Požadavky na větrání obytných budov, snižování elektrické energie a systémy větrání

Mezinárodní centrum pro energeticky efektivní větrání AIVC (Air Infiltrarion and Ventilation Centre) vytvořilo program „s téměř nulovou spotřebou energie“ v němž většina Evropských zemí přijala plán, kde se tyto země zavazují při výstavbě nových budov od roku 2019 stavět tímto programem, který je rovněž prezentován jako program 20-20-20. To znamená, že do roku 2020 se sníží spotřeba energie v budovách o 20 %, dále 20% snížení emise skleníkových plynů a 20% zvýšení podílu obnovitelných zdrojů energie v porovnání s rokem 1990.

Větrání obytných budov u nás není ošetřeno žádným předpisem (na rozdíl od pracovišť, škol atd. – viz též str. 20 – pozn. red). Vzduch má sice jen malou tepelnou kapacitu (množství tepla potřebné k jeho ohřátí je malé, cca 1,2kJ/kg.K), ale objemy vzduchu v budovách jsou velké. Lze říct, že v dobře tepelně izolovaných domech může být ztráta větráním jednou z nejvýznamnějších tepelných ztrát. Jak je velká tato ztráta, závisí jednak na tom, kolik vzduchu vyměňujeme, a také na tom, jakým způsobem se výměna děje. Aspekty jako průtok vzduchu, hluk, spotřeba energie atd. jsou zásadní pro nový typ větracích systémů. Zkušenosti z mnoha zemí ukazují, že je často velký rozdíl mezi navrhovanými parametry a skutečností v provozu. Na druhé straně existují příklady, které dokládají, že lze dosáhnout vynikajícího souladu.  

Způsoby výměny vzduchu

Přirozené větrání

U starších budov je zajištěno samovolnou infiltrací netěsností oken a dveří. V tomto případě je nepravděpodobné, že přirozené větrání tímto způsobem zajistí požadovanou výměnu vzduchu. U starých oken je výměna zpravidla větší, než je třeba, a nová, zatěsněná okna požadovanou hodnotu výměny vzduchu nezajistí.

Nucené větrání

Zajišťuje vhodný ventilátor, kde jeho výhodou je víceméně konstantní výměna vzduchu, nezávislá na rozdílu teplot. Umožňuje přivádět do místnosti právě tolik čerstvého vzduchu, kolik je potřeba. Nevýhodou u tohoto typu větrání je instalace rozvodů, spotřeb elektrické energie a pochopitelně investiční náklady.

Nucené větrání s rekuperací tepla

Pokud mezi proud vzduchu odcházejícího z budovy a proud vzduchu nasávaného do budovy vložíme vhodný výměník tepla, můžeme větší část z odpadního vzduchu získat zpět (rekuperovat) a ohřát s ním vzduch přisávaný. Zpravidla se používá deskový výměník, který je vyroben z plastových desek s distančními vložkami, skrz který proudí odcházející a nasávaný vzduch a předává si teplo. K tomuto proudění vzduchu je zapotřebí správného výběru ventilátorů s minimální spotřebou a maximální účinností. Pro tyto účely přichází na trh energeticky úsporné motory s řízením otáček, tzv. EC motory.

U systému větrání s rekuperací se v jednotkách dříve používaly především AC radiální ventilátory. Vzhledem ke zvýšené spotřebě elektrické energie v posledních letech a snaze o úsporu provozních nákladů a energie firma ebm-papst vyvinula novou generaci energeticky úsporných motorů, které jsou mechanicky plně kompatibilní se stávajícími AC motory. Tyto ventilátory s elektronicky komutovaným motorem (EC motorem) lze použít například s novým oběžným plastovým kolem RadiCal nebo radiálním kolem s dopředu zahnutými lopatkami. Výhodou těchto EC ventilátorů je především nízká spotřeba elektrické energie a plynulá regulace ventilátoru. Není zde zapotřebí dalších externích prvků určených k regulaci, jako je například frekvenční měnič atd. Jednou z výhod EC ventilátorů je jejich schopnost pracovat i při velmi nízkých otáčkách s vysokou účinností a delší životnost díky nižší teplotě ve vinutí motorů (obr. 1).

