Stavíme energeticky úsporný dům (XI) - Ohřev TUV: nejdříve úspory a potom solár

A. Informace pro laickou veřejnost

Úvod
Jestliže dříve existoval (a mnohde stále ještě existuje) roční podíl tepla pro přípravu TUV na teplu pro vytápění kolem 15 %, u nízkoenergetických domů se dostáváme třeba na 50 %. Zde se ale teplo ušetřilo na zateplení stávajícího domu nebo lepšími tepelně izolačními vlastnostmi nového domu. Jeho množství se rapidně snížilo, úspory nabíhají, pocit tepelné pohody však zůstal nedotčen.

Aktuálně k terminologii: Správná nová terminologie je teplá voda, ohřívání vody nebo příprava teplé vody. Dříve používaný termín TUV, teplá užitková voda již neodpovídá legislativě a požadavkům.

U TUV nejdříve úspory
Pokud jsme si již "vyřešili teplo", zbývá nám řešit druhou položku v pořadí energetické náročnosti domu a to přípravu TUV. Množství placené energie by se dalo uspořit sluneční energií, ale také prostou fyzickou úsporou TUV. S teplem šetříme i vodné a stočné, které může se suchými roky narůstat. Musíme postupovat ekonomicky. Začneme nejdříve s úsporami u stávajícího stavu (intenzifikace). Ty jsou finančně lacinější než nový solární systém. Jak to ale udělat, abychom si nesnížili požadované účinky působení TUV? Technické řešení bude vycházet z těchto základních opatření:

úspora objemu TUV a s ním i tepla bez změny životních návyků úspora objemu TUV a s ním i tepla změnou životních návyků

Ad 1)
Snižování objemové spotřeby TUV bez změny životních návyků a aniž by se snížily její účinky lze lacino řešit okamžitou opravou všech kapajících výtoků. Přestože se nám může zdát, že kape studená voda, může ve skutečnosti kapat "teplá". Ta pomalým průtokem v potrubí vychladne na pokojovou teplotu. Přitom z ohřívače vstupuje do potrubí ohřátá třeba na 60 °C. Vodoměr toto množství nezaznamená, termostat zapínající zdroj ohřevu však ano. Krásně to vystihuje jedno přísloví: kapičky dělají hrníčky, hrníčky dělají kbelíčky, kbelíčky dělají rybníčky.

Mezi laciné zásahy šetřící TUV patří použití perlátorů (provzdušněný proud) u dřezů a umyvadel např. při mytí nádobí i rukou pod tekoucí vodou (vyžadují dostatečný tlak vody). Dalším řešením jsou úsporné sprchové hlavice.

Velkou ztrátou vody i tepla je doba mixování TUV u výtokové baterie. Kolik jí odteče bez užitku, než se podaří namixovat právě tu potřebnou teplotu! Nejprve otevřeme výtok TUV a čekáme na její přítok. Potom otevřeme výtok studené vody (v potrubí je 20 °C), namixujeme teplotu a už se myjeme. Po chvíli doteče studená voda z přípojky (10 °C) a namixovanou teplotu trochu srazí. Pokud již končíme mytí, nemá význam zvyšovat přítok teplé vody, pokud ne, upravíme teplotu TUV na definitivní hodnotu až do konce jejího používání.

Horší to je při činnosti, kdy máme na mixování volnou jen jednu ruku. Otevřeme nejdříve nikoliv studenou, ale teplou vodu (dříve přiteče) a namixujeme výstupní teplotu. Při skončení uzavřeme nejprve teplou vodu (už šetříme) a poté studenou, nikoliv opačně! A kolikrát za celý rok mixujeme? U rodin s matkou a dětmi doma to jsou tisíce neproduktivních mixování. Decilitry (i litry) úspor TUV na jednu činnost mohou za rok ušetřit kubíky TUV.

Problém ručního mixování lze částečně řešit použitím pákové baterie, kde si již navykneme na takovou určitou levou polohu páky, při které "přiteče" TUV bez nebezpečí opaření. Navykněme si při průtočném mytí nádobí (když už to musí být) alespoň několikrát za tuto činnost pákovou baterii zavřít, připravit další hrnce a opět baterii otevřít. TUV je už namixovaná, je okamžitě k dispozici. Zde se také nabízí prostor pro inovaci těchto baterií. Krátká páka velmi obtížně umožňuje volit plynulou velikost výtoku, většinou se děje skokově. Delší páka by umožnila jemnější volbu velikosti a další možnosti úspor TUV.

