Energetické systémy nízkoenergetických objektů
Všechny objekty je třeba z hlediska spotřeby energie navrhovat a posuzovat s ohledem na návaznost jednotlivých systémů. Se zvyšujícími se požadavky na energetickou úsporu rostou i nároky na kvalitu provedení stavebních konstrukcí a různých konstrukčních detailů, na energetické systémy stavby a v neposlední řadě na uživatele objektů, kteří musí být minimálně poučeni ovládání jednotlivých systémů spotřebovávajících energii.
Stavební objekty se z hlediska potřeby energie na vytápění mohou dělit na
• obvyklou výstavbu se spotřebou tepla na vytápění 80 až 140 kWh / (m 2. A),
• energeticky úsporné objekty se spotřebou tepla 50 až 70 kWh / (m 2. A),
• nízkoenergetické objekty se spotřebou ≤ 50 kWh / (m 2. A),
• pasivní objekty se spotřebou ≤ 15 kWh / (m 2.A),
• nulové objekty se spotřebou <5 kWh / (m 2.A),
• plusové objekty, které jsou schopny potřebné množství energie na provoz vyprodukovat samy
Na vytápění nízkoenergetických objektů známe z hlediska hlavního zdroje energie tyto energetické systémy
• systémy využívající obnovitelné zdroje energie (solární systémy, geotermické systémy, kombinované systémy a systémy na bázi biomasy),
• systémy využívající elektrickou energii jako hlavní zdroj energie,
• systémy využívající neobnovitelné zdroje energie.
Z hlediska využívání zdrojů energie známe pasivní a aktivní systémy.
Solární systémy
Patří sem především pasivní solární systémy, které může využívat celý dům nebo jen některé z jeho částí. Energie se transportuje pouze přirozenou cestou, bez pomoci technických zařízení.Vhodným návrhem lze při pasivním slunečním vytápění výrazně snížit spotřebu tepla.
Akumulační solární stěny
Jsou orientovány na jih a pracují na principu solárního kolektoru. Základním předpokladem těchto stěn je použití masivních stavebních materiálů a vytvoření masivních konstrukcí z materiálů s vysokou tepelnou kapacitou. Konstrukce se chovají jako tepelný zásobník, přičemž se nabíjejí tepelnou energií při slunečním svitu. Zabraňuje se tak přehřátí a následně při poklesu teploty se uvolňuje nahromaděné teplo radiací.
Nezasklený solární vzduchový kolektor
Základem nezaskleného solárního vzduchového kolektoru je tmavý, děrovaný trapézový plech, který se umisťuje na fasádu ve vzdálenosti 2 až 4 cm od zateplené obvodové stěny. Ventilátor vytváří podtlak mezi fasádou a plechem, a tím dochází k nasávání vzduchu do dutiny přes děrování. Vzduch stoupá dutinou, ohřívá se a je dále rozváděn běžným větracím zařízením.
Energetické fasády
Energetické fasády jsou jednoduché vzduchové kolektory, jejichž transparentní vrstvu tvoří skleněná deska a absorpční povrch normální fasáda. Výhodou je, že pomocí těchto kolektorů můžeme zásobovat teplem celý dům.
Dvojité transparentní fasády
U dvojitých transparentních fasádách jde, podobně jako v předchozím případě, o vzduchový kolektor, který tvoří skleněné desky přesazeny před obvodovou prosklenou konstrukcí. Ve vzniklé dutině jsou ještě umístěny stínicí prvky a otvory umožňující regulaci vzduchu ve vnějším plášti.
Energetická střecha
Energetická střecha je vzduchový kolektor zabudovaný do roviny střešní konstrukce. Většinou se kombinuje se stěnovým vzduchovým kolektorem. Pro dosažení dostatečného účinného vztlaku při letním provozu s přirozenou cirkulací vzduchu je nezbytný určitý výškový rozdíl mezi vstupem a výstupem vzduchu. Z tohoto důvodu je systém vhodný pro šikmé střechy s úhlem sklonu nejméně 30 °.
Transparentní izolace
Jde o materiály, které výhodně kombinují dvě základní vlastnosti požadované při zasklívacích prvcích v solární technice - dobrou propustnost slunečního záření a nízkou tepelnou ztrátu.Vyrábějí se ze skla nebo z plastů.