Obr. 1 Radiální ventilátor se zahnutými lopatkami dopředu bez spirální skříně a se spirální skříní

Díky rekuperaci a EBM-papst EC motorům je úspora nákladů až 90 %, omezení nebo vylou­čení vzniku plísní, přívod dokonale filtrovaného vzduchu, využití tepelných zisků z prostoru bytu pro předehřev větracího vzduchu. V letním období lze prostory bytu chladit (až o 18 °C) a v zimním období lze vzduch předehřívat (až o 20 °C). Další výhodou je radikální snížení spotřeby elektrické energie, tento trend je v poslední době podnětem k vývoji nových, lepších a úspornějších rekuperačních jednotek u mnoha výrobních firem v Evropě. EC motory od firmy ebm-papst tento požadavek splňují ve všech směrech.

Centrální podtlakové větrání s plynulou regulací průtoku vzduchu

Tento systém je ve starších bytových domech nejrozšířenější. Vzduch se odvádí z míst se vznikem škodlivin, jako je vodní pára, tedy z koupelen, WC a kuchyní. Do společného odvodního potrubí proudí vzduch přes mřížky nebo vyústky, někdy regulovatelné. Na konci potrubí, nejčastěji na střeše, je umístěn společný odsávací ventilátor. Tento systém lze s úpravami zanechat pro větrání hygienických místností, pro kuchyně je však vhodné v jednotlivých bytech doplnění odsávacích zákrytů s ventilátory.

Ventilátory bývaly dříve výrazným zdrojem hluku, a z tohoto důvodu byly i násilně vyřazovány z provozu. U nástřešních ventilátorů ho však lze vhodně odstranit regulací jejich výkonu – aktuální průtok vzduchu, který určuje hlučnost systému, se odvíjí od požadavku jednotlivých uživatelů na větrání, což má v běžných podmínkách za následek průměrně poloviční vzduchový výkon a tím výrazně snížené otáčky ventilátoru. Vhodným řešením je použití ventilátoru s plynulou regulací otáček s udržováním konstantního tlaku (tedy podtlaku) v potrubí (obr. 2).

Obr. 2 Nástřešní ventilátor s tlumičem a tlumicí hlavicí

Kromě standardního řešení regulace s frekvenčním měničem se nabízí elegantnější řešení ventilátorů s EC (elektronicky komutovanými) motory (obr. 3), které mají řídicí elektroniku integrovanou přímo v motoru ventilátoru, takže odpadá jak externí frekvenční měnič, tak externí regulátor a připojí se pouze snímač fyzikální veličiny, podle kterého se řídí otáčky ventilátoru. Regulovatelnost otáček je v plném rozsahu ventilátoru, tedy od 0 do 100 %, což u ventilátorů s frekvenčními měniči také není běžné. EC motory obecně vykazují vyšší účinnost než AC motory.

Obr. 3 Oběžné kolo ventilátoru RadiCal

Regulace u těchto EC úsporných motorů se provádí pomocí analogového vstupu 0-10 V DC nebo digitálního vstupu PWM. Další možností regulace u náročnějších aplikací je řízení pomocí protokolu ModBUS. U tohoto protokolu lze zapojit až 247 ventilátorů jako jeden systém. Při vývoji a konstrukci těchto chytrých motorů se myslelo i na bezpečnost. Součástí ochrany jsou například 2 termočidla, která vypnou při přehřátí motoru.

Jedno teplotní čidlo je umístěno ve vinutí a druhé hlídá komutační elektroniku. Dalšími prvky ochrany jsou například detekce výpadku fáze, ochrana proti přepólování nebo zaseknutí rotoru nebo pulsní výstup na sledování otáček. Na základě této informace můžeme bezpečně chladit jiná externí zařízení, která jsou několikanásobně dražší než ventilátor samotný.

Princip EC motoru

Ventilátory se stejnosměrnými motory s elektronickou komutací jsou napájeny běžným síťovým napětím, podle provedení 230 nebo 400 V. To je dále usměrněno a napájí motor ventilátoru. Vnější rotor motoru nese silné permanentní magnety s vysokým sycením, vnitřní statorové vinutí je napájené stejnosměrným proudem, vinutí jsou přepínána elektronicky. Průběh komutace je kontrolován elektronikou s Hallovou sondou. Stejnosměrné motory s elektronickou komutací mají díky svému principu a konstrukci nižší ztráty v železe, skluzové i v mědi, než konvenční asynchronní motory. 0becně EC motory dosahují účinnosti až 95 % při nejvyšších otáčkách a ani v regulačním režimu účinnost neklesá pod 60 %. Podle pracovního bodu je možno ušetřit běžně 50 % energie.  

Foto: EBM-Papst

Martin Stejskal
Autor je obchodně – technický zástupce společnosti EBM-Papst.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.