STUDIJNÍ MATERIÁL. k modulu Úspory energií a nové technologie v rozvodech technického zabezpečení budov. k projektu

STUDIJNÍ MATERIÁL k modulu Úspory energií a nové technologie v rozvodech technického zabezpečení budov k projektu Rozvoj dalšího profesního vzdělávání v Jihomoravském kraji CZ.1.07/3.2.04/01.0045

ÚSPORY ENERGIÍ A NOVÉ TECHNOLOGIE V ROZVODECH TECHNICKÉHO ZABEZPEČENÍ BUDOV Ing. Iveta Horáková, Ing. Ladislav Lupták

Lektoroval: Ing. Horáková Iveta kap. I, IV, V a VI Ing. Lupták Ladislav kap. II, III

OBSAH: I. Úvod 4 II. Hospodaření s vodou 5 1. Úsporné splachovací systémy 5 2. Používání úsporných výtokových armatur 7 2.1. Technologie EcoSmart 7 2.2. Funkce Ecostop 8 2.3. AirPower 8 3. Zpětné využití odpadní vody 9 III. Úspora elektrické energie při provozu TZB 11 1. Energeticky úsporná čerpadla 11 1.1. Otáčkově regulovaná čerpadla 11 1.2. Používání moderních motorů 12 1.3. Moderní řídicí funkce 12 1.4. Finanční úspory při používání energeticky úsporných čerpadel 15 IV. Úspory při ohřevu teplé vody a vytápění 16 1. Nízkoenergetické domy 16 1.1. Proč stavět nízkoenergetické domy 16 1.2. Stavba nízkoenergetického domu 16 2. Vytápění 17 3. Topné systémy 17 4. Rekuperace 18 5. Pasivní domy 18 5.1. Tepelné ztráty 19 5.2. Tepelné zisky 19 6. Plusové domy 19 V. Zdroje energie 20 1. Tepelná čerpadla 20 1.1. Topný faktor tepelného čerpadla 22 1.2. Zdroje tepla pro tepelná čerpadla 22 1.3. Výhody a nevýhody tepelných čerpadel 24 2. Solární kolektory 25 2.1. Rozdělení solárních kolektorů 26 2.2. Solární zařízení v ČR 28 VI. Regulace 28 1. SYMPATIK AquaStorage 28 1.1. Použití 29 1.2. Všeobecný popis předávací stanice 29 1.3. Regulátor a ovládání 33 1.4. Dispečink ovládání přes WWW rozhraní 34 1.5. Způsob připojení solárního systému do SYSTHERM AquaStorage 34 3

I. ÚVOD V současné době probíhá na území České republiky v rámci úspor energií program Zelená úsporám, na které získala ČR finanční prostředky prodejem tzv. emisních kreditů Kjótského protokolu o snižování emisí skleníkových plynů v očekávané výši 25 mld korun, které by měly být čerpány do 31.12.2010 Tento program je zaměřen na podporu instalací pro vytápění s využitím obnovitelných zdrojů energie, ale také investic do energetických úspor při rekonstrukcích a v novostavbách (zateplování domů, náhrada neekologického vytápění za nízkoemisní kotle na biomasu a účinná tepelná čerpadla,instalace těchto zdrojů do nízkoenergetických novostaveb a také nová výstavba v pasivním energetickém standardu). Z hlediska hospodaření s vodou, kdy průměrná domácnost spotřebuje až 70 % v koupelně, na praní, WC a 30% na vaření, přípravu nápojů a mytí nádobí je řešením používání úsporných perlátorů pro baterie,regulátorů průtoku vody pro sprchy a WC stop. Těmito výrobky lze ušetřit až 50% vody. Dále je vhodné používat pračky a myčky se systémem šetřícím vodu. Kapáním kohoutku lze promrhat až 90 l vody týdně. Těmito metodami lze výrazně přispět k šetření životního prostředí. Jako úsporné zdroje energie se v TZB v současné době nejvíce používají solární systémy a tepelná čerpadla, dále rekuperátory vzduchu, fotovoltaika, energie vodní a větrná. 4

