Energetická účinnost budov. Studentská příručka

Transkript

1 Energetická účinnost budov Studentská příručka

2 Edice EN září 2009 Aktualizované verze ke stažení na webu projektu IUSES Prohlášení Tento projekt je financován s podporou Evropského společenství. Tato publikace vyjadřuje pouze názory svých autorů a Evropské společenství nenese žádnou zodpovědnost za použití informací zde obsažených.

3 Autoři: Sergio García Beltrán (CIRCE), Lucie Kochova (Enviros s.r.o.), Giuseppe Pugliese (CIRCE), Petr Sopoliga (Enviros s.r.o.) Překlad a úpravy: Dana Tondlová, Lucie Kochová, Vlasta Švejnohová (Enviros s.r.o.) Layout Fabio Tomasi (AREA Science Park) O této příručce a projektu IUSES Tato příručka byla vytvořena v rámci projektu IUSES Intelligent Use of Energy at School, financovaného Evropským společenstvím pod Programem - Intelligent Energy Europe. Partnery projektu jsou: AREA Science Park (Italy) CERTH (Řecko), CIRCE (Španělsko), Clean Technology Centre - Cork Institute of Technology (Irsko), Enviros s.r.o. (Česká republika), IVAM UvA (Nizozemí), Jelgava Adult Education Centre (Lotyšsko), Prioriterre (Francie), Science Centre Immaginario Scientifico (Itálie), Slovenski E-forum (Slovinsko), Stenum GmbH (Rakousko), University Politehnica of Bucharest (Rumunsko), University of Leoben (Rakousko), University of Ruse (Bulharsko). Poznámka k autorským právům Tato kniha může být volně kopírována a distribuována za podmínky, že budou vždy zmíněni její autoři, a to i v případě využití pouze její části. Učitelé, školitelé a jakýkoliv další uživatel nebo distributor musí vždy citovat autory, projekt IUSES a Program Intelligent Energy Europe. Kniha může být také svobodně přeložena do dalších jazyků. Překlad musí obsahovat citaci autorských práv a přeložený text musí být zaslán koordinátorovi projektu (iuses@area.trieste.it), který ho opublikuje na webové stránce projektu IUSES, kde bude umístěn volně k distribuci. I

4 Klíč k symbolům Definice: označuje definici termínu s vysvětlením co znamená Pamatuj: označuje něco důležitého, podnět nebo zásadní informaci. Tyto piktogramy sledujte pozorně! Učební látka: toto je vždy na začátku každé kapitoly a vysvětluje, co se v dané kapitole naučíte. Pokus, cvičení nebo činnost: Tento piktogram označuje něco, co máte udělat na základě prostudované látky Webový odkaz: Ukazuje internetovou adresu, kde můžete získat více informací Odkaz: Označuje, odkud informace pochází Případová studie: když uvádíme konkrétní příklad nebo reálnou situaci Klíčové body: toto je souhrn (většinou s odrážkami) toho, co jste se naučili, většinou na konci kapitoly Otázka: označuje náš dotaz, vyžadující vaši odpověď, nachází se zejména na konci kapitoly Úroveň 2: označuje detailnější oblast II

5 OBSAH 1. ÚVOD KONCEPCE BUDOV TYPOLOGIE BUDOV STRUKTURA BUDOV KONCEPT: A BUDOVA JAKO DÝCHAJÍCÍ KRABICE OBÁLKA BUDOVY Izolace a stavební materiály Použití tepelných izolací: Obecné příklady Okna, prosklené plochy a dveře Klasifikace oken NÁVRH BIOKLIMATICKÉ BUDOVY Pasivní solární prvky TYPY A NÁPADY PRO LEPŠÍ UŽÍVÁNÍ BUDOVY CVIČENÍ/OTÁZKY KLIMATIZACE VYTÁPĚNÍ Vnitřní mikroklima a pohoda Systémy vytápění Typy teplonosné látky Horká voda Horký vzduch Energetické zdroje Fosilní paliva Elektrická energie Obnovitelné zdroje Biomasa Tepelná čerpadla Solární energie Solární energie Otopné prvky CHLAZENÍ - KLIMATIZACE Úvod Jak pracuje klimatizační zařízení? Energetický štítek Různé varianty klimatizačních soustav Tipy a nápady, jak používat klimatizační zařízení CVIČENÍ / OTÁZKY PŘÍPRAVA TEPLÉ (UŽITKOVÉ) VODY DRUHY SPOTŘEBIČŮ NA OHŘEV VODY

6 Elektrické akumulační ohřívače Elektrické průtokové ohřívače Plynové (přímo ohřívané) průtokové ohřívače Plynové (přímo ohřívané) akumulační ohřívače Plynové (nepřímo ohřívané) akumulační ohřívače Další možnosti TIPY A RADY, JAK UŠETŘIT VODU A ENERGII SOLÁRNÍ OHŘÍVAČE VODY CVIČENÍ / OTÁZKY OSVĚTLENÍ DENNÍ SVĚTLO UMĚLÉ OSVĚTLENÍ Světelné zdroje Svítidla Spotřeba energie CVIČENÍ / OTÁZKY ELEKTRICKÉ A ELEKTRONICKÉ PŘÍSTROJE A ZAŘÍZENÍ (A SOLÁRNÍ PV systémy) PŘEHLED Hlavní tipy, jak ušetřit energii ELEKTRICKÉ SPOTŘEBIČE Ledničky: Pračky: Myčky nádobí Domácí elektronická zařízení - přístroje pro zábavu a domácí kancelář CVIČENÍ / OTÁZKY FOTOVOLTAICKÁ ENERGIE Proces přeměny slunečního světla na elektřinu Použitelnost fotovoltaických technologií Kolik elektřiny může PV systém vyrobit? CVIČENÍ / OTÁZKY CVIČENÍ MONITOROVÁNÍ SPOTŘEBY ENERGIE ENERGETICKÝ AUDIT domácnosti/školního zařízení

