Řízené větrání s rekuperací tepla pro rodinné domy a byty

Větrací jednotky – rekuperace tepla, optimalizace vlhkosti. Mnoho ze současně budovaných a dokončených rodinných domů již odpovídá požadavkům pro energeticky úsporné domy (spotřeba energie max 70 kWh/m²/rok), některé splňují kritéria nízkonergetických (max 50 kWh/m²/rok) a pasivních domů (max 15 kWh/m²/rok). Těchto energetických požadavků může být dosaženo především obzvláště efektivní izolací plášťů budov a aplikací dvoj- nebo trosjklenných oken ve spojení s řízeným systémem větrání s rekuperací tepla, přičemž celkové snížení spotřeby energie na vytápění může být až o 90 % ve srovnání se starší zástavbou, kde spotřeba energie dosahuje až 250–300 kWh/m²/rok.

Základem každého systému řízeného větrání s rekuperací tepla jsou větrací „rekuperační“ jednotky. Srdcem každé větrací jednotky jsou pak výměníky tepla, zabezpečující rekuperaci tepla neboli zpětné získávání tepelné energie z odváděného vzduchu a jeho předávání zpět přiváděnému čerstvému vzduchu. Přenos tepla probíhá přes tenké membrány. Přitom v žádném případě, jak se ještě dnes mnozí mylně domnívají, nedochází k cirkulaci nebo promíchání vzduchu, do místností je vždy přiváděn čerstvý čistý vzduch. Rekuperace vrátí do objeku zpět teplo, které bychom ztratili větráním otevřeným oknem (obr. 1a, 1b).

Obr. 1a, b Větrací jednotky Zehnder jsou standardně vybavené křížovými protiproudými výměníky tepla s přenosem tepla přes tenké plastové membrány na principu protiprodu. Zajišťují rovnoměrnou výměnu odváděného znečištěného a přiváděného čerstvého vzduchu s rekuperací až 95 %.

Entalpické výměníky

Problémy s nízkou vlhkostí zvláště v zimním období, kdy klesá venkovní vlhkost pod 20 %, a sesychání dřevěných výrobků v interiéru odstraňují větrací jednotky vybavené entalpickým výměníkem. Entalpický výměník ve srovnání s výměníkem tepla dokáže předávat z odváděného vzduchu do přiváděného čerstvého vzduchu nejen teplo, ale taktéž vysoký podíl (až 60–70 %) vzdušné vlhkosti, a tak pasivně, bez dodatečné elektrické energie pomáhat optimalizovat relativní vlhkost vzduchu v rodinném domě. Entalpický výměník rovněž zvyšuje komfort větrání i v zimním období, neboť jednotka s entalpickým výměníkem může efektivně pracovat až do venkovní teploty ca. –10 °C bez nutnosti snižování výkonu vlivem rizika zamrzání výměníku. Díky tomu není ve většině míst ČR potřebná dodatečná protizámrzná ochrana, jako například zemní výměník tepla nebo elektrický předehřívač, zvyšující pořizovací náklady a náklady na elektrickou energii. Pro horské oblasti ČR jsou doporučovány větrací jednotky s entalpickým výměníkem i elektrickým předehřevem, pracující na 100% výkon až do –20–25°C (obr. 2).

Obr. 2a, 2b Entalpické výměníky Zehnder jsou díky inovativní konstrukci s polymerovými membránami snadno čistitelné propláchnutím nebo ponořením do vody, díky čemuž se mnohonásobně zvyšuje jejich životnost bez snižování účinnosti rekuperace. Speciální antibakteriální vrstva polymerové membrány Microban zabraňuje možnosti prostupu odváděných pachů, mikrobů a škodlivin a zachovává vysoce hygienické prostředí. Tyto výměníky nové generace jsou k dodání u všech větracích jednotek Zehnder ComfoAir s průtokem vzduchu 160, 200, 350 i 550 m3/h stejně jako dodatečně k dříve zakoupeným jednotkám se standardním výměníkem tepla.

Průtok vzduchu

Základním parametrem větrací jednotky je množství průtoku vzduchu. Pro konkrétní objekt se volí jednotka s průtokem vzduchu, stanoveným dle platných norem zejména v závislosti na jeho velikosti a počtu osob – uživatelů. Pro jednu místnost, například obývací pokoj, se navrhují decentrální větrací jednotky s průtokem vzduchu 100 m³/h, u kterých je přívod a odvod vzduchu přímo za jednotkou s tím, že dle výústky vzduchu na fasádě musí být od sebe vzdáleny min. 1,5 m. Pro jeden byt jsou určeny centrální větrací jednotky s průtokem vzduchu 150–200 m³/h a rozvodem vzduchu do jednotlivých místností. Pro rodinné domy se dle jejich velikosti hodí jednotky od 350 do 550 m³/h. Pro bytové domy a menší kancelářské nebo multifunkční objekty se využívají jednotky od 800 do 7 000 m³/hod pro interní nebo externí instalaci.

