Kolik stojí větrání domácnosti?
Analýza nákladů nuceného větrání typového bytu. Na celkové spotřebě energie domácnosti se podílí i větrání. Bez ohledu na způsob přívodu větracího vzduchu (nuceného či přirozeného) je třeba na ohřev venkovního vzduchu v zimním a přechodovém období vynaložit energii. U přirozeného větrání tvoří energie na ohřev vzduchu jedinou položku nákladů. V případě nuceného větrání se na celkové spotřebě energie podílejí rovněž ventilátory, u rovnotlakého systému větrání lze pak pro ohřev venkovního vzduchu využít zpětné získávání tepla.
Větrání má prokazatelný vliv na lidské zdraví – proto se v obytných budovách, kde tráví lidé podstatnou část svého života, doporučuje trvalé větrání. U většiny obyvatel panují však v souvislosti s větráním značné obavy z nadměrných nákladů. Podrobná studie analyzující potřebu energie na větrání a finanční náročnost jednotlivých systémů s ohledem na typy domácností v ČR byla publikována v [3]. V tomto článku jsou náklady na větrání rozpracovány pro jeden typický příklad domácnosti s trvalým větráním během otopné sezóny.
Popis výpočtu
Nucené systémy navržené v souladu s národní přílohou k evropské normě ČSN EN 15665/Z1 mohou být koncipovány buď jako podtlakové, nebo jako rovnotlaké. Celková spotřeba energie je dána spotřebou elektrické energie pro pohon ventilátorů sloužících k dopravě vzduchu, energií potřebnou pro ohřev větracího vzduchu v zimním období a ztrátami (účinností) systému. U podtlakového systému hradí tepelnou ztrátu větráním otopná soustava, u rovnotlakého větrání je možné část tepelné ztráty hradit ve výměníku zpětného získávání tepla (ZZT).
Analýzy potřeby energie na větrání byly provedeny pro modelový byt o velikosti 75 m2 obývaný čtyřmi osobami: dva dospělí (jeden pracující a jeden nepracující) a dvě děti. Zvolená velikost bytu spadající do kategorie 60 až 80 m2 je v ČR nejrozšířenější a složení obyvatel bytu představuje také početnou skupinu s vyšší potřebou energie na větrání. Intenzita větrání byla vztažena k celkovému objemu domácnosti o světlé výšce 2,6 m. Potřeba energie byla sledována v otopném období od 15. 9. do 12. 5. (celkem 239 dní). Pro výpočet potřeby tepla byl použit referenční klimatický rok (Test Reference Year, TRY) zpracovaný pro Prahu; vyhodnocení nákladů na energie vycházelo z průměrné ceny za teplo 500 Kč/GJ a za elektrickou energii 4,75 Kč/kWh (ceník společnosti ČEZ platný pro rok 2011 – sazba Standard D02d).
Potřeba tepla pro ohřev venkovního vzduchu
V období, kdy je v provozu větrací zařízení a teplota venkovního vzduchu je nižší než požadovaná teplota vnitřního vzduchu (u obytných budov toto období většinou odpovídá otopné sezóně), je potřeba větrací vzduch ohřívat. Stanovení potřeby tepla pro ohřev venkovního vzduchu při trvalém větrání je poměrně jednoduchou záležitostí a pro výpočet lze použít např. denostupňovou metodu. U nárazového větrání, které je víceméně nahodilé, je situace o poznání komplikovanější a do výpočtu vstupuje četnost, doba a denní čas spínání větracího zařízení.
Trvalé větrání
Na obr. 1 je znázorněna závislost potřeby tepla pro ohřev venkovního vzduchu v kWh/(m2 . rok) v závislosti na intenzitě větrání a teplotním faktoru (teplotní účinnosti) ZZT. Teplotní faktor ZZT = 0 % odpovídá situaci, kdy není větrací systém vybaven výměníkem pro zpětné získávání tepla (např. nucené podtlakové větrání). Na vedlejší ose y je pak možné odečíst náklady na ohřev větracího vzduchu při trvalém větrání v Kč/m2 při průměrné ceně za teplo 500 Kč/GJ. Výsledky nezohledňují volbu konkrétního zdroje tepla (typ kotle apod.), nejedná se tedy o skutečnou spotřebu tepla. Z výsledků na obr. 1 je zřejmé, že potřeba tepla s rostoucím průtokem venkovního vzduchu lineárně roste. Při použití ZZT potřeba tepla úměrně s teplotním faktorem klesá. Při teplotním faktoru 50 % bude tedy potřeba tepla na ohřev větracího vzduchu v porovnání s podtlakovým větráním bez ZZT poloviční.