7 1. Úvod Učební látka: V této kapitole se naučíte: Co je to budova Jaké typy budov rozlišujeme 1.1 Koncepce budov Definice: Budova je člověkem vytvořená konstrukce sloužící k ochraně nebo zastřešení pro jakékoliv využití nebo k trvalému obývání. Je plně uzavřena vnější obálkou (to znamená vnější zdi, střecha, podlaha), která vytváří její vnitřní mikroklima. Budovy se vyskytují v široké škále tvarů a funkcí a během svého vývoje se přizpůsobovaly množství různých faktorů jako jsou dostupné stavební materiály, podnební podmínky, ceny pozemků, vlastnosti podloží, specifické využití a estetické důvody. Budovy slouží řadě společenských potřeb primárně jako ochrana před vnějšími vlivy a jako hlavní životní prostor zajišťující soukromí, k uskladnění osobních věcí a k pohodlnému žití a práci. Budova jako přístřeší představuje fyzické oddělení lidského obydlí na uvnitř (místo, kde je pohodlí a bezpečí) a venku (místo, které může být nevlídné a nebezpečné). První obydlí na Zemi postavené relativně blízkým předchůdcem člověka bylo vybudováno pravděpodobně před roky naším předchůdcem, Homo erectus. Vytvořit požadované vnitřní mikroklima je velice energeticky náročné. To znamená, že výstavba a provoz budov má obrovský přímý i nepřímý dopad na životní prostředí. Budovy nejen spotřebovávají zdroje jako je energie a suroviny, ale také vytvářejí odpad a potenciálně nebezpečné atmosférické emise. Tím jak postupně narůstá ekonomika a populace, designéři a návrháři budov čelí zásadní výzvě - uspokojit potřeby u nových a renovovaných objektů tak, aby byly dostupné, bezpečné, zdravé a produktivní při minimálním dopadu na životní prostředí. Moderní odpověď na tuto výzvu volá po integrovaném, synergickém přístupu, který zahrnuje všechny fáze životního cyklu budovy. Tento "udržitelný" přístup podporuje zvýšený závazek vůči ekologickému hospodaření a ochraně přírody a má za výsledek optimální vyvážení přínosů nákladových, environmentálních, společenských a lidských, při naplnění poslání a fungování konkrétního objektu nebo infrastruktury. Hlavní cíle udržitelného návrhu jsou předejít vyčerpání zdrojů energie, vody a surovin; prevence ekologického znehodnocení způsobeného budovami a infrastrukturou prostřednictvím jejich životního cyklu; a vytvořit prostředí, které je obyvatelné, pohodlné, bezpečné a produktivní. 1.2 Typologie budov Abychom v této knize oddělili obytné budovy od ostatních budov a jiných staveb, které nejsou určeny pro nepřetržitý pobyt osob, nazýváme tyto dále jako neobytné stavby nebo jednoduše stavby. Budovy můžeme rozdělit podle účelu, k němuž byly vybudovány: 1) Obytné budovy dům s bytovými jednotkami, dvoudomek, řadová zástavba, chata, zámek, 3

8 jurta, iglú, statek, družstevní dům, kolej. IUSES Příručka k budovám Vyfotil Michael Gardner 2) Vzdělávací a kulturní budovy škola, gymnázium, univerzita, střední škola, knihovna, muzeum, galerie, divadlo, koncertní hala, opera. 3) Komerční stavby banka, kancelářská budova, hotel, restaurace, tržiště, obchod, nákupní centrum, sklad. 4) Správní budovy radnice, konzulát, soud, parlament, policejní stanice, pošta, požární zbrojnice. 5) Průmyslové budovy pivovar, továrna, slévárna, těžební zařízení, elektrárna, pila 4

9 6) Zdravotnická zřízení nemocnice, poliklinika, ordinace 7) Zemědělské budovy např.: stodola, kurník, skleník, silo, mláto, stáje, chlévy, mlýny Vyfotil Lars Lentz 8) Vojenské budovy kasárna, kryt, pevnost, tvrz, opevnění 9) Parkování a sklady garáže, skladiště, hangár 10) Náboženské budovy kostel, katedrála, kaple, mešita, klášter, synagoga, chrám 11) Sportovní objekty stadion, bazén, tělocvična, hřiště Existuje mnoho druhů budov a také existuje mnoho variant požadavků na tyto budovy. Všechny typy těchto budov mají vytvořit vhodné vnitřní mikroklima pro účely, ke kterým byly vybudovány. Pro všechny typy budov jsou požadavky různé, např. ve skladišti potřebujete nižší vnitřní teplotu a podstatně nižší vlhkost než uvnitř plaveckého bazénu. 5

10 Webové odkazy building_orientation.html

11 2. Struktura budov Učební látka: V této kapitole se naučíte: Důležitá role obálky budovy a jak může být energií plýtváno (včetně principů přenosu tepla ) Přehled nejběžnějších stavebních a izolačních materiálů Základní pojetí bioklimatického designu budov 2.1 Koncept: A budova jako dýchající krabice Na budovu může být pohlíženo jako na krabici, která chrání svůj obsah před klimatickými vlivy jako jsou venkovní teplota, vítr, déšť, atd. Vnitřní pohodlí, nemluvě o subjektivním pojetí, závisí převážně na dvou faktorech: vnitřní teplotě a vlhkosti. Je patrné, že horšího pohodlí se dosahuje, když vysoká teplota s vysokou vlhkostí působí společně. Povrch budovy, obálka, pracuje jako výměník s vnějšími klimatickými změnami, čerpající teplo ze slunečních paprsků a uvolňující teplo do prostoru (větrání a nedostatečně izolovaná obálka). Obálka, mimo svého úkolu obalit a chránit budovu, by měla dovolit budově dýchat, aby se předešlo zvýšení vnitřní vlhkosti a dosáhlo správného vyvážení mezi teplotními zisky a ztrátami*. Obr.1 Energetická rovnováha budovy Tato speciální fotografie (infračervený snímek pořízený termovizní kamerou*) ukazuje teplotní podmínky budovy, s jasnějšími oblastmi (žlutá), které jsou teplejší, zatímco tmavší místa (červená/modrá) jsou oblasti chladnější. Nejjasnější body ukazují, kudy nejvíce uniká teplo. Na tomto obrázku například má povrch stěn teplotní rozdíl (teplotu) 6,1 ºC v tepelném mostě u podlahy (Sp2 = 6.2ºC). Na zdi je to 1,1ºC (Sp1). 7

12 IUSES Příručka k budovám Obr.2 Termovizní snímek budovy Jak je vidět na obrázku, teplo uniká okny a teplotními mosty způsobenými napojením stropů na stěnu. Obr.3 Termovizní snímek budovy Proč se to objevuje? Definice: Výše je popsán fyzikální fenomén známý jako Přenos tepla. V souladu s tímto, Teplo vždy plyne od teplejšího do studenějšího prostoru. To znamená, že v zimě se teplo uniká přímo z vytápěných obytných prostor do vnějšího prostředí a do přilehlých nevytápěných podkroví, garáží a sklepů všude kde je rozdíl v teplotě. Během léta se teplo proniká zvenku dovnitř do domu. K udržení pohodlí musí být ztráta tepla v zimě nahrazena otopným systémem a naopak teplo získané v létě musí být odejmuto klimatizací. To znamená ztrátu obrovského množství energie ve většině budov. V Evropě připadá 70% průměrné energetické spotřeby domácností na udrobr.4 Rozdíl teploty a přenos tepla žování domova na příjemné teplotě. Obvykle se pro otopné systémy používá elektřina a zemní plyn, a elektřina pro téměř veškeré chladící systémy. Vytápění budovy představuje největší spotřebu energie v zimním období. Je-li spotřeba tepla redukována izolacemi, rekuperací tepla, speciálními okny, pasivními solárními systémy a dalšími 8