Geotermické systémy
Systémy využívající přímo geotermální tepelnou energii na běžnou výstavbu jsou poměrně ojedinělé a ekonomicky náročné. Ve větší míře se budují nepřímé systémy s nasazením tepelného čerpadla využívající povrchové zemské teplo prostřednictvím teplosměnných registrů uložených v předepsané hloubce v zemském plášti. Úspěšně se využívají i základové piloty s integrovaným trubkovým tepelným výměníkem, tzv. energetické piloty.
Kombinované systémy s aktivní tepelnou ochranou
Velikost tepelných ztrát v zimním období přes 1 metr čtvereční obvodové stěny závisí přímo úměrně na rozdílu teplot interiérového a exteriérového vzduchu a nepřímo úměrně od tepelného odporu stěny. V standardně řešených pasivních domech se tepelné ztráty přes obvodové stěny snižují aplikací co největší tloušťky vysokoúčinné tepelné izolace (jde o tzv.. pasivní tepelnou ochranu budovy). Existuje však i jiný způsob, jak lze snížit tepelné ztráty přes obvodové stěny. Tento způsob je charakteristický využitím solární, geotermální energie prostřednictvím aktivní tepelné ochrany obalových konstrukcí. Obalová konstrukce s aktivní tepelnou ochranou využívá na snížení tepelných ztrát solární a geotermální energie prostřednictvím tepelných bariér. Je známo, že v hloubce asi 2 m pod povrchem země je stálá teplota zeminy 5 až 10 ° C, a to v létě i v zimě, nezávisle na zemské atmosféře. Někdy se tato teplota nazývá sklepní teplotou. V zimě ji pociťujeme jako teplo a v létě jako chlad. Množství energie na vytápění domu se určuje podle jednotlivých teplotních rozdílů mezi exteriérem a interiérem. Pokud by se tato nevyčerpatelná energie uzavřela v obvodových fasádách budovy ve formě teploty s hodnotou 10 ° C, vytvořila by se tepelná bariéra. Energetická spotřeba domu by tak závisela pouze na rozdílu vnitřní teploty od teploty tepelné bariéry bez ohledu na to, jak klesne venkovní teplota.
Jak však mohou být obvodové stěny zásobovány zemským teplem?
V podlaze sklepa, respektive v hloubce asi 2 až 3 m pod zemským povrchem, se položí potrubí, ve kterém cirkulující voda absorbuje zemské teplo. Čerpadlem se pak dopraví do potrubního systému ve vnějších stěnách podobně, jako to je u stěnového velkoplošného vytápění. Důležitou podmínkou však je, aby se izolovala základová deska budovy (nepodsklepené i podsklepené). Proud tepla přicházející z nitra země se pak pod základovou deskou zastaví a teplota stoupá, dokud se nedosáhne rovnováhy s proudem tepla unikajícím do atmosféry po stranách budovy. Teplota se samozřejmě zvýší i tehdy, pokud budova není přímo vytápěna. Nárůst teploty mimo jiné závisí i na hloubce základů a půdorysné plochy budovy. Její hodnota je v současnosti 2 až 4 Kelvinech (K), takže teplota v tepelné bariéře dosahuje asi 10 až 12 ° C. Trendem je tento teplotní rozdíl dále snižovat, tedy zvyšovat teplotu v tepelné bariéře až na teplotu vytápěného interiéru bez potřebného přísunu energie. V interiéru se samozřejmě zohledňují i solární zisky, ale i zisky od vnitřních zdrojů - od uživatele, ale i od všech spotřebičů (TV, PC, vaření atd..). Zde přišel fyzik Dipl. Ing. Edmond D. Krecké na myšlenku využít další, nevyčerpatelný, výkonný a levný zdroj energie - slunce.
Česká republika má vhodné podmínky pro exploataci sluneční energie
k vytápění obytných staveb a pro přípravu teplé vody. Jde zejména o intenzitu slunečního záření a počet hodin jeho svitu. Klimatické podmínky nejsou sice tak atraktivní jako ve Středomoří, ale jsou mnohem příznivější než například ve Skandinávii či ve Švýcarsku a Rakousku, kde je výstavba slunečních domů na vesnicích rozšířená a státem výrazně podporována. Průměrný roční objem slunečního záření v našich podmínkách představuje energii asi 1 200 kWh / (m2. A) u horizontálních ploch. Díky slunci má lidstvo k dispozici zdroj energie, pomocí kterého může vytvářet tepelnou pohodu v budovách prakticky zdarma. Díky zemi máme k dispozici zdroj energie na chlazení, jakož i akumulátor pro ukládání solárního tepla. Využití solární energie spolu s podpovrchovou geotermální energií spojuje jednoduchým způsobem výhody obou principů - solární techniky a využití zemského tepla. Tento systém však ještě není v praxi spolehlivě a dlouhodobě ověřený.