II. HOSPODAŘENÍ S VODOU 1. Úsporné splachovací systémy Výrazné úspory vody na toaletě dosáhneme především pomocí úsporných vypouštěcích ventilů. Vypouštěcí ventily jsou vysoce univerzální pro různé vyráběné typy nádržek. Jsou vybaveny možností nastavení optimálního objemu vypuštěné vody tak, aby spolu se zvolenou keramikou byla dosažena maximální účinnost spláchnutí. Fungují jako úsporné, a to buď STOP nebo DUAL systémem. Těmito systémy můžeme ušetřit oproti starému, jednoduchému, až 8 litrů na jednom spláchnutí, což je úspora vody dosahující pro čtyřčlennou rodinu až 24 000 litrů vody ročně. Ventily svým konstrukčním řešením umožňují fixaci víka k nádržce. U nádržek s otvorem ve víku menším než 42 mm lze použít krytku. Vypouštěcí ventily pro plastové nádržky mají nastavitelný objem vypuštění a jsou univerzálně použitelné pro nádržky různých výrobců s průměrem výpustného otvoru 60 mm. Jejich konstrukce umožňuje seřízení optimální výšky ventilu dle výšky nádržky. STOP systém Stlačením tlačítka dojde ke spuštění vody. Opětovným stlačením se voda zastavuje. Časový interval mezi dvěma stlačeními určuje množství vypuštěné vody. 5

DUAL systém Stlačením malého tlačítka se z nádrže vypustí 3 l vody, stlačením velkého tlačítka se vypustí 6 l vody. Velký vliv na správný provoz výše uvedených zařízení má též použití vhodných typů napouštěcích ventilů. Jejich konstrukční řešení je založeno na hydromechanickém principu uzavírání tlakem vody v daném vodovodním řádu. Konstrukční řešení vychází z osvědčených tvarů a spolu s použitými materiály vykazuje vysokou stabilitu hladiny při zastavení napouštění a velmi omezenou citlivost na změny tlaků vody. 6

2. Používání úsporných výtokových armatur 71% zemského povrchu je pokryto vodou ale jen 3,5% tvoří voda sladká a pouhých 0,5% z této sladké vody je možné využít jako vodu pitnou. Proto je důležité, aby výtokové baterie a sprchy byly v souladu s trvale udržitelným využíváním vodních zdrojů a s co možná nejnižší spotřebou energie a přesto bez kompromisu, co se týká požitků ze sprchování a pohodlí. Protože efektivní využívání vody znamená také efektivní využívání energie. 2.1. Technologie EcoSmart Vodovodní baterie se speciálním perlátorem mají spotřebu vody pouze 5 l/min. To představuje snížení spotřeby ve srovnání s modely bez tohoto perlátoru o více než o 60%! A nižší průtok také znamená, že je zapotřebí méně energie pro ohřev vody. Jak dosáhneme uspokojivý vodní efekt i přes použití menšího množství vody? EcoSmart je technologie pro regulaci množství spotřebované vody: přesný O kroužek pružně reaguje na změny v tlaku vody, aby udržel průtok na stálé úrovni. Při vysokém tlaku O kroužek zmenšuje velikost otvoru, při nízkém tlaku ji zvětšuje. Navíc AirPower technologie přidává do vody vzduch a vytváří tak objemný proud, který se málo rozstřikuje. Využití vody je pak efektivní. Sprchové hlavice s technologií EcoSmart jsou charakteristické kombinací tvořenou regulací průtoku, speciálně navrženými tryskami a funkcí AirPower. Dosahuje se s nimi snížení spotřeby vody až o 60% ve srovnání s konvenčními sprchovými hlavicemi. A protože si lidé dávají 7

většinou horkou sprchu, snižuje se také spotřeba energie a množství emisí CO2. Přesný O kroužek pružně reaguje na změny v tlaku vody, aby udržel průtok na stálé úrovni. Při vysokém tlaku O kroužek zmenšuje velikost průtokového otvoru, při nízkém tlaku ji zvětšuje 2.2. Funkce Ecostop Při využití této funkce můžeme vytvořit úsporu vody až 50%; a tím se samozřejmě šetří také energií. Automatická teplotní regulace vytváří další úroveň zabezpečení: okamžitým vyrovnáváním fluktuací v tlaku a teplotě vody zabraňuje systém úrazům s opařeninami: jednou nastavená teplota zůstává stále konstantní. 2.3. AirPower AirPower obohacuje vodní proud přídavkem vzduchu. Tato patentovaná technologie vytváří objemnější vodní kapky než opravdový sprchový déšť, který uživatel zná. Další výhoda: tento větší požitek ze sprchování potřebuje ale ve skutečnosti méně vody. Provzdušněný vodní proud používá přibližně o 10% méně vody než neprovzdušněný. 8