13 prostředky, může být systém vytápění postupně zjednodušen a energetické požadavky na vytápění se zmenší, čímž se zároveň zmenší účet za energie a sníží se emise CO 2. Koncept BOX Principy přenosu tepla Pamatuj: Teplo je vždy přenášeno z teplejší do studenější oblasti prostřednictvím tří mechanizmů: Obr.5 Přenos tepla Přenos tepla vedením (kondukcí) se objevuje v pevné hmotě, když mají její molekuly rozdílnou teplotu. Teplejší molekuly přenášejí energii (teplo) na chladnou stranu materiálu. Například, lžička ponořená do šálku horké kávy vede teplo skrze své držátko až k ruce, která ji drží. V budovách se přenos tepla vedením uskutečňuje především skrze zdi a okna. Konvekce je přenos energie prouděním tekutin a plynů. Teplý vzduch stoupá a je nahrazován studeným vzduchem načerpaným zvenčí. Ve vícepodlažních budovách* s nevhodným vnitřním rozdělením může toto vytvářet mocné a nehospodárné proudy. Přenos tepla zářením (radiací) se uskutečňuje tam, kde je energie dopravována elektromagnetickými vlnami*. Na rozdíl od jiných mechanismů vyzařování nepožaduje přenosné médium k rozšiřování. Radiace do budov se vyskytuje především skrze prosklená okna a dveře, ale nejsou-li dobře zaizolovány zdi, záření dopadající zvenku může ohřívat vnitřní plochy přenosem tepla. 2.2 Obálka budovy Většina energetických ztrát v budově vzniká z důvodu nedostatečně izolované obálky, která se sestává ze zdí, podlah, střechy, dveří a oken. Následující obrázek ukazuje odkud většinou probíhá přenos tepla, např. vnější zdi a sousedící nevytápěné prostory. Pamatuj: Vhodné konstrukční prvky a izolační materiály umožňují snížit potřebu vytápění nebo chlazení tím, že poskytují efektivní odolnost vůči prostupu tepla, anebo řečeno jednoduše, lépe udrží vnitřní teplotu. Barva venkovní fasády je také důležitá vzhledem ke svým vlastnostem při odrazu nebo pohlcování slunečního světla. Bílé a světlé barvy působí jako reflektor, zatímco černá a tmavé tóny sluneční svit absorbují. 9

14 2.2.1 Izolace a stavební materiály Obr.6 Energetické ztráty v běžné budově Definice: Izolace jsou všechny materiály s vysokou odolností vůči teplotnímu proudění. Některé běžně používané materiály pro domácí izolace mohou být roztříděny dle typu: Rostlinné: korek, dřevěné lýko, len, sláma, atd. Minerální: skleněné vlákno, minerální vlna, keramzit, karbidy kovů, pěnové sklo, atd. Syntetické materiály: pěnový polystyren, polyuretan a fenolové pěny, PVC, atd. Mimo to jsou izolační materiály dostupné v řadě forem. Kromě pevných izolací existují: koberce ve formě balíků nebo rolí, lehce foukaná vlákna, pěnová a nástřiková izolace, atd. Mohou být použity společně, čímž se zvýší izolační vlastnosti, ale to vyžaduje profesionální instalaci a správné nakombinování. Dobrá izolace může snížit přenos tepla zdmi, střechou, okny, atd., spolu s následujícími výhodami: Šetří energii, protože snižuje energetické ztráty během chladných dnů a umožňuje menší chlazení a nižší teplotu během horkých letních dnů. 10

15 Zvyšuje pohodlí eliminací efektu studených zdí * vznikajícího na vnějších zdech a oknech (teplotní rozdíl mezi povrchem zdi a teplotou v místnosti by neměl být větší než 4 C). Snižuje riziko kondenzace*, která může způsobit poškození na izolaci budovy a stavebních materiálech, změnu barev a nezdravé životní podmínky. Riziko kondenzace narůstá při nižších okolních teplotách. Zabraňuje náhlým teplotním výkyvům, chrání budovu před vznikem trhlin a teplotní rozpínavosti. Zlepšuje akustiku budovy. Izolační materiály jsou většinou klasifikovány podle teplotního odporu (označováno hodnotou R), která určuje odolnost materiálu vůči prostupu tepla (viz odstavec ). čím větší je odolnost, tím větší je izolační účinnost. Tepelně izolační vlastnosti závisí pochopitelně na typu materiálu, jeho tloušťce a jeho hustotě. Pro názornost se podívejme na srovnání mezi 10cm silnou tepelnou izolací a ostatními stavebními materiály. Graf 1. Srovnání materiálů Pamatuj: V zimě ztrácí každý čtvereční metr neizolované zdi energii srovnatelnou se 3 až 6 litry nafty (ve vazbě na naftu, která je teoreticky spotřebovaná pro vytápění prostor bez izolace). S dobrou izolací jsou tyto ztráty sníženy na jednu šestinu. Zdvojením tloušťky izolace na zdi bez otvorů z 45mm na 90mm můžeme ušetřit kolem 30% energie. 1 Pro jakoukoliv budovu starší 20 let nebo nedostatečně zaizolovanou lze doporučit úpravu a zlepšení tepelně izolačních vlastností, čímž se dá snadno dosáhnout 50% úspor energie na vytápění a klimatizaci. Společně s izolací je pro dosažení vysoké úrovně pohodlí za nízké náklady nezbytný správný výběr stavebních materiálů, ačkoliv se to spíše týká budov nově stavěných nebo je-li potřeba zásadní renovace. Například, dutá keramická cihla má velice dobré izolační vlastnosti (neboli vysoký tepelný odpor) a ostatní materiály jako tepelný jíl mají vlastnosti dokonce ještě lepší. Obr.7 Příklad duté cihly s výbornými izolačními vlastnostmi Obr.8 Příklady cihel z jílu 1 Energetický standard budovy je většinou měřen podle energie na vytápění a chlazení (kwh) na každý čtvereční metr podlah budovy (m 2 ) během jednoho roku. Proto když mluvíme o energetických ztrátách nebo úsporách ve vztahu k izolaci, vztahujeme je na tu energii (vyjádřeno v kwh nebo v ekvivalentu spotřebované nafty), která by byla spotřebována nebo ušetřena na vytápění a chlazení. 11

16 Tyto cihly mají vnitřní strukturu vzdušných chodeb, což pomáhá dosáhnout dobré tepelné a akustické izolace. Pro shrnutí, jako doplnění stavebních materiálů je důležité použít vrstvu izolačních materiálů, aby bylo dosaženo nižší spotřeby energie a většího pohodlí Použití tepelných izolací: Obecné příklady 1. Zaizolování fasády (zdi a okna): Aplikací tepelně izolačního materiálu na vnější nebo vnitřní zdi nebo vstřikováním izolace do zdiva a výměnou oken a skel lze přispět k výrazným úsporám energie. 2. Izolace střechy, podlahy a stropu: Aplikací tepelně izolačního materiálu mezi krokve* nebo položením izolace na podlahy či stropy, které jsou v kontaktu s nevytápěnými prostory, lze docílit značných úspor energie. 3. Izolace teplovodního potrubí: Obalením teplovodního potrubí tepelně izolačním materiálem lze omezit tepelné ztráty při distribuci teplé vody Okna, prosklené plochy a dveře Pamatuj: Toto jsou nejslabší části obálky budovy zodpovědné v průměru za jednu třetinu tepelných ztrát domácností v zimě a ztrát při chlazení v létě. Je to způsobeno únikem vzduchu, prostupy a tepelnými mosty* podél rámů výplní, a také vedením tepla skrze materiály ve výplních. Běžná okna většinou špatně těsní a těmito netěsnostmi uniká značné množství tepla. Okna a skleněné povrchy, které tvoří důležitou část povrchu budovy, zabraňují tepelným ztrátám podobně jako ostatní části obálky, ale mají ještě jinou důležitou úlohu: poskytují přirozené denní světlo a díky slunečnímu svitu umožňují získávat teplo do vnitřních prostor (především v chladných zemích nebo během zimního období). Pamatuj: Podobně venkovní dveře jsou zodpovědné v průměru za 10% tepelných ztrát domácností. Obvykle je zapotřebí je usadit a utěsnit těsněním* především v jejich spodní části nebo použít pryžové těsnění k zamezení úniku vzduchu. Jsou-li dveře již staré, je dobré je nahradit novými, vyrobenými z některých dobře tepelně izolujících materiálů (dřevo, dvojitý hliník vyplněný izolační pěnou nebo těsnící clonou, atd). V této oblasti jsou kritické dva kroky: Vhodný tvar a správná pozice oken a skleněných výplní; Výběr energeticky efektivních oken (která jsou vysoce odolná proti proudění tepla). 1. Velká okna by měla být situována na jižní straně, čímž umožní zimnímu slunci zahřát vnitřní prostory. Naopak během léta, kdy je potřeba ochránit se před horkým letním sluncem, by se mělo používat vhodné zastínění oken, roleta, žaluzie, clona či veranda před oknem. Naopak okna situovaná na severní straně domu by měla být menší velikosti, aby se zabránilo prostupu chladného vzduchu od severu. 2. Existuje několik stupňů účinnosti u oken, většinou odvislých 12

