Řízené větrání s rekuperací tepla pro rodinné domy a byty – 2. část

mikroklima

Větrací jednotky – rekuperace tepla, optimalizace vlhkosti

Základem každého systému řízeného větrání s rekuperací tepla jsou větrací „rekuperační“ jednotky. Srdcem každé větrací jednotky jsou pak výměníky tepla, zabezpečující rekuperaci tepla neboli zpětné získávání tepelné energie z odváděného vzduchu a její předávání zpět přiváděnému čerstvému vzduchu. Přenos tepla probíhá přes tenké membrány. Přitom v žádném případě, jak se ještě dnes mnozí mylně domnívají, nedochází k recirkulaci nebo promíchání vzduchu, do místností je vždy přiváděn čerstvý čistý vzduch. Rekuperace vrátí do objektu zpět teplo, které bychom ztratili větráním otevřeným oknem.

Obr. 1 • Větrací jednotky Zehnder jsou standardně vybavené křížovými protiproudými výměníky tepla s přenosem tepla přes tenké plastové membrány na principu protiproudu. Zajišťují rovnoměrnou výměnu odváděného znečištěného a přiváděného čerstvého vzduchu s rekuperací až 95 %.

Entalpické výměníky. Problémy s nízkou vlhkostí v interiéru, zvláště v zimním období, kdy klesá venkovní relativní vlhkost pod 20 %, a sesychání dřevěných výrobků v interiéru odstraňují větrací jednotky vybavené entalpickým výměníkem. Entalpický výměník, ve srovnání s běžným výměníkem tepla, dokáže předávat z odváděného vzduchu do přiváděného čerstvého vzduchu nejenom teplo, ale taktéž vysoký podíl (až 60–70 %) vzdušné vlhkosti a tak pasivně, bez dodatečné elektrické energie, pomáhat optimalizovat relativní vlhkost vzduchu v rodinném domě. Entalpický výměník rovněž zvyšuje komfort větrání i v zimním období, neboť jednotka s entalpickým výměníkem může efektivně pracovat až do venkovní teploty cca –10 °C bez nutnosti snižování výkonu vlivem rizika zamrzání výměníku. Díky tomu není ve většině míst ČR potřeba dodatečná protizámrzná ochrana jako například zemní výměník tepla nebo elektrický předehřívač, zvyšující pořizovací náklady a náklady na elektrickou energii. Pro horské oblasti ČR jsou doporučovány větrací jednotky s entalpickým výměníkem i elektrickým předehřevem, pracující na 100% výkon až do –20–25 °C.

Obr. 2 • Entalpické výměníky Zehnder jsou díky inovativní konstrukci s polymerovými membránami snadno čistitelné propláchnutím nebo ponořením do vody, díky čemuž se mnohonásobně zvyšuje jejich životnost bez snižování účinnosti rekuperace. Speciální antibakteriální vrstva polymerové membrány Microban zabraňuje možnosti prostupu odváděných pachů, mikrobů a škodlivin a zachovává vysoce hygienické prostředí. Tyto výměníky nové generace jsou k dodání u všech větracích jednotek Zehnder ComfoAir s průtokem vzduchu 160, 180, 200, 350 i 550 m³/h stejně jako dodatečně k dříve zakoupeným jednotkám se standardním výměníkem tepla.

Základním parametrem větrací jednotky je velikost objemového průtoku vzduchu a tlaková rezerva. Pro konkrétní objekt se volí jednotka s průtokem vzduchu, stanoveným dle platných norem zejména v závislosti na jeho velikosti a počtu osob – uživatelů. Pro jednu místnost, například obývací pokoj, se navrhují decentrální větrací jednotky s průtokem vzduchu 100 m³/h, u kterých je přívod a odvod vzduchu přímo za jednotkou s tím, že podle české vyhlášky vyústky vzduchu na fasádě musí být od sebe vzdáleny min. 1,5 m.

Účinnost větracích jednotek je dána účinností rekuperace ve výměníku tepla. Je zcela jistě stěžejním kritériem při volbě jednotky, neboť odděluje levné jednotky s účinností kolem 60–70 % a kvalitní produkty s účinností nad 90 %. Je nutné poznamenat, že výrobci mnohdy uvádějí účinnost, kterou nelze ve skutečnosti dosáhnout. Z tohoto důvodu jsou stále více vyhledávané větrací jednotky s certifikátem uznávaného institutu „Passivhaus Institut“, ve kterém je uvedená min. účinnost rekuperace větracích jednotek při vyváženém průtoku vzduchu.

