Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Hospodárné využití paliv a energií pro vytápění

V průmyslově vyspělých státech Evropy se 30 až 50 % celkové spotřeby energie využívá pro vytápění obytných a pracovních místností. Hlavním účelem vytápění budov je zajištění tepelné pohody, tj. udržení teploty těla na úrovni 37 °C. Spotřebu energie je možno snížit především energeticky úsporným řešením budov a individuálně voleným oblečením osob. Pro úsporné řešení budov platí základní pravidlo:
Nejdříve vyřešit klimaticky vhodnou stavbu a potom budovu optimálně vytápět.

Energeticky úsporná řešení budov předpokládají:

  • optimální skladbu materiálů obvodových stěn objektu,
  • omezení zasklených fasádových ploch na minimum,
  • zamezení nadměrné infiltrace vzduchu

1. Vlivy působící na teplotu ve vytápěném objektu

Na teplotu ve vytápěných místnostech působí vlivy, jejichž intezita je závislá na místních klimatických podmínkách, kvalitě a druhu stavby (samostatný rodinný dům, řadový dům, byt ve společném domě), způsobu vytápění (lokální, centrální, dálkové), charakteru vytápění (trvalé, občasné), vybavení místností zdroji tepla a četnosti jejich používání.

Zdroje tepla a tepelné ztráty, které v ustáleném stavu ovlivňují teplotu v místnostech vytápěného objektu, jsou:
Zdroje tepla:

  • topná tělesa
  • sluneční svit
  • sporák
  • pračka, sušička
  • lednička
  • zdroj teplé užitkové vody
  • televize, radiopřijímač, počítač aj.
  • osvětlení
  • tělesné teplo osob, případně zvířat

Tepelné ztráty:

  • prostup tepla obodovými stěnami, podlahou, stropem
  • prostup tepla okny, dveřmi
  • infiltrace vzduchu okny, dveřmi
  • umělé větrání

Přínos tepelné energie přivedené osobami a elektrickými spotřebiči používanými v domácnostech není v celkové energetické bilanci vytápěných obytných budov zanedbatelnou položkou. Při měřeních prováděných firmou Philips v experimentálním domě v Aachen (SRN) bylo zjištěno, že tepelná energie vyprodukovaná čtyřčlennou rodinou za vytápěcí období (říjen až květen) činí cca 1900 kWh. Za stejnou dobu činil přínos tepelné energie vzniklé činností běžných elektrických přístrojů používaných v domácnosti cca 1600 kWh.

2. Tepelná pohoda

Tepelná pohoda je definována jako individuální pocit spokojenosti s tepelným stavem prostředí. Je známým jevem, že různé osoby, které obývají stejnou místnost s určitou teplotou vzduchu, mají odlišné pocity tepelné pohody. Tepelná pohoda je závislá na následujících faktorech:

  • teplotě vzduchu v místnosti,
  • teplotě stěn místnosti,
  • relativní vlhkosti vzduchu,
  • rychlosti proudění vzduchu v místnosti.

Pro dodržení podmínek tepelné pohody platí tyto obecné zásady:

  1. Součet teploty vzduchu a stěn místnosti by se měl pohybovat v rozmezí 38 až 42 °C.
  2. Rozdíl mezi teplotou vzduchu a teplotou stěny místnosti by neměl přesahovat 6 °C.
  3. Relativní vlhkost vzduchu by měla být 30 až 50 %.
  4. Rychlost proudění vzduchu v místnosti by měla být nižší než 0,1 m.s-1.

Výměna tepla těla s okolím se uskutečňuje vedením, konvekcí, sáláním, vypařováním vlhkosti těla a dýcháním a její velikost ovlivňuje individuálně termoregulační centrum člověka. Pokud je přívod tepla nižší než je individuální výdej tepla dané osoby, vzniká pocit chladu a naopak. Výzkumy, prováděnými pro stanovení tepelné pohody vybrané skupiny osob, bylo prokázáno, že při teplotě vzduchu 20 °C v místnosti a při shodném oblečení bylo nejméně nespokojených (5 %). Při teplotě 26 °C bylo za stejných podmínek nespokojených 22 % osob z pocitu "příliš teplo". Při teplotě 18 °C bylo 12 % nespokojených z pocitu "trochu chladno". Je tedy velmi obtížné stanovit univerzálně platné hodnoty doporučených teplot v jednotlivých obytných místnostech. Docílení tepelné pohody u osob s rozdílným vnímáním stejné teploty je možno řešit jediným způsobem: Osoby s pocitem chladu se tepleji obléknou.