17 od materiálu rámu a vlastností skla. Na příklad okno s hliníkovým nebo ocelovým rámem umožňuje velký prostup tepla (nízký tepelný odpor), zatímco dřevěný rám je lepší, protože dřevo lépe izoluje. Podobně systém s dvojitým sklem nebo dvojitým oknem snižuje tepelné ztráty až o 50% ve srovnání s jednoduchými skly a snižuje únik vzduchu, kondenzaci vlhkosti a vytváření námrazy Klasifikace oken Okna jsou klasifikována pomocí koeficientu prostupu tepla hodnotou U. Zapamatujte si, že U je převrácenou hodnotou R (tepelný odpor), a že čím nižší je hodnota U, tím lepší je energetická účinnost okna (U=1/R). Pamatuj: Dvojitě zasklená okna mají až o 55 % nižší hodnotu U než okna jednoduchá. Nejúčinnější dvojitě zasklená okna umožňují až kolem 80% prostupu slunečního světla a hodnotu U mají kolem 1,0. Okna s hodnotou U 0,5 nebo nižší se někdy nazývají superokna. Mnoho komerčně dostupných vysoce účinných oken může obsahovat vícečetné vrstvy skel, nízko emisivní vrstvu (low-e nízký prostup záření), výplň prostor mezi sklem a izolací inertním plynem. Obrázek ukazuje typickou hodnotu U u různých typů oken: Obr.9 Klasifikace oken: Hodnota U různých typů oken 2.3 Návrh bioklimatické budovy Energeticky účinný model domu zahrnuje více než všechna výše uvedená technická řešení a pravidla návrhu domu a jeho realizací lze zvýšit energetické úspory, zajistit zdravé vnitřní prostředí, snižovat emise skleníkových plynů z fosilních paliv, a také snižuje náklady na chod domácnosti. Navíc energeticky účinný koncept také zahrnuje prvky dobře známého Bioklimatického návrhu budov, čímž zajišťuje pohodlný domov po celý rok. 13

18 Definice: Bioklimatický návrh budov sestává z přizpůsobení stavby podmínkám jednotlivých ročních období a získání co největšího pohodlí při minimálním použití přídavných energetických zdrojů. V bioklimatickém návrhu je hlavním poskytovatelem energie slunce. Není to nový obor. Nejpůvodnější architektura následovala bioklimatické zákony, když zdroje tepla či chladu byly drahé a omezené. Obr.10 Hlavní bioklimatické aktivní a pasivní prvky Definice: Bioklimatické prvky jsou často klasifikovány jako pasivní a aktivní. Aktivní solární systémy jsou určeny k zachycení solární energie mechanickými a/nebo elektronickými systémy: solární kolektory (pro ohřev vody či vytápění) a fotovoltaické panely (pro výrobu elektřiny), jak bude popsáno v další kapitole. Pasivní solární návrh maximalizuje užitek ze slunce za použití standardních konstrukcí, při zapojení minimální nebo žádné technické pomoci. Přirozený pohyb tepla a vzduchu nebo jen optimální využití slunce, na příklad při využití denního světla a tepla, udržují příjemnou teplotu. 14

19 Obr.11 Aktivní a pasivní solární prvky v budově Pasivní solární prvky Jak ukazuje nákres výše, pasivní solární systémy jsou většinou dále rozděleny na tři hlavní typy v závislosti na metodě, kterou získávají solární energii; jsou to: Přímý solární zisk Nepřímý solární zisk Izolační systémy Systémy přímého solárního zisku jsou v zásadě sestaveny z proskleného povrchu na jižní straně, který chytá sluneční energii (teplo) do prostoru vytvořeného mezi vnitřní stěnou s skleněným povrchem. Vnitřní stěna (tzv. termální hmota) je složena z vhodných materiálů schopných zachytit a uchovávat sluneční teplo a vydávat jej během noci. Může být dosaženo teploty až do 27 C. Prosklení budovy je většinou nejdůležitějším faktorem při získávání energetických úspor. U budov s prosklenými povrchy orientovanými na jih a tvořícími 60% fasády, se dosahuje úspor díky přímému solárnímu zisku v rozpětí 15% - 40% v závislosti na izolačních materiálech. Nevýhodou je, že tentýž povrch požaduje o 55% více chlazení během léta. Proto se většinou umisťují žaluzie a stromy kolem takovéto budovy. Poskytují stín v létě a solární zisky v zimě. Větrání průvanem je také velice důležitý faktor (dokonce důležitější než tepelná izolace), chceme-li předejít používání klimatizace v létě. 15

20 Systém nepřímého solárního zisku využívá stejné materiály a principy u návrhů jako systém přímého solárního zisku, ale umisťuje termální hmotu ( např. vnitřní stěnu) mezi slunce a prostory, které se mají vyhřát. S prvky systému pasivního nepřímého solárního zisku je možné dosáhnout až 70 C (připomeňme si, že přímým solárním ziskem dostaneme pouze 27 C). Tyto systémy jsou proto obrovskou zásobárnou energie. Vysoké teploty jsou dosahovány pomalu a pomalu se ztrácejí vzhledem k teplotnímu zpoždění šesti až osmi hodin. Během letních měsíců se používají žaluzie, aby se zabránilo přehřátí. Tyto systémy ovlivňují celkový vzhled budovy, takže je doporučeno s nimi počítat již při návrhu budovy. Mezi několika typy nepřímých solárních systémů je nejběžnějším prvkem Trombeho stěna. Obr.12 Princip fungování Trombeho stěny. Sluneční záření je sbíráno a lapáno mezi velké vnější okno a termální hmotu (zeď) a ohřívá vzduch mezi. Speciálním prvkem jsou zde průduchy umístěné v horní a spodní části zdi. Vrchní průduch umožňuje proudění teplého vzduchu do místnosti, zatímco chladný vzduch odchází ze spodních průduchů (připomeňme si, že teplý vzduch se drží nahoře, protože je lehčí než vzduch studený). Termální hmota (zeď) dále absorbuje a ukládá teplo a vyzařuje jej zpět do místnosti poté, co slunce zašlo. Do průduchů mohou být umístěny klapky, aby se zabránilo úniku teplého vzduchu během noci. Samostatné prvky, jako jsou skleníky a zimní zahrady (především u rodinných domů a větších staveb), představují dodatečný prostor pro zajímavá architektonická řešení. V některých klimatech mohou také nabídnout ochranu proti nepříznivému počasí za přijatelných nákladů. Tyto systémy vycházejí z kombinace systémů přímého a nepřímého solárního zisku. Jsou vytvořené z velkých prosklených objemů (daleko větších než u Trombeho stěny) obklopujících termální hmotu (vnitřní stěnu budovy). Princip fungování je podobný jako u Trombeho stěny. Obr. 13 Princip fungování zimní zahrady Jaké jsou výhody? Nová budova, která je navržena a zkonstruována podle bioklimatických kritérií se může stát soběstačnou z pohledu energetické potřeby. Nicméně toto jsou výjimečné případy a nelze je aplikovat na většinu projektů. 16