Stavební technologie umožňuje velmi rychlou výstavbu
Nerezový výměník tepla se vyrobí za několik hodin přímo na stavbě, čímž odpadá přeprava několik desítek metrů dlouhé trouby na staveniště. Trouba se přisype zeminou a udělají se vyztužovací práce na základové desce. Mezi výztuž se umístí plastová potrubí. Po provedení základové desky se na stavbě osadí ztracené bednění stěn a zalije se betonem. Ztracené bednění stěn je ze dvou polystyrénových desek spojených speciálními spojovacími prvky. Na stropní konstrukci se rovněž použije ztracené bednění. Stavební systém umožňuje použití šikmých i plochých střech. Do střechy se umístí plastová potrubí, kterými se v letním období odvádí teplo do zemního zásobníku tepla. Po dokončení hrubé stavby se zemní zásobník tepla zaizoluje vysokoúčinnou tepelnou izolací. V domě je třeba použít výplně otvorů, které splňují požadavky na nízkoenergetické (pasivní) domy.Polystyren použitý ve ztraceném bednění se omítá omítkovými systémy, které se používají při kontaktních zateplovacích systémech.
Systémy na bázi biomasy
Biomasu lze nasadit jako vhodný zdroj tepelné energie i v nízkoenergetických domech. Při návrhu je však třeba mít na paměti zvýšené požadavky na skladování, manipulaci s palivem a se vzniklým odpadem po procesu spalování. Energetické systémy na vytápění nízkoenergetických objektů z hlediska převážného způsobu předávání tepla do prostoru lze rozdělit na:
• konvekční systémy,
• sálavé systémy,
• kombinované systémy.
Konvekční systémy
Při konvekčním způsobu vytápění se teplo z topného tělesa šíří prouděním a přímo ohřívá vzduch. Od tepla vzduchu se dále ohřívají okolní stavební konstrukce. Platí přitom, že teplota vzduchu je vyšší než teplota okolních ploch, respektive tzv.. účinná povrchová teplota okolních ploch. Současně je tím nižší (v závislosti na teplotě vzduchu), čím menší je tepelně izolační schopnost (tepelný odpor) stavebních konstrukcí ohraničujících interiér, a čím nižší je venkovní teplota vzduchu. Při stavebních konstrukcích (zvlášť obvodových) s dostatečnou tepelně izolační schopností je pak rozdíl mezi teplotou vzduchu a účinnou teplotou okolních ploch v rozmezí 2 až 3 K.
Sálavé systémy
Tento způsob vytápění je založen na předávání tepelného toku sáláním. Platí přitom, že účinná povrchová teplota okolních ploch je vyšší než teplota vzduchu. Pokud se sálavá topná plocha umístí v jedné nebo na jedné ze stavebních konstrukcí (nejčastěji strop, podlaha nebo stěna), hovoří se o velkoplošném sálavém vytápění. Vycházeje z předpokladu, že teplota vzduchu je menší než účinná teplota okolních ploch, teplota vzduchu je tím nižší od účinné teploty, čím menší je tepelně izolační schopnost ohraničujících stavebních konstrukcí, a čím nižší je venkovní teplota vzduchu.
Kombinované systémy
Vývoj vědy a techniky v oblasti vytápění budov přinesl i nový trend tzv.. kombinovaného vytápění. Teplo se odevzdává sáláním i konvekcí současně buď v jednom vytápěném prostoru, nebo ve stavebním objektu jako celku s odlišením jednotlivých prostorů (podlaží, zón, místností a podobně) podle charakteru přenosu tepla a hmoty. Možné jsou různé kombinace systémů z hlediska způsobu předávání tepla, například: konvekční-konvekční, konvekční-sálavý, sálavý-sálavý.
Při volbě topného systému lze konstatovat
Čím méně se teplota vzduchu a okolních ploch od sebe odlišují, tím se člověk cítí příjemněji. Z tohoto hlediska je hygienicky nejvýhodnější vytápění (a stavební řešení domu včetně konstrukce stěn a oken), při kterém mají všechny plochy místnosti včetně topných těles podobnou teplotu. Takto vytvořené teplotní poměry můžeme přirovnat k teplotním poměrům v této místnosti během příjemného letního dne.
Autor: Lenka Kostková
