Využití odpadního tepla u bytového větrání

V příspěvku je zpracován výpočtový postup při větrání bytů. Zpětné získávání tepla sestává ze dvou výměníků tepla vzduch-voda s kapalinovým okruhem. Autor uvedl podrobný popis zapojení a funkci hlavních zařízení. Pro simulaci dynamického chování systémů TZB, byl použit program Trnsys, který používá osm veličin venkovního prostředí.

Recenzent: Miroslav Štorkan

1. Úvod

Drtivá většina bytů a rodinných domů stále používá neřízené větrání, založené více méně na infiltraci venkovního vzduchu netěsnostmi v obvodových konstrukcích, především otvorových výplních. Trendem posledních let se stala výměna starých oken za okna nová, s mnohem lepšími tepelně-technickými vlastnostmi, která mají podstatně nižší součinitel spárové průvzdušnosti. Tím se sice výrazně snižuje infiltrace vzduchu, a s ní spojená tepelná ztráta, ale snížená výměna vzduchu má za následek snížení kvality vzduchu uvnitř obydlí. Požadovanou kvalitu vzduchu by sice bylo možné zajistit pravidelným provětráváním místností otevíráním oken, ale tento přístup není příliš praktický a v zimním období má značný dopad na spotřebu energie a tepelnou pohodu prostředí [1].

2. Aplikace systému ZZT vzduch-kapalina-vzduch u větrání bytů

Větrací systém je navržen a určen převážně pro snadnou instalaci při rekonstrukci větrání bytových domů. Schéma větracího systému je na obr. 1.

Hlavní část větracího systému tvoří systém zpětného získání tepla (dále ZZT). Sy­stém ZZT sestává ze dvou výměníků tepla typu vzduch-voda (dále VT), vzájemně propojených kapalinovým okruhem. Jeden VT je umístěn v odvodní části, kde odebírá teplo z odváděného vzduchu. Teplo ze vzduchu je předáváno nemrznoucí kapalině, která je pomocí čerpadla transponována do druhého VT, umístěného na přívodu vzduchu.

V odvodní části je umístěn ventilátor, který způsobuje v bytěpodtlak. Vlivem podtlaku je přes „přívodní“ VT nasáván čerstvý venkovní vzduch. Část vzduchu je vedena přímo k odvodní části. Provětrání vzdálenějších místností je řešeno pomocí propojovacího potrubí s oběhovým ventilátorem. Transport vzduchu mezi jednotlivými místnostmi je možný díky netěsným dveřím a zvukově izolačním prvkům, zabudovaným ve zdech mezi jednotlivými místnostmi.

3. Výpočet energetických úspor větracího systému s rekuperací tepla

Výpočet energetických úspor větracího systému s rekuperací tepla je proveden numericky a simulací v programu Trnsys. Numericky jsou energetické úspory vypočteny pro 24hodinový denní větrací režim. Simulací v programu Trnsys jsou energetické úspory spočteny pro 2 varianty – pro 24hodinový a pro 16hodinový denní větrací režim.

3.1. Schéma a vstupní parametry

Schéma větracího systému je zjednodušeně znázorněno na obr. 2. V následujícím textu je popis mechanických částí systému, objemových průtoků vzduchu a teplot v jednotlivých částech systému.

Popis mechanických částí:

• HEl – kompaktní výměník tepla (typ vzduch-voda), účinnost výměníku 111 = 75 %
• HE2 – kompaktní výměník tepla (typ vzduch-voda), účinnost výměníku 112 = 75 %
• Pu – čerpadlo, příkon čerpadla P = 33 W
• F1 – ventilátor (transport vzduchu mezi místnostmi), příkon ventilátoru Pl = 7 W
• F2 – odtahový ventilátor, příkon ventilátoru P2 = 60 W

Popis objemových průtoků:

• Vc-a – objemový průtok vzduchu (celkový), 150 m³·h^–1
• Vc-a1 – objemový průtok vzduchu (částečný), 80 m³·h^–1
• Vc-a2 – objemový průtok vzduchu (částečný), 70 m³·h^–1
• Vc-W – objemový průtok vody; 0,4 m³·h^–1

Popis teplot:

• te1 – teplota čerstvého venkovního vzduchu
• te2 – teplota čerstvého venkovního vzduchu (za výměníkem HE1)
• te3 – teplota čerstvého venkovního vzduchu (v zadní místnosti) = ti
• ti – teplota vnitřního vzduchu, ti = 20 °C
• ti1 – teplota vnitřního vzduchu na vstupu do výměníku HE2
• ti2 – teplota vnitřního vzduchu na výstupu z výměníku HE2

3.2. Simulace v Trnsysu

Simulace byla provedena v programu Trnsys. Trnsys je program, který slouží převážně k simulacím dynamického chování systémů technických zařízení budov. Trnsys pracuje s hodinovými meteorologickými daty, která zahrnují osm základních veličin venkovního prostředí (teplota, rychlost větru, sluneční záření, atd.). Meteorologická data lze použít v různém formátu. Ve zkoumaném případě je použit formát TMY (Typical Meteorological Year), ve kterém jsou meteorologická data získána měřením během třiceti let a následně zprůměrována. Pro simulaci byla využita meteorologická data nejblíže Brnu, a to pro Kuchařovice.

Zjednodušené schéma systému, s popisem jednotlivých veličin, zadávaných do programu Trnsys, je uvedeno na obr. 3.

Propojení jednotlivých komponent v programu Trnsys je uvedeno na obr. 4.

3.2.1. Simulace v Trnsysu – 24hodinový denní větrací režim

Při této simulaci je uvažováno s trváním zimního období v následujících měsících: 1. ledna – 31. května a 1. září – 31. prosince.

Potřeba tepla byla vyčíslena jako teplo, potřebné na dohřátí přiváděného venkovního vzduchu na 20 °C:

Vyjádříme-Ii trvání zimního období v hodinách, dostáváme 6552 h.

Simulace je provedena pro větrání bez rekuperace a větrání s rekuperací. Výsledky simulace jsou uvedeny v tab. 1.

Zajímavým údajem je také teplota přiváděného vzduchu do místnosti, tj. teplota za výměníkem tepla HE1. Tato teplota je zobrazena v grafu 1 červenou křivkou.

4. Výsledky výpočtu

Úspory energie dle simulace v programu Trnsys:

• Úspora tepelné energie: 2882 – 5411 = – 2529 kWh·r^–1
• Dodatečná elektrická energie: 655 – 393 = 262 kWh·r^–1

5. Závěr

Numerickým výpočtem a simulací v programu Trnsys bylo prokázáno, že větracím systémem se ZZT pomocí kapalinového okruhu s VT lze dosáhnout energetických úspor. Velikost energických úspor bude záviset na způsobu provozu bytu v průběhu chladného období.

6. Literatura

[1] JÍCHA, M., CHARVÁT, P. – Hybridní větrání obytných budov. http://ottp.fme.vutbr.cz/ publikace/HybridniVetrani.pdf
[2] CIFRINEC, I. Užitný vzor č. 21640

Poděkování

Práce byla podporována projektem specifického výzkumu VUT v Srně č. 912, FAST-S-1129: Větrání bytových domů s využitím odpadní energie.

---

Waste heat utilisation for residential ventilation

This paper describes a system using waste heat for residential ventilation. The system consists of two heat exchanger air-water. Computer simula­tions of system behaviour were done using TRNSYS software.

Keywords: waste heat, heat exchanger, simulation