21 Pamatuj: Každá budova může dosáhnout energetických úspor do výše 60% zavedením bioklimatických technologií bez extra nákladů a při zachování konečné estetičnosti projektu. Energetický standard budovy je většinou měřen podle spotřeby energie na vytápění a chlazení (kwh) na každý čtvereční metr vytápěné podlahové plochy budovy (m 2 ) většinou během jednoho roku. Tabulka 3 ukazuje na příkladu srovnání mezi spotřebou běžného domu a domu bioklimatického. Jak je vidět, úspory mohou být až do výše 67%. Nároky Tradiční Bioklimatický návrh návrh (kwh/m 2 ) (kwh/m 2 ) Teplá voda Solární zisky Vnitřní zisky Plynné emise Střecha Stěny Okna Větrání Podlaha Celkem Tab.3 Spotřeba běžné versus bioklimatické budovy Každá budova v závislosti na použitých materiálech má svoji vlastní hodnotu energetické náročnosti. K získání odhadu energetické náročnosti budovy a určení energetické náročnosti na jeden čtvereční metr musíte násobit tuto hodnotu vytápěnými podlahovými plochami budovy. Případová studie: Na příklad, je-li vytápěná podlahová plocha 240 m 2 (příklad v poznámce) a energetická náročnost je 169 kwh/m 2 (jak je vidět v tabulce), získáme: 240 m 2 x 169 kwh/m 2 = 40,56 kwh (což je přibližná energetická náročnost celé budovy). 2.4 Typy a nápady pro lepší užívání budovy Návrh budovy, materiály její obálky, použitá okna a dveře jsou rozhodující pro dosažení pohodlné životní úrovně. Vzhledem k tomu, že největší část energetické spotřeby se váže na vytápění a chlazení (více než 50%) a s ohledem na dlouhou životnost budovy se musí věnovat pozornost všem těmto konstrukčním oblastem, aby vynaložené náklady byly opravdu efektivní. Následujte typy uvedené níže - zvýšíte energetickou účinnost a uspoříte peníze. Obálka a izolace Dobrá tepelná izolace by měla být vždy plánována již během přípravy projektu nové nebo přestavované budovy. U již stojících budov je změna konstrukce se záměrem vylepšit izolaci většinou obtížná a ne vždy ekonomicky výhodná. Nicméně i u starších budov v rámci přestavby nezapomínej- 17

22 te, že tepelná izolace může způsobit významné energetické a finanční úspory. Tepelné ztráty můžete snížit použitím dvojskel (u oken) a zaizolováním zdí. Energetická náročnost může být zredukována až na polovinu (50%). Pamatujme si, že tmavé povrchy absorbují více slunečního záření. Ujistěte se o těsnosti obálky, zaplňte otvory a trhliny všude, kde se objeví úniky vzduchu. Dveře a okna Nemůžete-li vyměnit starší dveře a okna, je zde několik možností, které můžete udělat pro zlepšení jejich účinnosti: Rozhrnujte závěsy a žaluzie na jižních oknech, aby mohlo slunce svítit dovnitř. Nepoužívejte závěsy nebo zatemnění přes okna a lesklé povrchy během zimních dnů, protože okna umožňují prostup denního světla a umožňují přísun slunečního tepla (solární zisk). Ujistěte se, že dveře těsní a mají ve spodní části dveřní těsnění, které zabraňuje úniku vzduchu ven. Použití těsnících pásek a těsnění dveří a oken může zásadně snížit únik vzduchu. Zavírejte okna a dveře, když máte spuštěné topení nebo klimatizaci, aby se předešlo ztrátám. Návrh a systémy bioklimatických budov Návrh budovy a konstrukčních prvků většinou patří do výstavby budov nebo rozhodnutí ke kompletní přestavbě; nicméně i náctiletí by se o toto měli zajímat. Je třeba pochopit tři zásadní cíle: Znalosti a vědomosti o správném návrhu, materiálech a použitých technologiích mohou být pro vás užitečné, když si sami budete vybírat svůj domov nebo můžete poradit svým rodičům nebo např. řediteli vaší školy; Existují drobné, nízkonákladové úpravy, které mohou být snadno realizovány, jako třeba utěsnění prasklin, přidání vnitřních pohyblivých závěsů (např. Benátské závěsy), instalace stropního větráku, využití rostlin pro stínění, atd. Existují také netechnická opatření, dokonce ta nejjednodušší, která mohou přinést našim budovám energetické zisky bez dodatečných nákladů, jako je zajištění rozumného provozu budovy a jejích systémů, správné používání oken (prostup slunce během zimy, zastiňování a noční větrání během léta), a logické používání spotřebičů, jako třeba nepřidávat tepelnou zátěž budově (např. nevařit během nejteplejší části dne). 2.5 Cvičení/Otázky 1. Jaký je směr přenosu tepla? a) Od teplejšího ke studenějšímu b) od studenějšího k teplejšímu 2. Jaké barvy jsou podle vás nejlepší pro absorbování slunečního světla a které jej odrážejí? Vyjmenujte tři z nejběžnějších izolačních materiálů: Které ze stavebních řešení by bylo nejlepším izolantem? 10 cm tepelné izolace nebo 20 cm dutá cihla 5. Přijdete na materiály, které by nebyly dobrými izolanty? Proč?

23 6. Kde se objevuje nejvíce ztrát způsobených únikem vzduchu? Co je možné udělat, aby se zamezilo únikům vzduchu? Kde na budově by měla být umístěna velká okna? Jižní strana Severní strana 9. Jaký prostředek nebo systém by mohl být použit k ochraně oken před sluncem během letního období? Jaký typ okna vykazuje nejvyšší účinnost a jakou hodnotu U by měl mít? Vyberte, jsou-li následující techniky solárně aktivní (A) nebo pasivní (P) Fotovoltaické panely [ ] [ ] Zimní zahrady [ ] [ ] Systémy nepřímého solárního zisku [ ] [ ] 12. Pokuste se definovat bioklimatickou budovu a určete co by mohlo být považováno za její hlavní zdroj energie Co je nevýhodou solárních pasivních prvků během léta? A jak může být toto snadno vyřešeno? Označte funkce termální hmoty (vnitřní střeny) u pasivního solárního systému: Absorpce a uskladnění tepla Ochrana proti proměnlivosti počasí Vyzařování tepla poté, co zapadlo slunce Umožnění proudění vzduchu 15. Podle měření energetické spotřeby budovy (kwh/m²), a za předpokladu, že vaše škola má energetickou náročnost přibližně 150 kwh/m² ročně: Uveďte (nebo odhadněte) vytápěnou plochu školy (m²) =... Vypočítejte celkovou energetickou spotřebu (kwh) =... Klíč 1. a). 2. Černé a tmavé tóny jsou sluneční pohlcovače, zatímco bílá a světlejší tóny působí jako zářiče. 3. Lýko, skleněné vlákno, minerální vlna, jíl, polystyren, atd cm tepelné izolace. 5. Hliník a kovy, protože jsou to vodící materiály. 19