Dalším významnou součástí jednotek jsou ventilátory. Například větrací jednotky Zehnder využívají ventilátory se stejnosměrnými EC motory se sníženým podílem tření, nízkou spotřebou elektrické energie a tichým chodem. O jejich hospodárnosti provozu nejlépe vypovídá údaj o energetické účinnosti, uvedený v certifikátu „Passivhaus Institut“ a například u jednotky ComfoAir 350 činí 0,29 Wh/m³ (max. hranice pro získání tohoto certifikátu je 0,45 Wh/m³).

Příklad výpočtu provozních nákladů větrací jednotky

Větrací jednotka Zehnder ComfoAir 350

• Využívaný průtok vzduchu při nejvyšší intenzitě větrání:
  200 m³/h
• Venkovní tlak:
  1225 Pa
• Energetická účinnost jednotky dle „Passivhaus Institute“:
  0,29 m³/h, 0,29 W/m3/h × 200 m³/h = 58 W, 58 W × 24 h/d × 365 d = 508 KWh za 1 rok
• Maximální spotřeba el. energie větrací jednotky:
  508 KWh × cca 5 Kč/kW = 2550 Kč/ 1rok tj. 210 Kč/měsíčně
• Průměrná spotřeba el. energie větrací jednotky:
  při průměrném větrání rodiny, kdy rodiče jsou ve dne v práci a děti ve škole max. 1/3 z maximální spotřeby = 850 Kč/1 rok tj. cca 70 Kč/měsíčně
  Spotřeba elektřiny je tedy velice nízká a díky úspoře nákladů na vytápění rekuperací tepla se mnohonásobně vyplatí neboť 1 watt el. energie, který spotřebují ventilátory nám „zachrání“ v rekuperačním výměníku až 25 wattů tepelné energie.
• Náklady na výměnu filtrů
  ve větrací jednotce jsou 2 filtry, doporučená výměna filtrů 1–2x za rok dle místa instalace, cena jedné sady filtrů se pohybuje kolem 1300 Kč.
• Celkové provozní náklady větrací jednotky:
  cca 2150 Kč/rok
  Podle výpočtů některých uživatelů jsou úspory u nákladů na vytápění patnáctkrát vyšší než provozní náklady zařízení.

Ovládání a ostatní příslušenství. Pro uživatele je samozřejmě velice důležité ovládání, které by mělo umožnit regulaci průtoku vzduchu a přitom by mělo být co nejjednodušší. U řízeného větrání lze zpravidla regulovat intenzitu větrání manuálně v několika úrovních větrání, automaticky dle denní doby, dle žádané maximální hladiny CO₂ nebo maximální úrovně relativní vlhkosti vzduchu, dle teploty či jejich kombinací.

Letní obtok (bypass). Během chladnějších nocí letního období je možné vedle normálního větrání okny používat i nucené větrání s automatickou funkcí obtoku, jinak se vyplatí využívat systém větrání s rekuperací tepla. Tento obtok vede odváděný vzduch okolo výměníku tepla (viz obr.), tím se zamezí, aby se přiváděný „chladnější“ vzduch ohříval teplým odváděným vzduchem. Parametry pro automatické zapnutí obtoku jsou nastaveny ovládací jednotkou.

Obr. 3 •

Chlazení. Ochlazený venkovní vzduch je velmi příjemný zejména v dusných letních dnech. Lze ho zajistit dvěma způsoby: buď zemním výměníkem, využívajícím konstantní teplotu zeminy k ochlazení nebo předehřátí vzduchu, nebo chladicí jednotkou.

V chladicí jednotce ComfoCool od firmy Zehnder je během letních teplých dnů přiváděný venkovní vzduch aktivně ochlazován a odvlhčován pomocí tepelného čerpadla. V boxu jednotky je integrován výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Nesmí se zapomenout na odvod kondenzátu. Chladicí jednotka se instaluje na větrací jednotku a je řízena stejným ovládáním jako větrací jednotka. Lze na něm nastavit požadovanou teplotu, k jejímuž dosažení se chladicí jednotka automaticky spíná. Oproti klimatizačním jednotkám má chladicí jednotka poměrně malý výkon 2,2 kW. Na druhou stranu společně s větrací jednotkou dodává do vnitřních prostor čerstvý ochlazený a odvlhčený vzduch bez nepříjemného průvanu a s minimální hlučností. V kombinaci s venkovním zastíněním oken zabezpečí vzduch v interiéru s teplotou o 6 až 8 °C nižší než má venkovní horký vzduch a představuje tak velice vhodné a dostatečné řešení pro rodinné domy a menší kancelářské objekty.

Obr. 4 • Příklad chladicí jednotky Zehnder ComfoCool, instalované na větrací jednotku ComfoAir 550.