Účinnost větracích jednotek

Tato je dána účinností rekuperace ve výměníku tepla. Je zcela jistě stěžejním kritériem při volbě jednotky, neboť odděluje levné jednotky s účinností kolem 60–70 % a kvalitní produkty s účinností nad 90 %. Je nutné poznamenat, že výrobci mnohdy uvádějí účinnost, které nelze ve skutečnosti dosáhnout. Z tohoto důvodu jsou stále více vyhledávány větrací jednotky s certifikátem uznávaného institutu „Passivhaus Institut“, ve kterém je uvedena min. účinnost rekuperace větracích jednotek při vyváženém průtoku vzduchu. Další významnou součástí jednotek jsou ventilátory. Například větrací jednotky Zehnder využívají ventilátory se stejnosměrnými EC motory se snížením podílem tření, nízkou spotřebou elektrické energie a tichým chodem. O jejich hospodárnosti provozu nejlépe vypovídá údaj o energetické účinnosti, uvedený v certifikátu „Passivhaus Institut“ a například u jednotky ComfoAir 350 činí 0,29 Wh/m³ (max hranice pro získání tohoto certifkátu je 0,45 Wh/m³) (tab. 1).

Ovládání a ostatní příslušenství

Pro uživatele je samozřejmě velice důležité ovládání, které by mělo umožnit regulaci průtoku vzduchu a přitom by mělo být co nejjednodušší. U řízeného větrání lze zpravidla regulovat intenzitu větrání manuálně v několika úrovních větrání, automaticky dle denní doby, dle žádané hladiny CO2 nebo úrovně relativní vlhkosti vzduchu, dle teploty či jejich kombinací. Ovládací panel lze umístit například na zeď v obývacím pokoji, odkud bude komunikovat s větrací jednotkou (obr. 3). Kromě základních údajů jako datumu, času, nastavené teploty, průtoku vzduchu, nastaveného programu ventilace display ukazuje výzvy k provedení údržby, jako například k čištění nebo výměně filtrů, čištění ventilů. Dočasné nastavení větrací jednotky na nejvyšší úroveň větrání za účelem co nejrychlejšího odvětrání vlhkosti z koupelny po sprchování může být zajištěno pomocí rázového koupelnového spínače. Teplý odváděný vzduch je ve výměníku ochlazován přiváděným venkovním vzduchem. To způsobuje, že se ve výměníku sráží vlhkost odváděného vzduchu. Proto musí být jednotka napojena přes odpadní sifón na odvod kondenzátu. O čistotu vzduchu přiváděného do místností a o ochranu jednotky se starají filtry. V každé jednotce bývají 2 filtry, na přívodu vzduchu do jednotky a jemný filtr na odvodu vzduchu. Mezi další příslušenství jednotky patří montážní sokl pro postavení na zem (jednotky mohou být zpravidla rovněž zavěšeny), připojovací potrubí, předehřev vzduchu, tlumiče hluku a rozdělovače.

Obr. 3a, b Větrací systém Zehnder se řídí snadno obsluhovatelnou programovatelnou ovládací jednotkou CC Ease s digitálním displejem nebo jednotkou CC Luxe s dotykovým displejem. Umožňují regulovat intenzitu větrání manuálně ve 4 úrovních větrání, automaticky dle denní doby, dle žádané hladiny CO2 nebo úrovně relativní vlhkosti vzduchu, dle teploty či jejich kombinací. Po krátké instruktáži není pro uživatele žádný problém, aby si větrání reguloval pohodlně sám. Digitální panel CC Ease má tlačítkový panel, CC Luxe je ovládán pomocí dotykové obrazovky a umožňuje navíc řídit chladicí jednotku ComfoCool.

Chlazení

Ochlazený venkovní vzduch je velmi příjemný zejména v dusných letních dnech. Lze ho zajistit dvěma způsoby: buď zemním výměníkem, využívajícím konstantní teplotu zeminy k ochlazení nebo předehřátí vzduchu nebo chladicí jednotkou. V chladicí jednotce ComfoCool od firmy Zehnder je během letních teplých dnů přiváděný venkovní vzduch aktivně ochlazován a zvlhčován pomocí tepelného čerpadla. V boxu jednotky je integrován výparník, kompresor, kondenzátor a expanzní ventil. Nesmí se zapomenout na odvod kondenzátu. Chladicí jednotka se instaluje na větrací jednotku a je řízena stejným ovládáním jako větrací jednotka. Lze na něm nastavit požadovanou teplotu, k jejímuž dosažení se chladicí jednotka automaticky zapíná a vypíná. Oproti klimatizačním jednotkám má chladicí jednotka poměrně malý výkon 2,2 kW. Na druhou stranu společně s větrací jednotkou dodává do vnitřních prostor čerstvý ochlazený a odvlhčený vzduch bez nepříjemného průvanu a s minimální hlučností. V kombinaci s venkovním zastíněním oken zabezpečí vzduch v interiéru s teplotou o 6 až 8 °C nižší, než má venkovní horký vzduch, a představuje tak velice vhodné a dostatečné řešení pro rodinné domy a menší kancelářské objekty (obr. 5).