Nárazové větrání
Pro analýzu nárazového větrání byly použity hodnoty průtoků vzduchu podle tab. 1 s předpokládaným denním provozem podle tab. 2 (upraveno podle [1] a [2]). Časové rozložení nárazového větrání během dne bylo zvoleno podle předpokládané přítomnosti osob v domácnosti. Při nárazovém větrání dochází k navýšení průtoku vzduchu z trvalého větrání na návrhové hodnoty nárazového větrání.
Spotřeba energie ventilátorů
Spotřeba energie ventilátoru výrazně závisí na celkové účinnosti ventilátoru včetně pohonu (elektromotoru). Zpravidla platí, že čím menší ventilátor, tím nižší je jeho účinnost. Účinnosti lokálních ventilátorů používaných pro podtlakové větrání se pohybují v rozmezí 5 až 22 %, nejčastěji pak kolem 10 % [3]. Účinnosti centrálních ventilátorů pro podtlakové větrání dosahují při provozu v optimálním pracovním bodě značně vyšších hodnot (až 60 %).
Ventilátory rovnotlakých systémů pracují s vyššími dopravními tlaky než systémy podtlakové, neboť kromě externí tlakové ztráty (vzduchovody, distribuční elementy atd.) hradí i tlakové ztráty jednotlivých elementů vzduchotechnické jednotky (filtry, klapky, výměníky apod.). Systémy jsou vybaveny vždy dvěma ventilátory (pro přívod a odvod vzduchu), proto spotřeba elektrické energie pro pohon ventilátorů je vyšší než u podtlakových systémů. Účinnost ventilátoru (včetně pohonu) pro rovnotlaké větrání se může pohybovat v širokém rozsahu hodnot, od 20 až do 60 %.
Na obr. 2 je vynesena závislost spotřeby elektrické energie ventilátoru na intenzitě větrání a měrném příkonu ventilátoru, definovaném jako
SFP = Δpc /ηvent
kde
Δpc je celkový dopravní tlak ventilátoru (Pa),
ηvent – účinnost ventilátoru včetně pohonu (–).
Znázorněna je spotřeba elektrické energie jednoho ventilátoru při trvalém větrání během hodnoceného otopného období (v létě většina domácností preferuje přirozené větrání okny a předpokládá se, že trvalé nucené větrání není v provozu). Je zřejmé, že s rostoucím měrným příkonem ventilátoru SFP, respektive s rostoucím celkovým dopravním tlakem a se snižující se účinností, spotřeba energie úměrně roste. Například měrný příkon lokálního ventilátoru pro trvalé podtlakové větrání s účinností 10 % a celkovým dopravním tlakem 100 Pa je 1 000.
Celkové provozní náklady
Na obr. 3 je uvedeno porovnání celkových nákladů na provoz větrání. V grafu jsou rovněž uvedeny náklady na člena domácnosti za měsíc. Analýzy předpokládají lokální větrání, buď podtlakové, nebo rovnotlaké s větrací jednotkou. Výsledky platí pro trvalé větrání s intenzitou 0,3 a 0,5 h–1, definovaný režim nárazového větrání (tab. 2) a teplotní faktor ZZT 0 % (podtlakové větrání), 50 a 80 % (rovnotlaké větrání). Větrání kuchyně je podtlakové s odsávacím zákrytem nad vařičem. Ventilátory pracují s měrným příkonem SFP = 1 000 (podtlakové ventilátory Δpc = 100 Pa a ηvent = 0,1 %, ventilátor jednotky rovnotlakého systému Δpc = 200 Pa a ηvent = 20 %). Větrání kuchyně je podtlakové s odsávacím zákrytem nad vařičem.
Z obr. 3 je vidět, jakým způsobem se podílejí jednotlivé složky na celkových nákladech na větrání. U podtlakového systému (ZZT 0 %) je podstatná část nákladů spojena s ohřevem venkovního vzduchu. Naproti tomu u rovnotlakých systémů (případy ZZT 50 % a ZZT 80 %) hraje výraznou roli spotřeba elektrické energie ventilátorů. Je nutné zmínit, že veškerý příkon přívodního ventilátoru se přemění na teplo, v zimním období tedy bude ventilátor přiváděný vzduch dohřívat. Z energetického pohledu se však jedná o nevýhodný elektrický ohřev vzduchu. Výsledky zohledňují tuto skutečnost, nicméně cena elektrické energie je v uvedených analýzách výrazně vyšší než cena tepla a rozdíly ve výsledcích (bez ohledu na to, či počítáme s dohříváním vzduchu, nebo nepočítáme) se příliš neprojeví.