3. Zpětné využití odpadní vody Obyvatelé Evropy spotřebují v průměru 125 litrů vody na obyvatele denně kvalitní pitné vody, ze které by se dalo hodně ušetřit, protože splachování toalet a zalévání zahrad vodu s kvalitou pro pití nevyžaduje bez vzniku jakýchkoli problémů je možné použít vodu recyklovanou. Až na přibližně 50% z této celkové spotřeby není nutné mít kvalitní pitnou vodu, proto může být dešťová voda použita jako náhrada.. Technologie Pontos AquaCycle shromažďuje vodu použitou ve sprchách a koupacích vanách tak zvanou šedou vodu upravuje ji čistě biologicko mechanickým procesem a mění ji zpět na hygienicky nezávadnou a čistou vodu, kterou je možné používat ke splachování toalet, pro účely úklidu a zavlažování zelených ploch. Dvojnásobné použití vody má svůj smysl jak z hlediska ekologického tak i ekonomického, protože tento postup snižuje spotřebu pitné vody i objem vody odpadní. To představuje podstatný podíl nákladů, zvlášť ve veřejném a poloveřejném sektoru, jako jsou plavecké bazény, ubytovny a hotely. 9

Skutečnost, že recyklační sytém Pontos AquaCycle je nyní kombinován s tepelným výměníkem, je nyní stále častější. Tato kombinace nešetří jen vodu, ale také energii: něco mezi 10 a 15 kwh na kubický metr znečištěné vody. To představuje v průměru úsporu 20% celkových nákladů na energii pro ohřev vody. 10

III. ÚSPORA ELEKTRICKÉ ENERGIE PŘI PROVOZU TZB 1. Energeticky úsporná čerpadla Spotřeba elektrické energie představuje největší část nákladů spojených s provozováním čerpadla a ve většině případů tvoří více než 85% celkových nákladů spojených s vlastnictvím čerpadla. Proto je stále větší důraz kladen na energetickou náročnost čerpadel. EU klade velký důraz na úspory elektrické energie u čerpadel, která v celosvětovém měřítku spotřebovávají cca 20% veškeré vyrobené elektrické energie. Od r. 2013 tedy bude možné prodávat pouze energeticky nejúspornější bezucpávková oběhová čerpadla velmi zjednodušeně řečeno pouze ta, která nyní spadají do energetické třídy A. V dalším se soustředíme na způsoby, jak lze požadovaných energetických účinností čerpadel dosáhnout. 1.1. Otáčkově regulovaná čerpadla V moderních otopných soustavách se mění požadavky na výkon čerpadla v čase. Požadavky na vytápění místností během roku i během dne značně kolísají. Běžné čerpadlo ale tyto změny v otopné soustavě nebere v úvahu a je provozováno zcela zbytečně stále při stejných otáčkách. Ukazuje se, že pouze po cca 5% celé topné sezóny je nutno provozovat čerpadlo na max. otáčky (velmi nízké venkovní teploty) a naopak asi po jednu třetinu otopné sezóny by stačilo provozovat čerpadlo na otáčky poloviční (viz obr. - standardní zátěžový profil). To znamená, že pokud bude použito čerpadlo, které bude umět přizpůsobovat své otáčky těmto změnám, tj. bude provozováno na max. otáčky pouze tehdy, pokud to bude soustava vyžadovat (např. v období velkých mrazů), musí se ušetřit 11

velké množství el. energie (dle rovnice afinity P 1 /P 2 = (n 1 /n 2 ) 3 se elektrický příkon snižuje s třetí mocninou otáček). A to právě umí pouze otáčkově regulovaná čerpadla. Platí, že otáčkově regulovaná čerpadla spotřebují cca 50 % el. energie ve srovnání se standardním otáčkově neregulovaným čerpadlem. 1.2. Používání moderních motorů Motory s rotorem z permanentních magnetů (tzv. PM motory). Vynález výroby permanentních magnetů je znám již řadu desetiletí, ale až v poslední době došlo k jejich postupnému uplatnění u čerpadel. Motory využívající tuto technologii se vyznačují vyšší účinností ve srovnání se standardními motory mimo jiné díky menším ztrátám v důsledku toho, že v rotoru není nutno vyrábět magnetickou indukcí magnetické pole. 1.3. Moderní řídicí funkce Unikátní inteligentní regulační funkce AUTOADAPT u oběhových čerpadel Inteligentní regulační funkce AUTOADAPT, patentovaná firmou Grundfos a používaná u otáčkově regulovaného oběhového čerpadla ALPHA2 (v modifikované podobě i u oběhového čerpadla MAGNA), je zcela ojedinělou funkcí, která byla vyvinuta, aby znamenala pro majitele, uživatele i instalatéry následující výhody a přednosti : Automaticky, bez nutnosti zásahu obsluhy, nastavuje nejoptimálnější provoz čerpadla Čerpadlo při použití inteligentní funkce AUTOADAPT sleduje, co s děje v dané otopné soustavě (čerpadlo si osahává soustavu), a podle toho si samo zvolí nejoptimálnější způsob provozu. Otáčky čerpadla se mění podle regulační přímky proporcionálního tlaku umístěné v zeleně vyznačené 12