Obr. 5 Příklad chladicí jednotky Zehnder ComfoCool, instalované na větrací jednotku ComfoAir 550.

Ochrana proti mrazu

Větrací jednotky mívají zařízení zajišťující ochranu proti mrazu. Tento automatický ochranný systém dočasně sníží rychlost ventilátoru na přívodu, a tím omezí nebo dokonce na chvíli zastaví přívod venkovního vzduchu do jednotky, pokud existuje riziko námrazy v jednotce. Taková situace může nastat v případě mírných až prudkých mrazů v zimních měsících. Touto nevyváženou ventilací samozřejmě dochází k omezení komfortu vnitřního klimatu, proto existují následující možnosti, jak tomu předejít:

• použití zemního vzduchového výměníku,
• použítí zemního kapalinového výměníku,
• entalpickým výměníkem,
• elektrickým předehřívačem osazeným na vstup větrací jednotky.

Zemní výměníky tepla využívají relativně konstantní teplotu zeminy (od 8 °C v zimě až po 12 °C v létě) k předehřátí (v zimě) nebo ochlazení (v létě) přiváděného venkovního čerstvého vzduchu. Předehřátý vzduch v zimním období zvyšuje teplotu přiváděného čerstvého vzduchu do místností, čímž ještě více snižuje náklady na vytápění a také chrání větrací jednotku proti námraze. Můžeme volit ze dvou typů výměníků (obr. 7).

Obr. 7 Vzduchový zemní výměník od firmy Zehnder s paralelním vedením 3 trubek umožňuje čistění trubek a šetří náklady za kratší výkop, neboť díky paralelnímu vedení trubek má celkovou délku do max 15 m.

U vzduchového výměníku tepla je venkovní čerstvý vzduch nasáván do větrací jednotky přes potrubí o průměru ca. 110 mm v délce ca 40–50 m uložené ve hloubce min 1,2 m v zemi. Potrubí musí mít 2–3% sklon směrem k větrací jednotce, kde musí být zabezpečen odvod kondenzátu. Tento výměník tepla má poměrně malou účinnost ve vztahu s nemalými náklady na zemní výkopy. Zemní kapalinový výměník využívá k temperování přiváděného vzduchu zemní sondu nebo solankový kolektor – uzavřený okruh potrubí s nemrznoucí kapalinou v délce cca 60 m, uložený rovněž min v hloubce 1,2 m v zemi. Tepelná energie získaná solankou ze zeminy se využitím výměníku tepla, zapojeného před větrací jednotku, předává do nasávaného čerstvého vzduchu. Na jaře a na podzim, když má venkovní vzduch a země podobnou teplotu, je úspornější přiváděný vzduch netemperovat. Proto se čerpadlo solankového zemního výměníku aktivuje pouze v případě potřeby. Oproti vzduchovému zemnímu výměníku je kapalinový výměník efektivnější a cení se zejména pro ochlazení vzduchu v létě a ochranu jednotky proti námraze v zimním období (obr. 8).

Obr. 8 Kapalinový „solankový“ zemní výměník tepla Zehnder ComfoFond-L s délkou potrubí do 60 m. Díky jednoduché instalaci zemního výměníku před větrací jednotku je ideálním řešením pro zvýšení komfortu ochlazením vzduchu v létě a předehřátím vzduchu v zimě jak pro rodinné a bytové domy, tak i nemovitosti se spodní vodou.

Kompaktní větrací jednotky

V nabídce výrobců se objevují také menší jednotky s kompaktním tvarem pro větrání bytů až do velikosti obytné plochy 120 m². Nabízí mimořádně úsporné celkové řešení pro montáž komfortního větrání s rekuperací tepla v nových nebo rekonstruovaných bytech v bytových domech. Větrací jednotky mají zvlášť malé rozměry, a proto je lze vestavět do kuchyňské závěsné skříňky nebo výklenku ve stěně, kam se ukryjí i všechny ostatní komponenty – např. tlumič hluku, rozdělovač, připojovací box apod. Potrubí pro přívod venkovního čerstvého a odvod spotřebovaného vzduchu lze umístit nad kuchyňskou linku. Rozvod čerstvého vzduchu do jednotlivých pokojů a odvod vzduchu z WC a koupelny se umísťuje do podhledu předsíně nebo chodby.

Ing. Jiří Štekr
Autor je vedoucí zastoupení pro ČR a SR společnosti Zehnder Group ČR.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.