24 6. Kolem rámů oken, skleněných ploch a dveří. 7. Je možné je utěsnit a ucpat těsnící páskou nebo těsněním a tím zabránit úniky vzduchu. 8. Jižní strana. 9. Zastínění žaluziemi, roletami nebo závěsy přes okno. 10. Takzvaná superokna. Mají dvojí sklo, jsou vyplněna vysoce izolujícím plynem a mají neviditelnou vrstvu, která propouští pouze záření o specifické vlnové délce se součinitelem prostupu tepla 0,2 nebo méně (hodnota U) ) Aktivní 2) Pasivní 3) Pasivní 12. (Definice v kapitole). 13. Nevýhodou je, že povrch pohltí hodně tepla, čímž se zvyšuje vnitřní teplota. Proto je běžné umisťovat zastínění a stromy kolem budovy. Poskytují stín během léta a solární zisky během zimy. Velice důležitým faktorem je také podporování křížového větrání. 14. Pohlcování a ukládání tepla Vyzařování tepla po západu slunce. 15. Příklad: vytápěná podlahová plocha (m²) = 2,500. Celková spotřeba energie (kwh) = 150 kwh/m² 2,500 = 375,000 kwh za rok. Významový slovník Termovizní kamera: také nazývaná infračervená kamera, je zařízení, které vytváří obrázek pomocí infračerveného záření. Je podobná běžné kameře, která vytváří obrázek za pomoci viditelného světla. Je schopna odhalit teplotní rozdíly na povrchu objektu. Tepelný zisk: nárůst množství tepla obsaženého v prostoru působením přímého slunečního záření, prostupem tepla zdmi, okny a jinými povrchy budovy a teplo vydávané lidmi, osvětlením, zařízením a jinými zdroji. Tepelná ztráta: pokles množství tepla obsaženého v prostoru způsobený prostupem tepla zdmi, okny, střechou a jinými povrchy budovy a z infiltrace teplého vzduchu z budovy. Solární tepelný zisk: teplo dodané do prostoru přenosem a pohlcováním solární energie. Vícepodlažní budovy: budovy postavené s více různými patry. Elektromagnetické vlny: vytváří se, když se elektrické pole spojí s polem magnetickým a šíří se prostorem jako nositel energie z jednoho místa na druhé. Efekt studené zdi: chladivé nepohodlí pociťované osobou v budově, kdy její/jeho tělo vyzařuje teplo na chladný povrch nebo na neizolované zdi. Kondenzace: je změna fyzikálního stavu skupenství látky z plynné fáze do fáze kapalné. Na příklad vodní pára kondenzuje jako tekutina po kontaktu se studeným povrchem lahve. Krokev: jeden z několika rovnoběžných šikmých nosníků podpírajících střešní plášť Proklad: dřevěná lišta nebo tyč používaná k oddělení vrstev v průduchu, čímž zlepšuje cirkulaci vzduchu. Střešní taška: tenká plochá deska z pálené hlíny používaná na zastřešení. Kelvinova stupnice: je jednotka měření teploty, stupně jsou stejně veliké jako stupně Celsia, dvě referenční hodnoty pro Celsia - bod mrazu vody (0 C) a bod varu vody (100 C) odpovídají K a K. Pěnový polystyren: je plastový materiál, který má díky své struktuře speciální vlastnosti. Skládá se z jednotlivých buněk s nízkou hustoto. Pěnový polystyren je je extrémně lehký a unese několikanásobek svojí váhy ve vodě. 20

25 Skleněné vlákno: je materiál vyrobený z extrémně jemných vláken skla. Tepelný most: vzniká, když se setkají materiály, které jsou špatnými izolanty a vytvoří se spára kudy uniká teplo. Mosty je nutné odstranit a přestavět s minimálním křížením úseků nebo s materiály, které mají lepší izolační vlastnosti, nebo s doplňkovými izolacemi. Těsnění: měkký, polopevný pružný materiál, který bývá vložen do nepohyblivých spár a prasklin budovy, čímž zabraňuje proudění vzduchu dovnitř a ven z budovy. Těsnící pásky: materiál, který zabraňuje prostupu vzduchu kolem dveří a oken. Používá se u rámů k utěsnění pohyblivých částí, když jsou zavřené. Webové odkazy mytopic= Odkazy VV. AA.: Guía práctica de la energía para la rehabilitación de edificios. El aislamiento, la mejor solución (Practical Guide for the Energy Reform of Buildings. The insulation, the best solution), Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), Asociación Nacional de Industriales de Materiales Aislantes (ANDIMA), Klíčové body: Návrh budovy, materiály použité na její obálku, použitá okna a dveře jsou zásadní při dosažení příjemných životních podmínek. Protože největší část energetické spotřeby budovy je tvořena vytápěním a chlazením (více než 50%), a vzhledem ke dlouhé životnosti budovy musí být věnována pozornost všem těmto aspektům, chceme-li být opravdu efektivní z pohledu nákladů. Dobrá izolace může snížit prostup tepla zdmi, střechou, okny, atd. a přinést následující výhody: Uspoří energii a zvýší pohodlí. V souladu se zákonem o přenosu tepla platí, že teplo se vždy přesouvá z teplejšího do studenějšího místa. Okna, prosklené plochy a dveře jsou nejslabším bodem obálky budovy a jsou zodpovědné v průměru za jednu třetinu ztrát domácností při vytápění v zimě a při klimatizaci v létě. Každá budova může dosáhnout energetických úspor až do výše 60% při zavedení bioklimatických metod bez zacházení do mimořádných nákladů a stále si zachovávat konečnou estetiku projektu. 21