Ochrana proti zamrzání rekuperačního výměníku. Větrací jednotky mívají zařízení, zajišťující ochranu proti zamrzání rekuperačního výměníku. Tento automatický ochranný systém dočasně sníží rychlost ventilátoru na přívodu, a tím omezí, nebo dokonce na chvíli zastaví, přívod venkovního vzduchu do jednotky, pokud existuje riziko námrazy v jednotce. Taková situace může nastat v případě mírných až prudkých mrazů v zimních měsících. Touto nevyváženou ventilací samozřejmě dochází k omezení komfortu vnitřního klimatu, proto existují následující možnosti jak tomu předejít:

• použití zemního vzduchového výměníku,
• použití zemního kapalinového výměníku,
• entalpickým výměníkem,
• elektrickým předehřívačem, osazeným na vstup větrací jednotky.

K nejmodernějším rekuperačním jednotkám patří jednotka Zehnder ComfoAir 350, spojující vysokou účinnost a spolehlivost s jednoduchou obsluhou a údržbou. Její vysokou kvalitu podtrhuje získání certifikátu od uznávaného institutu „Passivhaus“. Je standardně vybavena výkonnými EC ventilátory s max. průtokem 370 m³/h při tlakové ztrátě 100 Pa, integrovaným protiproudým výměníkem tepla s účinností rekuperace až 95 %, automatickým letním obtokem (bypassem) a filtry třídy G4/F7. Snadná údržba zahrnuje čištění a výměnu filtrů a jednou za 3–4 roky vyčištění výměníku. Má energetickou účinnost 0,29 Wh/m³, rozměry 851 x 702 x 572 mm a hmotnost 39 kg. Volitelné příslušenství zahrnuje: entalpický výměník s rekuperací vlhkosti až 70 %, elektrický nebo teplovodní předehřev, zemní výměník, chladící jednotku, bezdrátové ovládání.

Jednotka Zehnder ComfoAir 350 je standardně nastavena na tyto úrovně větrání:

• Nastavení pro nepřítomnost: 38 m³/h, výkon 10 W, hlučnost 36 dB
• Nízká intenzita větrání: 100 m³/h, výkon 21 W, hlučnost 49 dB
• Střední intenzita větrání: 150 m³/h, výkon 44 W, hlučnost 59 dB
• Vysoká intenzita větrání: 225 m³/h, výkon 105 W, hlučnost 70 dB
• Maximální intenzita větrání: 325 m³/h, výkon 243 W, hlučnost 75 dB

Zehnder ComfoAir 350 je opatřena analogovými vstupy (0–10 V) pro připojení různých čidel a řídicích ovládacích panelů:

• Čidlo CO2 pro regulaci průtoku na základě úrovně kysličníku uhličitého
• Čidlo vlhkosti pro regulaci průtoku podle úrovně vlhkosti
• Rázový spínač pro dočasnou volbu nejintenzívnější ventilace pro rychlé odstranění nadbytečné vlhkosti po sprchovaní
• Digitální ovládací panel CC Sense
• Dotykový ovládací panel CC Luxe umožňující navíc ovládání

Zemní výměníky tepla využívají relativně konstantní teplotu zeminy (od 8 °C v zimě až po 12 °C v létě) k předehřátí (v zimě) nebo ochlazení (v létě) přiváděného venkovního čerstvého vzduchu. Předehřátý vzduch v zimním období zvyšuje teplotu přiváděného čerstvého vzduchu do místností, čímž ještě více snižuje náklady na vytápění, a také chrání větrací jednotku proti námraze. Můžeme volit ze dvou typů výměníků.

U vzduchového výměníku tepla je venkovní čerstvý vzduch nasáván do větrací jednotky přes potrubí o průměru cca 110 mm v délce ca 40–50 m uloženém v hloubce min. 1,2 m v zemi. Potrubí musí mít 2–3 % sklon směrem k větrací jednotce, kde musí být zabezpečen odvod kondenzátu. Tento výměník tepla má poměrně malou účinnost s přihlédnutím k nemalým pořizovacím nákladům.

Zemní kapalinový výměník využívá k temperování přiváděného vzduchu zemní sondu nebo solankový kolektor – uzavřený okruh potrubí s nemrznoucí kapalinou v délce cca 60 m, uložený rovněž min. v hloubce 1,2 m v zemi. Tepelná energie získaná solankou ze zeminy se s využitím výměníku tepla, zapojeného před větrací jednotku, předává do nasávaného čerstvého vzduchu. Oproti vzduchovému zemnímu výměníku je kapalinový výměník efektivnější a cení se zejména pro ochlazení vzduchu v létě a ochranu jednotky proti námraze v zimním období.

Obr. 5 • Kapalinový „solankový“ zemní výměník tepla Zehnder ComfoFond-L s délkou potrubí do 60 m. Díky jednoduché instalaci zemního výměníku před větrací jednotku je ideálním řešením pro zvýšení komfortu ochlazením vzduchu v létě a předehřátím vzduchu v zimě jak pro rodinné a bytové domy, tak i nemovitosti se spodní vodou.