Podle údajů světové zdravotnické organizace jsou průměrné hodnoty teplot v obytných místnostech v ČR o 2 až 3 °C vyšší než jsou hodnoty doporučené touto organizací. Jedná se zřejmě o dlouholeté návyky obyvatel státních a družstevních bytů z dob, kdy náklady na vytápění byly nízké a navíc byly rozpočítávány podle obytné plochy, bez ohledu na skutečnou individuální spotřebu. U majitelů rodinných domků pak přežívají tyto návyky z období nízkých cen energií a paliv. V ČSN 73 0540 se předpokládá pro zimní období teplota vzduchu v obytných místnostech tv = 20 °C, při splnění podmínky, že teplota vzduchu + teplota povrchu vnitřních stěn = 38 °C. To znamená, že průměrná teplota vnitřních povrchů stěn obytných budov má být 18 °C.

Rozdílné teplotní návyky obyvatel různých států ilustruje např. anglická norma "British standard code of practice", která udává teploty v jednotlivých místnostech domu takto:

- obývací pokoj    15,5 až 20 °C,
- ložnice12,8 až 13,9 °C,
- kuchyně15,5 °C,
- koupelna12,8 až 13,9 °C

Vliv teploty v obytných místnostech na spotřebu plynu znázorňuje diagram na obr. 1, který udává závislost spotřeby zemního plynu staršího typu plynového kotle, jehož max. výkon je projektován pro venkovní teplotu -15 °C, na teplotě v obytných prostorech při různých venkovních teplotách.

Z diagramu na obr. 1 je vidět, že při snížení teploty ve vytápěném prostoru o 1 °C se sníží spotřeba plynu až o 6 %. Spotřeba plynu pro zvýšení teploty v místnosti o 1 °C je vyšší v oblasti nízkých výkonů kotle, tj. při vyšších venkovních teplotách, vlivem nízké účinnosti standardních kotlů při sníženém výkonu.

3. Roční stupeň využití plynového kotle

Jmenovitá účinnost plynového kotle, tj. účinnost při jmenovitém výkonu kotle, je definována vztahem

kde
Qh - množství tepla dodané palivem kotli za hodinu (příkon kotle) potřebné pro dosažení jmenovitého výkonu      (kJ.h-1)
Qsp - ztráty tepla spalinami za hodinu      (kJ.h-1)
Qst - ztráty tepla stěnami kotle za hodinu      (kJ.h-1)

Takto stanovená účinnost kotle není dostatečným ukazatelem hospodárnosti provozu kotle, nýbrž pouze měřítkem kvality jeho konstrukce. Vysoká jmenovitá účinnost ηjmen je samozřejmě základní podmínkou hospodárného provozu kotle, nikoliv však jeho zárukou. Shodné kotle vykazují v různých provozních podmínkách rozdílné parametry hospodárnosti provozu. Pro celkové posouzení úrovně hospodárnosti provozu kotlů byl zaveden pojem roční stupeň využití, který vedle jmenovité účinnosti kotle zahrnuje i vliv tzv. pohotovostních ztrát, tj. ztrát, které vznikají při regulačních přestávkách kotlů. U kotlů s atmosférickými hořáky a s regulací "max. výkon - 0" je tato ztráta způsobena chladnutím hmoty kotle a oběhové vody vlivem vzduchu nasávaného do kotle po dobu regulační přestávky tahem komína. U kotlů s blokovými hořáky je tato ztráta způsobena především provětráváním kotle před startem hořáku po provozní přestávce.

Velikost pohotovostních ztrát závisí na:

  • teplotě vody v kotli,
  • době trvání jednotlivých přestávek,
  • kvalitě tepelné izolace kotle,
  • velikosti teplosměnných ploch,
  • velikosti komínového tahu,
  • konstrukci přerušovače tahu,
  • použití spalinové klapky.

Základní vztah pro vyjádření ročního stupně využití energie je

Po vyčíslení hodnot jednotlivých energií a úpravě výše uvedeného vztahu je roční stupeň využití energie (%).

kde
ηjmen - jmenovitá účinnost kotle      (%)
bp - doba pohotovostních přestávek      (h.rok-1)
bT - roční počet hodin topení (provozu hořáku)      (h.rok-1)
qpz - bezrozměrný koeficient ztrát v době provozních přestávek, stanovený zkouškami pro jednotlivé typy kotlů a jejich provozní podmínky      (-)

Vyčíslení vztahu 2 je možno provést pouze při automatické registraci intervalů provozních přestávek bp a ročního počtu hodin topení bT. Tato rovnice má však především ukázat, že celková roční účinnost kotle je nižší než je hodnota jeho jmenovité účinnosti, kterou udává výrobce na štítku kotle a která je stanovená při optimálním seřízení kotle ve zkušebně. Hodnoty stupně využití jsou rozdílné nejen u kotlů různých typů a stáří, ale i u kotlů stejného typu, použitých pro vytápění v objektech s rozdílnými tepelnými ztrátami. Měřením bylo zjištěno, že roční stupně využití starších typů kotlů, jejichž výkon bývá navíc předimenzován oproti skutečným tepelným ztrátám vytápěného objektu, dosahují hodnot cca 30 až 50 %.