provozní oblasti čerpadla (viz obr.). Během jednoho dne se potom provoz čerpadla řídí touto automaticky nastavenou optimální regulační přímkou proporcionální regulace (na obr. je vyznačena modře) při snižujícím se průtoku (termostatické hlavice radiátorů se přivírají) se tlak a tedy i otáčky a el. příkon snižuje a naopak. Právě při snižování otáček dochází k velké úspoře el. energie (např. sníží-li se otáčky na polovinu, el. příkon se sníží podle příslušné rovnice afinity na 1/8)! Funkce AUTOADAPT je nastavena z výrobního závodu, není potřeba již nic dělat! Praxe ukázala, že funkce AUTOADAPT je použitelná cca v 80% všech typů otopných soustav, tj. u 80% všech instalací není třeba provádět ruční dolaďování nastavených parametrů čerpadla. Funkce AUTOADAPT přináší větší energetické úspory než běžně používaná regulace (na proporcionální tlak nebo konstantní tlak), protože sklon regulačních přímek je u funkce AUTOADAPT větší, tj. dochází k razantnějšímu poklesu otáček a tedy i většímu poklesu el. příkonu. Stručně řečeno, při použití unikání inteligentní patentované funkce AUTOADAPT není potřeba na čerpadle nic nastavovat, čerpadlo si samo zvolí takový způsob provozu, který je nejoptimálnější z hlediska požadavků dané otopné soustavy pro zajištění patřičné tepelné pohody v domě a současně který nejvíce šetří el. energii. Tím jednak snižuje finanční náklady pro vlastníka čerpadla a současně přispívá ke snížení emisí CO 2. Unikátní inteligentní regulační funkce AUTOADAPT u cirkulačních čerpadel Inteligentní funkce AUTOADAPT (tento název vždy znamená automatické přizpůsobování se potřebám dané soustavy) proniká nově i do oblasti cirkulaci teplé vody. Ve srovnání s výše popsanou funkcí pro oběhová čerpadla je tato funkce pro oblast cirkulačních čerpadel ale založena na zcela odlišném principu! Standardní cirkulační čerpadla pro cirkulaci teplé vody (TV) se často používají v trvalém provozu - to ale znamená zbytečnou spotřebu energie na výrobu TV i na provoz čerpadla. Je také možno použít energeticky úspornější provoz s termostatem, který zapíná čerpadlo pouze po 13

zchládnutí vody v cirkulačním potrubí, nebo provoz s časovým spínačem, pomocí kterého je možno si navolit dobu, kdy bude cirkulační čerpadlo v provozu. Inteligentní funkce AUTOADAPT, použitá poprvé u cirkulačního čerpadla COMFORT AUTOADAPT, však dokáže nastavovat provozní dobu zcela automaticky, bez nutnosti jakéhokoli nastavování, na základě zjištěných zvyklostí spotřebitele teplé vody! Inteligentnost ojedinělé funkce AUTODADAPT spočívá v tom, že si průběžně zjišťuje, v kterých časových úsecích se v dané domácnosti odebírá TV, tyto informace si ukládá do svého kalendáře a na základě těchto informací spouští čerpadlo pouze tehdy, kdy je velká pravděpodobnost odběru TV. To minimalizuje provozní dobu čerpadla, což se odráží ve velkých úsporách energie na ohřev vody i elektrické energie na provoz čerpadla. Jak tedy čerpadlo COMFORT AUTOADAPT pracuje? Řídicí systém AUTOADAPT si do svého kalendáře zaznamenává časy odběrů TV spotřebitelem (používá se členění dne na patnáctiminutové intervaly, kalendář se průběžně aktualizuje, využívají se záznamy za poslední dva týdny). Rozpoznání odběru TV vody je založeno na změně teploty v přívodní větvi (zde se instaluje snímač teploty, dodávaný s čerpadlem) v souvislosti s odběrem TV. Čerpadlo je řízeno dle kalendáře. Provoz čerpadla začíná 15 min před záznamem o odběru TV v kalendáři a končí v době, po které v kalendáři další záznam bezprostředně nenásleduje. Hlavní výhody a přínosy používání ojedinělé funkce AUTOADAPT u cirkulačního čerpadla jsou: na čerpadle se nic nenastavuje, čerpadlo je v provozu jen po nezbytně nutnou dobu, odlišuje pracovní dny od víkendů, dosahuje se až 90%-ní úspory energie pro ohřev vody a až 90%-ní úspory elektrické energie v důsledku minimalizace provozní doby čerpadla. Funkce nočního regulovaného provozu K dalším energetickým úsporám dochází vlivem používání funkce Noční redukovaný provoz, při které dochází k automatickému přepínání na minimální otáčky při přechodu zdroje tepla do útlumového režimu a k automatickému návratu do původně zvoleného regulačního režimu čerpadla po obnovení standardního provozu zdroje tepla. 14