Ideálním řešením je lokální použití termostatických baterií v celém bytě např. jejich nákupem po etapách. Po nastavení bezpečné teploty na těle baterie (TUV ještě neteče!) si teprve můžeme pustit jedinou rukojetí průtok vody. Okamžitě(!) se můžeme mýt ve vodě o pokojové teplotě z potrubí a nemusíme mít strach, že přiteklá TUV z ohřívače nás opaří. Termostat v baterii nás bezpečně ochrání. Přitom u každé baterie si můžeme kdykoliv nastavit různou teplotu. Perlátory u pákových i termostatických baterií by měly být samozřejmostí.

Další větší úpravou je přemístění ohřívače TUV např. ze sklepa do největší blízkosti koupelny, event. přímo do koupelny, tj. do centra (těžiště) spotřeby nejen pro mytí těla, praní prádla, ale i nádobí (dřez by měl být za stěnou koupelny). Placené teplo zůstává po uzavření výtoku v podobě nevyužité TUV v potrubí. Čím je potrubí kratší, tím je ho méně a ztráty za celý rok jsou také menší. Koupelna se dnes stává i s obývacím pokojem vizitkou bytu a architekti ohřívač TUV v této místnosti nechtějí. Přitom se dá tak jednoduše zakomponovat např. do makety skříně.

Snižování teploty TUV se nesmí dít v ohřívači. Tam se musí teploty min. 60 °C dosáhnout kvůli odstranění výskytu bakterií Legionella vždy. Pokud by tato teplota vstupovala do potrubí, na jejím konci bychom ji stejně razantně snížili. Po skončení odběru TUV teplo z potrubí mizí (v zimě nám pomáhá "přitápět" dům, v létě je to ztráta). Proto do potrubí TUV již nemusí o této teplotě vstupovat! Za ohřívačem se zapojí centrální termostatický ventil, jehož výstupní teplotu nastavíme stejnou pro celý byt, např. 50 °C (rozhoduje teplota pro mytí nádobí). U výtoků se nemusíme bát opaření, kdo si zvykne na začátek mytí s "TUV" o pokojové teplotě s postupným narůstáním teploty na nastavenou hodnotu, okamžitě šetří vodu i fyzicky. Vzniká však určitý rozpor s použitím termostatických baterií. Mohou se použít a nastavit např. v koupelně na 30 - 35 °C, ale jejich hlavní bezpečnostní funkce je v pořadí již druhá. Nemůže se na nich ani krátkodobě upravovat teplota vyšší, než je na centrálním termostatickém ventilu.

Kdo by chtěl využívat výhod optoelektronických armatur, měl by si uvědomit, že pokud by chtěl maximálně šetřit TUV, měl by ji mít k dispozici "hned za armaturou" tj. aby přitekla téměř okamžitě. To lze řešit centrálně sníženou teplotou TUV a použitím nucené cirkulace, ale u rodinných domů se s ní nebudeme zabývat. Existují jednodušší řešení, např. pro dvě vzdálené koupelny dva ohřívače TUV nebo jeden ohřívač pro koupelnu a druhý pro vzdálenější kuchyň.

Ad 2)
Snížení objemové spotřeby TUV, aniž bychom pocítili její snížené blahodárné účinky, lze řešit i změnou životních návyků, což je samozřejmě obtížnější. Není prokázáno, že by obyvatelé z méně vybavených bytů méně dbali na hygienu. Vysoká spotřeba TUV zjevně vychází ze snadné dostupnosti a z toho vyplývající pohodlnosti. Jak snadné jsou činnosti při protékající TUV? A není neprováděné krátkodobé uzavírání TUV způsobeno právě jejím zdlouhavým mixováním u klasických baterií?

Udělejme si takový pokus: popišme si slovně různé použití TUV. Dospějeme vždy ke stejnému závěru. Na jedné straně jsou činnosti, kdy TUV aktivně využíváme, a na druhé činnosti, kdy musíme provést úkon, při kterém TUV nepotřebujeme. A to je právě ten moment, kdy vědomě "přivřeme oči" (většinou už ani ne) a ze zvyku necháme TUV odtékat bez užitku s placeným teplem a vodným a stočným do kanalizace. Nechce se nám ji totiž zavírat, někdy i namydlenou rukou a znovu mixovat. Patří sem hlavně mytí rukou, čištění zubů, mytí vlasů, holení, sprchování těla, přepírání drobného prádla, mytí nádobí atd. Je pravda, že se nemyjeme ve "vlastní špíně", ale řada úsporných možností existuje. Mezi mnohé např. patří: předmytí špinavých rukou ve studené vodě, používání jednorázových rukavic na špinavou práci, používání kelímků na čištění zubů nebo holení, odmočení drobného prádla, ranní sprchování vlahou nebo studenou vodou je zdravější než teplou (tu si můžeme nechat před spaním) atd.