Obr. 3 Grafické porovnání nákladů na větrání při trvalém a nárazovém větrání bytu
Interpretace výsledků
Z uvedených důvodů je vhodné věnovat pozornost i spotřebě energie pro pohon ventilátorů. Zejména u rovnotlakých systémů se ZZT může tato položka představovat podstatnou část nákladů. Výrobci malých větracích jednotek se často chlubí vysokým teplotním faktorem ZZT (často 90 % a vyšším), ovšem o důsledcích v podobě nutně vyšších celkových dopravních tlaků ventilátorů se zmiňuje málokterý z nich, nemluvě o jejich relativně nízkých účinnostech.
Krátkodobé nárazové větrání hygienického zázemí (WC a koupelna) nezpůsobuje v celkové bilanci, ať už se jedná o podtlakové, či rovnotlaké větrání, výrazné rozdíly. Ty mohou být způsobeny nárazovým podtlakovým větráním kuchyně, které značně závisí na době provozu odsávacího zákrytu. Případné úspory lze dosáhnout instalací cirkulačního zákrytu, jehož použití se však spíše nedoporučuje, nicméně je přípustné při trvalém odvodu vzduchu z kuchyně (v pasivních domech).
Pro modelový byt o ploše 75 m2 obývaný čtyřčlennou rodinou činí celkové náklady na větrání 40 až 89 Kč/osobu za měsíc při intenzitě větrání 0,3 h–1; respektive 61 až 144 Kč/osobu za měsíc při intenzitě větrání 0,5 h–1. Provoz podtlakového větrání je z hlediska spotřeby energie náročnější než rovnotlaké systémy, nicméně uvedené náklady nezahrnují položky související s údržbou a servisem zařízení (výměna filtru, ložisek, čištění výměníku ZZT apod.).
Závěr
Příspěvek hodnotí potřebu energie pro provoz větracího zařízení při trvalém a nárazovém větrání na příkladu typického bytu. Výsledky jsou prezentovány ve formě nákladů na větrání při definovaných cenách za energii pro byt o velikosti 75 m2 obývaný dvěma dospělými osobami a dvěma dětmi. Z výsledků je především zřejmé, že v případě použití ZZT s teplotním faktorem (účinností) 80 % se nedosáhne 80% úspory energie, jak si mnoho lidí běžně myslí. Průměrný teplotní faktor ZZT během roku je ve skutečnosti nižší než udává výrobce, neboť v zimním období při teplotách pod nulou dochází čas od času k odmrazování výměníku. Při výběru rovnotlakého systému se doporučuje věnovat pozornost i parametrům ventilátorů, neboť se výrazně podílejí na provozních nákladech. Výsledky prezentované v tomto článku platí pro konkrétní zadané podmínky a aktuální průměrné ceny energie. Výsledky nezahrnují tepelné zisky prostoru, proto nejsou zcela relevantní pro pasivní budovy.
V analýzách nejsou zohledněny investiční náklady a náklady spojené s údržbou zařízení. Malá rekuperační jednotka stojí přibližně 40 000 Kč, k tomu je potřeba připočítat náklady na rozvody a distribuci vzduchu. Ventilátor pro trvalé podtlakové větrání však rovněž není levnou záležitostí (cca 6 000 Kč/kus).
Kvalitní přívodní otvor vybavený tlumičem hluku, případně filtrem, vyjde na 2 500 Kč. Uvedené částky slouží pouze pro orientaci a záleží na konkrétním řešení větrání a zvoleném výrobci.
Zda jsou prezentované náklady na vytvoření vyšší kvality vzduchu v obytném prostředí vysoké, je třeba nechat na názoru čtenáře. Zatímco za energii platíme penězi, za znehodnocené prostředí platíme vlastním zdravím.
Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D., Ing. Michal Duška, Ph.D.
Obrázky: autoři
Foto: Dano Veselský
Autoři působí v Ústavu techniky prostředí Fakulty strojní ČVUT v Praze.
Recenzoval: prof. Ing. František Drkal, CSc.
Literatura
1. Morávek, P.: Nové systémy řízení větrání obytných budov a jeho výpočtový model. Výměna vzduchu v interiéru budov v našich a mezinárodních předpisech. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2003.
2. Jokl, V. M.: Optimální a přípustné mikroklimatické podmínky pro obytné prostředí. Směrnice STP-OS 04/č.1-2005. Příloha časopisu Vytápění, větrání, instalace, 2005, roč. 14, č. 2.
3. Zmrhal, V. – Duška, M.: Potřeba energie pro větrání obytných budov. In: Sborník semináře Nové požadavky na větrání obytných budov. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2011.
4. ČSN EN 15665 Větrání budov – Stanovení výkonových kritérií pro větrací systémy obytných budov. Praha: Úřad pro normalizaci, měření a státní zkušebnictví, 2009.
5. Český statistický úřad. Domovské stránky, dostupné z <http://www.cszu.cz>, 2011.
Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.