1.4. Finanční úspory při používání energeticky úsporných čerpadel Využíváním kombinace otáčkové regulace, energeticky úsporných motorů využívajících technologii permanentních magnetů, funkce AUTOADAPT a funkce nočního redukovaného provozu dochází k velkým energetickým úsporám u oběhových čerpadel (až 80%-ní úspory ve srovnání s průměrným čerpadlem). Níže je uveden příklad srovnání spotřeby el. energie otáčkově neregulovaného čerpadla UPS (ve třídě B) a nejmodernějšího čerpadla ALPHA2 (v energetické třídě A, využívající všechny výše zmíněné moderní technologie). Návratnost zvýšené investice na pořízení dražšího čerpadla ALPHA2 je při ceně 4,50 Kč/kWh pro maloodběratele cca 2,5 roku. Pokud bychom ale porovnávali toto čerpadla s průměrných čerpadlem na trhu (v energetické třídě D), byla by tato návratnost ještě podstatně kratší. Rovněž používání nejúčinnějších motorů EFF1 (IE2) u ucpávkových čerpadel vede k významným energetickým a tedy i finančním úsporám - viz příklad s roční úsporou cca 14 tis. kwh (při ceně 2,50 Kč/kWh pro velkoodběratele jde o roční úsporu cca 35 000 Kč) při používání čerpadla TP s motorem EFF1, které nahradilo dříve vyráběné čerpadlo LP s méně účinným motorem. 15

IV. ÚSPORY PŘI OHŘEVU TEPLÉ VODY A VYTÁPÉNÍ 1. Nízkoenergetické domy Nízkoenergetický dům má mnohem přísnější kritéria na množství tepla určeného k vytápění než běžné novostavby. Dům musí být navržen tak aby maximální množství tepla na vytápění bylo 15 až 50kWh/m 2 obytné plochy. Je to poměrně velké rozpětí a nižší hodnoty okolo 15 kwh se už blíží nebo rovnají požadavkům na pasivní domy. 1.1. Proč stavět nízkoenergetické a pasivní domy Pouze desetinové náklady na vytápění oproti běžným stavbám Dům není téměř vůbec závislý na zvyšování cen energií Pohodlné a zdravé bydlení 1.2. Stavba nízkoenergetického domu Pokud se rozhodnete pro stavbu nového nízkoenergetického domu, tak je vhodné nechat si projekt zpracovat od projektanta, který má dostatek zkušeností s tímto druhem staveb. Vybere se pak také skladba vhodného materiálu i konstrukce domu. Zděné stavby v našich klimatických podmínkách jsou nejvíce rozšířeny. V dnešní době je na výběr celá řada materiálů a tvárnic, které mají už výborné tepelně izolační vlastnosti. Montované stavby - suchá výstavba pomocí panelů se stala v poslední době módou. Takt lze vystavět i poměrně velký dům v řádech několika týdnů. Staví se z panelů na bázi dřeva nebo betonu. Uvnitř Panelu už může být obsažena tepelná izolace. Dřevostavby jedná se nejčastěji o výstavbu z dřevěných panelů podobně jako další montované stavby nebo pouze z čistého opracovaného dřeva. Tyto domy někdy využívají tepelnou izolaci z přírodních materiálů jako je dřevo nebo upravená celulóza. 16

Rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění kwh/m2 Starší domy 200 a více Novostavby 80 120 Nízkoenergetický domy 15 50 Pasivní domy 5 15 Nulové domy (plusové domy) 0-5 2. Vytápění Potřeba vytápění je závislá na mnoha faktorech a kategorii domu. Zatímco běžná stavba potřebuje klasický topný systém, pasivní nebo nulový dům ho mít nemusí. Hlavním úkolem vytápění nízkoenergetických domů je doplnit tepelné ztráty. Tepelné zisky každý dům má určité tepelné zisky. U pasivních nebo nulových domů vyrovnávají tepelné ztráty a snižují tak potřebu vytápění. Sluneční záření počítá se hlavně s prostupem slunečního záření v zimních měsících a akumulací tepla stěnami nebo podlahou v domě. Proto je žádoucí co největší prosklená plocha hlavně na jižní straně domu. Musí se ale počítat také s tepelnými ztrátami prostupem tepla okny, proto musí být plocha oken navržena i s tímto ohledem Prosklené plochy ale mohou přinést také nepříjemné přehřívání v letním období. Proto je také vhodné navrhnout účinné zastínění skleněných ploch. 3. Topné systémy Při navrhování topného systému pro pasivní dům musíme počítat s několika faktory. Dům je kvůli tepelným ztrátám navržen jako vzduchotěsný, proto není vhodné používat kotle na plyn nebo peletky, které v domě spalují kyslík. Další faktor je potřeba tepla na vytápění. Nízkoenergetický dům bude potřebovat více tepla než pasivní. Celkově se dá říct, že potřeba tepla bude velmi nízká. 17

Z vhodných topných systémů se tedy nejvíce hodí kombinace rekuperátoru vzduchu a tepelného čerpadla. Zatímco rekuperátor sníží na minimum tepelné ztráty výměnou vzduchu a větrání, tepelné čerpadlo se postará o dotápění a ohřev teplé užitkové vody pro domácnosti. 4. Rekuperace Rekuperace je řízená výměna vzduchu v domě. Slouží k regulaci vnitřní teploty a zabezpečení přísunu čerstvého vzduchu. Rekuperace funguje na principu zpětného získávání tepla z odpadního (odvětrávaného) vzduchu. Rekuperátor neboli rekuperační jednotka je zařízení, kde se vyměňuje teplo mezi odpadním a čerstvým vzduchem. Nedochází k míchání vzduchu, teplo se čerstvému vzduchu předává ve výměníku. V podstatě se tak ušetří značné množství tepla, které by se jinak ztratilo větráním. U nízkoenergetického domů je to nutnost, protože chceme co nejnižší náklady na vytápění. Účinnost rekuperace je mezi 70 a 90%, to znamená velmi vysoká. Určité ztráty tepla se přirozeně nahradí z tepelných zisků objektu nebo dotápěním. Výhody rekuperace Neustálý přísun čerstvého vzduchu Odvlhčení vzduchu Dotápění nebo chlazení (pomocí vložek ve vzduchotechnice) Úspory tepla Použití rekuperace Pasivní a nízkoenergetické domy naprostá nutnost. Nahrazuje klasické topení. Běžné domy vyplatí se v každém objektu, protože výrazně snižuje náklady na vytápění. 5. Pasivní domy Tepelné ztráty pasivního domu jsou velice nízké, proto potřeba na jeho vytápění je pouze 5-15 kwh/m2 obytné plochy. Dům nemá klasický topný systém. Vytápění domu je po většinu roku zajištěno tepelnými zisky domu. Aby se dosáhlo tak nízké spotřeby energie na vytápění je nutné co nejvíce omezit tepelné ztráty. 18

5.1. Tepelné ztráty Větráním teplo, které v zimním období z budovy odchází větráním okny nebo různými prasklinami ve zdi. Prostupem obálkou budovy (střecha, stěny, podlaha a okna) dochází k výměně tepla mezi teplým a chladným prostředím. Snížení tepelných ztrát větráním o 80-90% se zabrání rekuperací tepla z odpadního vyměňovaného vzduchu. Pasivní domy se právě z těchto důvodů navrhují jako vzduchotěsné. O neustálý přísun čerstvého vzduchu se stará jednotka na výměnu vzduchu rekuperátor. Vydýchaný vzduch se z místností odsává a ve výměníku předává svoje teplo čistému přefiltrovanému vzduchu, který vpouštíme do místnosti. Snížení tepelných ztrát obálkou budovy lze jen kvalitní tepelnou izolací a použitím moderních stavebních materiálů. Velkou pozornost je nutné věnovat oknům a utěsnění možných průduchů. 5.2. Tepelné zisky Produkce tepla svítidel Teplo produkované osobami Teplo vzniklé z činnosti různých spotřebičů (PC, TV a další elektrická zařízení) Teplo vzniklé z přípravy jídla 6. Plusové domy (nulové domy) Synonyma: Aktivní domy, energeticky aktivní domy Nulový dům na rozdíl od pasivního domu, který může mít spotřebu tepla na vytápění až 15kWh/m2 za rok, za nulový dům se považuje takový, který má spotřebu blízkou nule. To znamená 5 0 kwh/m2 obytné plochy za rok. Tepelné zisky domu by se tedy měli rovnat tepelným ztrátám Plusový dům (nebo také aktivní) vyrobí více energie, než kolik spotřebuje. Toho lze docílit například u pasivních domů, kde dodatečně vyrábíme vlastní energii z obnovitelných zdrojů. V tomto směru jsou možné dva způsoby využití střechy. Konstrukce těchto domů 19