26 3. Klimatizace Učební látka: V této kapitole se naučíte: Co to je tepelná pohoda a jak se jí dá dosáhnout Principy systémů vytápění Jaké obnovitelné zdroje energie bývají využívány pro vytápění Principy systémů chlazení Jak správně využívat systémy vytápění a chlazení a šetřit energii 3.1 Vytápění Vnitřní mikroklima a pohoda Hlavním úkolem vytápění je udržovat tepelnou pohodu ve vnitřních prostorech. Definice: Tepelná pohoda je jedním z nejdůležitějších faktorů, které utvářejí optimální vnitřní prostředí pro lidi. Jsou to podmínky, kdy je zachována tepelná rovnováha mezi člověkem a jeho okolím. To znamená, že teplo, které člověk vytváří, je odváděno pryč z těla. Snadno změníte tepelné proudění z vašeho těla změnou oblečení (zvýšením tepelného odporu těla) nebo aktivitou (se zvýšenou fyzickou aktivitou narůstá tepelná produkce těla). Pamatuj: Základní kriteteria spojená s tepelnou pohodou jsou vnitřní teplota (je to teplota vzduchu ovlivněná vyzařováním okolních povrchů), vlkost a rychlost proudění vzduchu. Pro různé aktivity existují doporučené hodnoty teploty vzduchu poskytující tepelnou pohodu. Nicméně při krátkodobém pobytu v prostorách, kde není požadovaná teplota, lidé většinou nepohodlí nepociťují, protože rozdíly mezi vytvořeným a odnímaným teplem jsou vyvažovány vnitřním termoregulačním systémem v těle. Tento termoregulační proces má spojitost s věkem, zdravotním stavem, výživou a aktivitou dané osoby a je ovlivněn teplotou, vlhkostí a rychlostí proudění ve vnitřním prostředí. Je ověřeno, že tepelná pohoda má větší vliv na subjektivní pocit pohodlí a na pracovní aktivitu než znečištění vzduchu nebo rušivý hluk. Některé studie potvrdily, že člověk dosahuje 100% pracovní výkon (fyzicky lehčí práce) v teplotě 22 C. Při 27 C výkon klesá na 75% a při 30 C je výkon na pouhých 50% maxima. Vlhkost je těsně spojená s teplotou. V zimě klesá relativní vlhkost na 20% a méně. Slizniční povrchy dýchacího ústrojí tak vysychají, obranyschopnost organismu klesá a škodlivé látky mohou proniknout do dýchacího ústrojí. Nicméně tepelná pohoda závisí na řadě jiných faktorů, např. na teplotě okolních povrchů. Tyto povrchy vyzařují do obytného prostoru teplo a mohou být pozitivní nebo negativní. Lidé jsou na radiaci velice citliví. I když má člověk pocit teplotní neutrality, některé části jeho těla mohou být vystaveny podmínkám, které působí tepelnou nepohodu. Tato lokální tepelná nepohoda nemůže být odstraněna zvýšením či snížením teploty v daném prostoru. Je nezbytné odstranit příčinu lokalizovaného přetápění nebo chlazení. 22

27 Pamatuj: Obecně vzato, lokální tepelná nepohoda může být rozčleněna pod následující čtyři skupiny: 1. Místní (konvekční) ochlazování těla způsobené průvanem 2. Ochlazování nebo zahřívání částí těla radiací. Tento jev je známý jako problém radiační asymetrie. 3. Studené nohy a přehřátá hlava současně, způsobené velkými vertikálními teplotními rozdíly. 4. Horké nebo studené nohy způsobené nepříjemnou teplotou podlahy. Pamatujte, že pouze až když jsou přezkoumány jak lokální tak obecné teplotní parametry, může být posuzována kvalita tepelného prostředí. Místnost Teplota vzduchu ( C) Intenzita výměny vzduchu (h -1 ) Množství vzduchu (m 3. h -1 ) Obytný pokoj na 1 m 2 podlahy Kuchyň Plyn Kuchyňský kout Elektřina Koupelna Koupelna se záchodem Záchod WC 18 0,5 - Šatna Spíž Hala, schodiště Tab. 1 Doporučení pro tepelnou pohodu v zimě Relativní vlhkost vzduchu musí být mezi 30-60% Rychlost proudění vzduchu v zimě max. 0,15 m.s -1 ; v létě max. 0,25 m.s -1 Pamatuj: Doporučená teplota pro dlouhodobý pobyt lidí je C. Pro malé děti, starší lidi a nemocné nebo podvyživené lidi by měla být teplota vyšší - kolem C Systémy vytápění Existují různé typy standardních systémů vytápění. Můžeme je rozdělit podle zdroje, umístění zdroje, typu teplonosné látky, teploty teplonosného média, typu otopných ploch apod. 23

28 Lokální vytápění znamená, že zdroj tepla (např. krb) je umístěn v prostoru, který se má vytápět. Ústřední topení je často používáno v chladnějším klimatu, kde vytápí rodinné domky i veřejné budovy. Takový systém obsahuje kotel, pec nebo tepelné čerpadlo k ohřevu vody, páry nebo vzduchu, vše umístěné v centrálním prostoru jako je kotelna v domku nebo strojovna ve velké budově. Ve velkých městech je často používáno dálkové vytápění Typy teplonosné látky Typickou teplo nosnou látkou je horká voda nebo vzduch, ale mohou být použity i jiné nositele jako je elektřina, pára, atd Horká voda Tento systém může být nízko nebo vysoko teplotní. Tradiční teplovodní systém s radiátory je velice rozšířen v Evropě, protože je optimální pro stavby z cihel či kamene s přirozeným větráním, což bylo v minulosti nejběžnější. Tento tradiční systém je také optimální pro pevná fosilní paliva, která nejsou příliš flexibilní. Pamatuj: Tento systém může být také použit u nízkoenergetických staveb, ale zde existují určité rozdíly mezi tradičním systémem a systémem pro nové budovy. Výkon radiátorů je podstatně nižší, takže systém reaguje více flexibilně na změny vnitřních tepelných zisků Horký vzduch Systém vytápění horkým vzduchem v obytných budovách není na rozdíl od kancelářských nebo průmyslových budov v Evropě příliš často používán. Hlavním důvodem jsou klimatické podmínky, historický vývoj a vazba systému vytápění na konstrukci budovy. Tepelným nositelem je v tomto systému vzduch. Ve srovnání s vodou má vzduch nižší tepelnou kapacitu, takže je horší nositel tepla než voda. Pamatuj: Moderní koncepce tohoto systému je spojení vytápění vzduchem a větrání. To je výhodné hlavně v dobře utěsněných budovách s nízkou energetickou náročností. Na rozdíl od cirkulačního systému je zde kontrolovaná dodávka čerstvého vzduchu, která zajišťuje hygienickou výměnu vzduchu Energetické zdroje Fosilní paliva Pevná fosilní paliva jako je černé uhlí, hnědé uhlí, antracit a koks byla obvykle používána v minulosti. Pamatuj: Vytápění pevnými fosilními palivy je jedním z hlavních zdrojů znečištění vzduchu. Spalování těchto paliv vytváří emise síry, dusíku, oxidů uhlíku, prachové emise, emise organických a anorganických sloučenin a jiné. V minulosti byly tyto zdroje těžce regulovatelné a nebyly pružné. Také efektivnost spalování byla nízká a množství emisí bylo vysoké. Moderní kotle mají vyšší efektivitu a produkují méně emisí. Měli bychom ale mít na zřeteli, že fosilní paliva jsou neobnovitelný zdroj a jejich zásoba je omezená. V některých zemích jsou oblíbená tekutá fosilní paliva. 24