U nových typů kotlů s plynulou regulací výkonu a nízkými ztrátami tepla stěnami kotle a zejména u nízkoteplotních a kondenzačních kotlů jsou roční stupně využití podstatně vyšší. Pohotovostní ztráty plynových kotlů je možno snížit použitím spalinových klapek zabudovaných v odtahu spalin, které při provozních přestávkách brání úniku tepla z kotle uzavřením odtahu. V současné době se používají dva druhy spalinových klapek:

1. Termické klapky, které se používají u kotlů s atmosférickými hořáky. Princip jejich funkce spočívá v použití bimetalových částí, které se změnou teploty mění svou roztažnost a ovládají polohu klapky.

2. Klapky motorické, u nichž je poloha klapky ovládána elektrickým pohonem podle teploty v odtahu spalin. Tyto klapky je možno použít i u kotlů s blokovými hořáky a základní podmínkou jejich použití je elektrická vazba na provoz hořáku.

4. Desatero hospodárného vytápění objektů

1. Při stavbě nového objektu, případně při rekonstrukci vytápěcí soustavy, je nutno nejdříve vyřešit dokonalé zateplení objektu (stěn, stropu, podlahy, oken a dveří) a na základě objektivně stanovené velikosti tepelných ztrát zvolit druh a výkony vytápěcí soustavy (kotle, tepelného čerpadla, topidel, otopných těles). Jmenovitý výkon plynového kotle se v současné době doporučuje volit na úrovni cca 90 % max. hodnoty tepelných ztrát objektu. Při rozhodování o stupni zateplení objektu je nutno uvážit, že se jedná o vícegenerační investici, s jistotou návratnosti v úsporách paliva.

2. Při řešení nadměrné infiltrace vzduchu netěsnostmi oken a dveří jejich utěsněním je nutno zajistit minimálně 0,5 násobnou výměnu vzduchu ve vytápěných místnostech a relativní vlhkost vzduchu ve výši 30 až 50 %, případně instalovat řízené větrání s výměníkem tepla.

3. Místnosti objektu je nutno vytápět optimálně podle jejich účelu k vytvoření tepelné pohody, tj. nepřetápět. Optimální součet teplot vzduchu a vnitřního povrchu stěn trvale obývaných místností je 38 až 40 °C. Snížení teploty ve vytápěných místnostech o 1 °C představuje snížení spotřeby paliv až o 6 %.

4. Zvolit optimální systém regulace teploty v místnostech (prostorová regulace nebo ekvitermní regulace v kombinaci s termostatickými ventily).

5. Plynové kondenzační kotle zvyšují účinnost využití zemního plynu o 15 až 20 % oproti standardním kotlům. Při rozhodování o instalaci kondenzačního kotle je nutno zvážit cenové relace kondenzačních a standardních kotlů, dobu návratnosti této investice a záruky spolehlivosti celoročního kondenzačního provozu kotle.

6. Podle místních podmínek a finančních možností uživatele zvážit možnost vytápění s použitím tepelného čerpadla, případně v kombinaci s plynovým kotlem (bivalentní způsob vytápění).

7. Podlahové a stropní vytápěcí soustavy zvyšují oproti článkovým a deskovým tělesům rovnoměrnost teploty v místnostech a snižují spotřebu energie pro dosažení tepelné pohody. Při rozhodování o tomto způsobu vytápění je nutno vedle vyšších investic zvážit i spolehlivost provozu a životnost těchto soustav.

8. Při volbě způsobu vytápění zvážit také způsob ohřevu vody, tj. buď kotel s vestavěným ohřevem vody nebo průtokový případně zásobníkový ohřívač vody, a to podle počtu členů domácnosti a jejich hygienických návyků. Při velké denní spotřebě teplé vody i mimo vytápěcí období volit raději kombinaci kotle bez ohřevu vody se samostatným plynovým ohřívačem vody.

9. O hospodárném využití zemního plynu rozhoduje i příslušenství kotlů (způsob odvodu spalin, použití spalinových klapek), vybavení plynových topidel a průtokových ohřívačů vody elektronickým zapalováním plamene aj. Účinnost vytápění se snižuje zakrýváním radiátorů a topidel různými předměty (sušení prádla, odpařovače, nevhodné kryty apod.).

10. Zásadní vliv na hospodárnost provozu kotlů a topidel má jejich údržba. Před zahájením vytápěcího období je nezbytné provést kontrolu seřízení kotle a jeho topného systému, vyčištění teplosměnných ploch, kontrolu tahových poměrů, prověření funkce regulačních a bezpečnostních přístrojů a armatur. Tuto činnost je nutno svěřit servisní organizaci, přičemž vynaložené náklady se vrátí ve formě nižší spotřeby paliv.

 
 
Reklama