se v ničem neliší od pasivních. Dům musí mít dokonalou vzduchotěsnou obálku a velmi dobrou tepelnou izolaci Solární panely využívají teplo slunečních paprsků pro ohřev vody. Takto lze ohřívat nebo předehřívat vodu téměř po celý rok. Vyrábí se i speciální vakuované panely, které pracují i pod bodem mrazu Fotovoltaické panely - ze slunečního záření vyrábí elektřinu. Na střechu nebo fasádu domu se mohou namontovat panely pro výrobu elektrické energie. Elektrická energie se dodává do elektrické sítě za mnohem vyšší cenu než, za jakou se nakupuje. To potom zlepšuje energetickou bilanci a vrací náklady investované do pořízení domu. Stavby rodinných domů ale i větších komplexů jdou směrem neustálého snižování jejich energetické náročnosti. Proto lze nulové a plusové domy spatřovat jako hlavní směr ve vývoji stavebnictví v budoucích letech V. ZDROJE ENERGIE 1. Tepelná čerpadla Význačnou roli ve fungování TČ hraje chladivo, označované jako pracovní médium. Má tu vlastnost, že se i při nejnižších (venkovních) teplotách odpařuje. Přivede-li se venkovní vzduch nebo voda k výměníku tepla (výparníku), ve kterém cirkuluje pracovní médium, odejme takovémuto zdroji tepla potřebné výparné teplo a přejde z kapalného do plynného stavu. Zdroj tepla se tím o několik stupňů ochladí. Kompresor toto plynné pracovní médium nasaje a stlačí. Tím že se zvětší jeho tlak, stoupne také jeho teplota - pracovní médium je tedy "přečerpáno" na vyšší teplotní úroveň. K tomu je zapotřebí vynaložit elektrickou (nebo jinou) energii. Ta však nepředstavuje energii ztracenou, ale zvyšuje energetický (tepelný) potenciál pracovního média, které se dále dostává do kondenzátoru, jak je znázorněno na obrázku. Tam pracovní médium odevzdá své celkové teplo, které uvedeným způsobem získalo, resp. je mu odňato nějakou teplonosnou látkou, např. vodou pro teplovodní vytápění. Tím dojde ke zkapalnění pracovního média, v expanzním ventilu se seškrtí na původní nízký tlak a oběh se opakuje. 20

První děj - Odpařování: Od vzduchu, vody nebo země odebírá teplo chladivo kolující v tepelném čerpadle a tím se odpařuje (mění skupenství na plynné). Druhý děj - Stlačení: Kompresor tepelného čerpadla prudce stlačí o několik stupňů ohřáté plynné chladivo, a díky fyzikálnímu principu komprese, kdy při vyšším tlaku stoupá teplota, jako teplotní výtah "vynese" ono nízkopotenciální teplo na vyšší teplotní hladinu cca. 80 C. Třetí děj - Kondenzace: Takto zahřáté chladivo pomocí druhého výměníku předá teplo vodě v radiátorech, ochladí se a zkondenzuje. Radiátory toto teplo vyzáří do místnosti. Ochlazená voda v topném okruhu pak putuje nazpět k druhému výměníku pro další ohřátí. Čtvrtý děj - Rozpínání: Průchodem přes expanzní ventil putuje chladivo nazpátek k prvnímu výměníku, kde se opět ohřeje. 21

