 4000 kWh/rok. V tomto případě podíl elektrické energie odebíraný topným kabelem dosahuje zhruba 5 %, což není nevýznamná položka. Pokud by byl reálný sezónní topný faktor TČ bez zahrnutí vlivu topného kabelu například 2,7, pak se zahrnutím vlivu topného kabelu klesá na hodnotu 2,58.
Nepříznivý efekt topného kabelu by šlo snížit jeho spínáním v závislosti na přechodu TČ do režimu odtávání s přiměřeně nastavenou dobou „doběhu“ po ukončení režimu odtávání, aby odtátá námraza měla čas zcela ze sběrné vany odtéci mimo venkovní jednotku.
Závěrem je nutné podotknout, že někteří výrobci TČ jsou si této skutečnosti vědomi a snaží se o takové uspořádání venkovní jednotky, ve kterém topný kabel není potřeba.
Odpovídal: Ing. Zdeněk Číhal, samostatný projektant, Praha; člen redakční rady Topenářství instalace
Otázka:
Může docházet v částečně zateplených budovách ke zhoršení parametrů vnitřního prostředí během letního období?
Odpověď:
Místnosti nebo budovy s velmi dobrou tepelnou izolací obvodového pláště vykazují větší citlivost na vnitřní nebo vnější tepelné zisky. Tepelně-izolační schopnost obalových konstrukcí má vliv na vnitřní podmínky nejen v zimním, ale i letním období. Situaci ovlivňuje i umístění izolace na vnitřní nebo vnější straně konstrukce vzhledem k tepelné kapacitě stěny. Míra vlivu tepelné izolace, a jejího umístění, na teplotu místnosti velmi závisí na konkrétních parametrech konstrukcí a na typu dominantních tepelných zisků. Hlavní vnější tepelné zisky jsou způsobeny působením přímého solárního záření přes okna. V případě, že okna nejsou stíněna, dochází vlivem radiace k ohřívání interiéru a růstu teploty. Celkové tepelné zisky prostupem tepla přes konstrukci jsou závislé na teplotním rozdílu na obou stranách konstrukce. Tepelná izolace v tomto případě tvoří účinný tepelný odpor vstupu tepla do budovy a umožňuje snížit tepelnou zátěž interiéru. Naopak, v případě potřeby odvodu tepla z interiéru do exteriéru, ať již se jedná o zisky vnější do interiéru proniklé nebo o zisky vznikající uvnitř budovy, působí tepelná izolace jako překážka.
Pro příklad uveďme, že stěna o ploše 10 m2 má při teplotním rozdílu mezi interiérem a exteriérem 10 °C pro zateplenou stěnu U = 0,3 W/(m2·K) ztrátu 30 W, pro stěnu nezateplenou U = 1,0 W/(m2·K) ztrátu 100 W. To má vliv na výslednou teplotu místnosti. V zimě tato zateplená stěna do vnějšího prostředí tedy propouští o 70 W méně než stěna nezateplená, tedy umožňuje snížit příkon vytápění o 70 W. Obdobně se na problém můžeme podívat v letním období. Pokud uvažujeme v místnosti teplotu 20 °C a vnější teplotu 30 °C, tedy stejný teplotní rozdíl jako v zimě, tak zateplená stěna do místnosti propouští o 70 W méně. Těchto 70 W nemusíme odvádět prostřednictvím chladicího výkonu klimatizace, což v praxi znamená přibližně snížení příkonu chladicí jednotky o 280 W.
Kromě typicky letního a zimního provozu musíme zvážit i provoz v přechodném období, do kterého můžeme zahrnout nejen odpovídající období roku, ale i přechod z teplého letního dne do studenější noci. V něm mohou nastat situace, kdy zvýšená tepelná izolace může způsobovat nežádoucí snížení odvodu tepelných zisků prostupem přes obvodové konstrukce, a tím zvýšení vnitřní teploty v interiéru. Typickým příkladem jsou kancelářské budovy vybavené pracovišti s výpočetní technikou.
Proto je velmi nutné posuzovat dodatečnou tepelnou izolaci v plném kontextu s provozem v budově, aby její instalací nedošlo ke zvýšení energetických nároků, ačkoliv cílem bylo jejich snížení.
Odpovídal: doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D., Katedra TZB, Fakulta stavební, ČVUT v Praze; člen redakční rady Topenářství instalace