29 Pamatuj: Současným nejpoužívanějším fosilním palivem je plyn. Plyn má mnoho výhod ve srovnání s ostatními fosilními palivy. Při spalování plynu místo pevných fosilních paliv je vytvářeno podstatně méně škodlivin emise prachu a oxidu siřičitého (SO 2 ) jsou téměř bezvýznamné, a také obsah oxidu uhelnatého (CO) je podstatně nižší. Jediný problém je, že při spalování plynu vznikají oxidy dusíku (NO x ), ale v současnosti se vytváří emisí NO x o 10% méně oproti hodnotám v minulosti. Evropská norma rozděluje topidla do pěti skupin podle obsahu emisí NO x. Plyn, jako i jiná uhlíková paliva, je zdrojem oxidu uhličitého (CO 2 ), který je v současnosti považován za látku nejvíce zodpovědnou za skleníkový efekt Elektrická energie Elektrické topení patří k nejpohodlnějším způsobům topení z pohledu instalace, obsluhy, tepelné pohody a časové odezvy. Elektřina je také dostupná všude. Nicméně dnes cena elektřiny stoupá, takže je tento typ vytápění vhodný především pro dobře izolované budovy, kde je spotřeba energie nízká. Také bychom neměli zapomínat, že pro výrobu elektřiny jsou většinou spalována fosilní paliva Obnovitelné zdroje Biomasa Definice: Biomasa je organická hmota. V souvislosti s energetikou se většinou jedná o dřevo a dřevní odpad, slámu, zrní a jiné zemědělské přebytky. Biomasa může také obsahovat biologicky rozložitelné odpady (jako je hnůj, kejda, apod.), které mohou být spalovány jako palivo. Základní technologie zpracování jsou suchý proces hoření, zplyňování a pyrolýza; a mokrý proces biochemická transformace, jako je fermentace na metan, etanol a výroba bio-vodíku. Do specifické skupiny patří mechanicko-chemická transformace - lisování a úprava oleje, např. biopalivo. Pamatuj: Dřevo a sláma jsou, za předpokladu správného spalování, paliva environmentálně nejpřátelštější. Jediné zplodiny vznikající při spalování jsou oxidy dusíku a některé pevné škodliviny. Kysličník uhličitý je spotřebováván rostlinami při růstu, takže s těmito emisemi nevzniká problém. Dřevo neobsahuje téměř žádnou síru, ve slámě je kolem 0,1%, takže také tyto emise jsou velice nízké. Spalování a zplyňování Spalitelné plyny jsou získávány ze suché biomasy při vysoké teplotě. Je-li přítomen vzduch, biomasa hoří normálně. Při vysokých teplotách za nepřítomnosti vzduchu dochází k suché destilaci biomasy, přičemž vznikají hořlavé plyny. Výkon může být snadno kontrolován, emise jsou nižší a efektivita vyšší než při přímém spalování biomasy. Biomasa je velice složité palivo, přestože podíl schopný zplyňování je vysoký (dřevo - 70%, slá- 25

30 ma - 80%). Vzniklé plyny mají rozdílné teploty hoření, takže velice často hoří palivo pouze částečně. Hlavní podmínkou správného spalování je vysoká teplota, efektivní provzdušňování a dostatečné množství místa pro spálení celého paliva ve vhodném spalovacím zařízení. Hodnota dřeva jako paliva a ostatních rostlinných paliv se liší podle typu dřeva nebo rostliny a závisí také na vlhkosti. Energetická hodnota v 1 kg suchého dřeva je kolem 5,2 kwh, ale v praxi nelze vysušit dřevo úplně a vlhkost je kolem 20 % váhy suchého dřeva. Takže energetická hodnota tohoto dřeva klesá na 4,3 4,5 kwh/kg. V současnosti spalují biomasu nejen obytné budovy, ale také elektrárny nebo teplárny. Kotel v rodinném domku palivo nejprve zplyňuje a pak pálí. Tento systém lze velice dobře kontrolovat a je srovnatelný s plynovými kotli. Nevýhodou je manipulace s palivem a jeho skladování. Problémem může být také doprava a zásobování to závisí na lokalitě. Z technického pohledu není biomasa příliš vhodná pro malé nízkoenergetické stavby, protože je zde problém s nízkým výkonem a regulací. Také by zde měla být nainstalována ochrana proti nízkoteplotní korozi. Velice užitečné je využití akumulace a kombinace s ohřevem teplé vody pro domácnost. Kotle v rodinných domcích většinou spalují dřevěné špalky, brikety, dřevěné pelety nebo odpad. Bioplyn Bioplyn se získává z organických látek (hnůj, kompost, kejda) v uzavřených nádržích bez přítomnosti vzduchu. Biomasa je zahřátá na C v zařízení na bioplyn a bakterie přeměňují biomasu na bioplyn. Fermentace Etanol lze vyrábět z cukrové řepy, zrní, kukuřice, ovoce nebo brambor. Teoreticky můžeme vyrobit 0,65 l stoprocentního etanolu z 1 kg cukru. Tento čistý etanol je velice dobré palivo pro vznětové motory Tepelná čerpadla V současnosti se tepelná čerpadla začínají pozvolna stávat běžným zdrojem tepla. Vzrůstající cena energie pomáhá v šíření tepelných čerpadel do obytných (především rodinných) domů. Definice: Tepelné čerpadlo je elektrické zařízení, které umožňuje vytápění i chlazení. Přeměňuje přirozeně získané teplo z vody, půdy nebo vzduchu na vyšší teplotu, která může být využita pro vytápění. Jak funguje tepelné čerpadlo Pamatuj: Hlavní částí tepelného čerpadla je chladící okruh s elektrickým kompresorem. Další části jsou dva tepelné výměníky výparník a kondenzátor. Výparník přijímá teplo s nízkým potenciálem zvenku (vzduch, půda, voda) takže vnější prostředí se stává chladnější a teplo je přenášeno kompresorem ke kondenzátoru. V kondenzátoru je teplo vypouštěno do prostředí s vyšší teplotou (otopný systém, ohřev vody pro domácnost) a toto vnitřní prostředí se ohřívá. Tepelný výkon čerpadla je součet elektrické energie kompresoru a nízkopotenciální energie z vnějšího prostředí. 26

31 Topný faktor = Získané teplo Elektrický příkon > 1 Zdroje nízkopotenciální energie pro tepelná čerpadla 1. Voda Použít můžeme jak vodu podzemní tak povrchovou. Podmínkou je, že musí být čistá, musí obsahovat málo solí a nejnižší teplota musí být vyšší než +8 C. Vody musí být také dostatečné množství. Při využití podzemní vody by měly být vyhloubeny dvě studny jedna pro sběr a druhá pro vsakování. Použitá voda nesmí být vypouštěna do kanalizace nebo odtoku, protože by se ekologicky více hodnotná podzemní voda stala vodou povrchovou s nižší kvalitou. 2. Geotermální energie Teplo ze země může být snadno využito potrubním absorbérem. Teplo je získáváno nepřímo musí zde být jako prostředník - médium mezi výparníkem a půdou (většinou chladící médium). Absorbér je vyroben z plastového potrubí, které je instalováno vertikálně ve studnách nebo horizontálně v povrchovém sběrači. Výkon je regulován délkou potrubí. 3. Vzduch Vnější vzduch s nízkým potenciálem tepla proudí skrze výparník. Tento zdroj je snadno dostupný, neomezený a neovlivňuje vnější prostředí, protože teplo získané ze vzduchu je odváděno zpět ven tepelnými ztrátami obálky. Nicméně se změnami vnější teploty vzduchu kolísá také výkon tepelného čerpadla. Topný faktor se většinou pohybuje mezi 2,5 a 3,5. To znamená, že z 1kWh elektrické energie můžeme získat od 2,5 do 3,5kWh tepelné energie. Ve specifických případech můžeme získat i více kolem 4 až 5kWh. Tepelné čerpadlo je účinné, když teplotní rozdíl mezi jednotlivými prostředími je velký. Takto využívá % přirozené energie z vnějšího prostředí. Tepelné čerpadlo produkuje mnohem méně emisí než vytápění elektřinou. 27