1.1. Topný faktor tepelného čerpadla Topný faktor je dán poměrem topného výkonu a příkonu (elektrickému) TČ: Udává, kolikrát větší je získaný výkon (získaná energie) proti vynaloženému příkonu (vynaložené energii). Topný faktor závisí na teplotě zdroje tepla a na teplotě, při které je teplo vyprodukováno (a spotřebováváno). Čím vyšší je teplota zdroje tepla a čím nižší je teplota, při které se teplo spotřebovává, tím větší je topný faktor. Vztahuje se vždy jako momentální hodnota na určitý provozní stav. 1.2. Zdroje tepla pro tepelná čerpadla Zdrojem tepla je vzduch Vzduch, jemuž dodává teplo slunce, je všude - principiální uspořádání TČ ukazuje obrázek. TČ mohou poskytnout ještě dosti tepla, které získala z venkovního vzduchu i při teplotě -20 C. Vzduch jako zdroj tepla má však tu nevýhodu, ze je nejchladnější, když je zapotřebí co nejvíce tepla na vytápění. Je sice možné odnímat mu teplo ještě při - 20 C, ale topný faktor TČ značně klesá. Proto se často uskutečňuje kombinace s druhým vytápěcím zařízením, které po krátkou dobu zvláště chladných dnů s vytápěním vypomůže. 22

Zdrojem tepla je voda Spodní voda je dobrým zásobníkem slunečního tepla. I po dobu nejchladnějších zimních dnů si udržuje stálou teplotu +8 C až +12 C. V tom spočívá její výhoda. Na základě stálé teplotní úrovně tohoto zdroje tepla je po celý rok topný faktor TČ příznivý. Bohužel spodní voda není všude k dispozici jak v dostatečném množství, tak v potřebné kvalitě. Ale kde je možné ji použít, tam se to vyplatí. Použití spodní vody musí být povoleno příslušným úřadem (všeobecně vodohospodářským úřadem). Pro tento způsob získávání tepla je třeba zřídit jednu studnu pro čerpání vody a druhou pro jímání vody, jak ukazuje obrázek. Jako zdroje tepla se také hodí jezera a řeky, protože působí rovněž jako zásobníky tepla. O možnostech využívání vody pro tyto účely poskytnou informace příslušné místní úřady. Zdrojem tepla je země pomocí zemních kolektorů V hloubce od 1,2 do 1,5 m je země i v chladných dnech dostatečně teplá, aby mohla být TČ hospodárně provozována. Předpokladem však je, aby byl k dispozici dostatečně veliký pozemek k položení potrubního systému, který bude teplo země odvádět. Měrný výkon kolektorů se pohybuje kolem 40 W/m² u půdy s výskytem spodní vody a 10 až 15 W/m² u suchých, písčitých půd. Trubkami protéká taková nemrznoucí směs, která je pro životní prostředí nezávadná a předává teplo výparníku TČ, jak je schematicky znázorněno na obrázku. Skutečností je, že je zapotřebí plocha pozemku 2-3 krát tak veliká jako 23

vytápěná plocha. Pokud tomu tak je, pak je zde nevyčerpatelný energetický zdroj a ideální předpoklad pro použití TČ země/voda. Zdrojem tepla je země pomocí zemních sond Jde o svislé zemní sondy na jímání tepla, které na rozdíl od potrubních kolektorů vyžadují jen málo místa, a které se pomocí vrtných zařízení dají umístit do hloubky až 100 m. Tyto zemní sondy sestávají z patky sondy a ze svislých souvislých trubek z polyetylenu, jak je znázorněno na obrázku. Podobně jako u zemních kolektorů cirkuluje systémem nemrznoucí směs, která teplo zemi odnímá. Měrný výkon sond je závislý na složení půdy a pohybuje se mezi 30 a 100 W na metr zemní sondy. Podle typu TČ a podle jakosti půdy se pro jedno vytápěcí zařízení zřídí případně více sond. Projekt takovýchto zařízení je třeba předložit k posouzení a požádat příslušný místní úřad o schválení. 1.3. Výhody a nevýhody tepelných čerpadel Výhod tepelných čerpadel je spousta. Při používání čerpadel se nemusíte starat o ceny energií na trhu, neboť na tomto jsou čerpadla nezávislá, teplo čerpáte přímo z přírody. Ušetříte až 80% nákladů za energie, čímž dochází k rychlému návratu investic do produktu, a to už během 3-8 let. Další, bezpochyby důležitou, výhodou je nízká energetická náročnost a využívání přírodní energie, čímž tak dochází k minimalizaci zátěže na životní prostředí. Pro majitele tepelných čerpadel je rovněž velkou výhodou jejich nenáročná obsluha. Tepelné čerpadlo můžete např. ovládat pomocí mobilního telefonu nebo přes internet. Rovněž zde pak nehrozí žádné nebezpečí výbuchu, vznícení či otrava CO 2. Konečně pak majitel tepelného čerpadla ocení jejich velmi malou hlučnost. 24