Určitou ukázkou zaběhlého stereotypu je použití velmi malého množství TUV. Ze zvyku otevíráme nejdříve levou rukojeť baterie, okamžitě se krátce myjeme vodou "studenou" resp. původní teplou, vychladlou v potrubí na pokojovou teplotu a než stačí přitéci skutečná teplá voda, rukojeť zavíráme a odcházíme. Přitom do potrubí vtekla teplá voda o teplotě 60 °C, kterou jsme nevyužili a přesto za ni platíme. Navykněme se krátkodobě mýt jen otevřením pravé rukojeti baterie "studenou vodou" o pokojové teplotě! Výsledek je stejný a při stovkách těchto způsobů za rok lze TUV opět značně šetřit.

Zkouškou energetické rozumové vyspělosti je rozhodování, kdy se ve vaně vykoupat a kdy se v ní jen osprchovat. Jestliže do vany napustíme 70 - 130 l TUV, na sprchování nám stačí 50 - 60 l. Přestože je rozhodování jednoznačné, v tomto případě ho přenecháme uživateli. Mnohdy vznikají takové životní situace, kdy se musíme řídit časem a ne sníženou potřebou TUV s úsporami za každou cenu. Z výše uvedeného pohledu se rohové vany jeví jako zbytečný přepych. Kdo nechce vanu a chce jen sprchový kout, nabízejí se již sprchové vaničky s malým sedátkem a prostorem pro napuštění vody alespoň pro nohy. Kdo chce, může si v koupelně realizovat vanu i sprchový kout a používat je úsporně podle potřeby.

Energetická výchova
Všechny výše uvedené návrhy lze postupně fyzicky realizovat a současně vychovávat (předpokládáme, že tuto starost přebírá v bytě muž) děti a mnohdy i manželku. Proč by muž nemohl k perfektním znalostem úsporného provozu svého auta (nebo firmy) připojit i perfektní znalost celého energetického hospodářství svého bytu nebo domu? Náklady na paliva, energii, vodné a stočné stále plíživě rostou (jako u benzinu a nafty) a snižují životní úroveň rodiny. Po loňském suchém létu nelze vyloučit, že z pitné vody se stane stejná strategická surovina jako energie.

Teprve nyní sluneční energie
Kdo již plně ovládá záludnosti úsporného používání TUV a chce dále šetřit, může se začít zajímat o sluneční energii. Úmyslně používáme nejprve slovo zajímat a ne hned realizovat. Solární systém nám nezajistí stoprocentní odpojení od používaného paliva nebo energie, ale pouze určitou roční úsporu, matematicky spočitatelnou návratnost, ale až po vyřešení našich dalších konkrétních problémů:

musí se se solárním systémem provést rekonstrukce stávající přípravy TUV nebo je na ni ještě dost času? kam umístit nový solární ohřívač? není lepší opravit nejdříve střechu (vyměnit okna)? nezapadají kolektory v zimě sněhem? lze kolektory umístit v předstihu na terénu a na střechu je přemístit až po její pozdější opravě? vyplatí se to v našem věku, počtu osob v domě (jsme jen dva), co když děti za pár let z domova odejdou do světa? nebudeme nejprve "zvedat" střechu pro nový byt dorůstajícího dítěte? je naše používané palivo (energie) sluneční energií nahraditelné lépe nebo hůře nebo mu nemůže sluneční energie konkurovat? máme vhodnou ničím nestíněnou orientaci i sklon střechy? když jezdíme na víkendy na chalupu a s dětmi na celé prázdniny ven, vyplatí se to? můžeme získat státní podporu? která firma, odkud a za kolik vše zrealizuje? Atd. atd.

Přestože se sluneční energie začala u nás využívat od konce sedmdesátých let minulého století, stále v ní nejsme "zběhlí" jako v problematice topení, elektřiny, provozu auta. Shánění informací a zkušeností trvá déle, rozhodování také.

Po čase: ... solární systém se podařilo úspěšně zrealizovat ...

Používání TUV ze solárního systému
TUV bychom měli šetřit (a úspěšně to jde) i se solárním systémem. Vyžaduje to ale také určité změny životních návyků:

velkou spotřebu TUV (velké prádlo, úklid, malování bytu, koupání ve vaně atd.) plánovat pokud možno na dny se slunečním svitem, kdy již musíme pečlivěji sledovat předpověď počasí větší odběr TUV uskutečnit po poledni, aby se do večera stačila akumulovat další část sluneční energie s větší účinností v době bez slunečního svitu využívat TUV z původního zdroje v omezeném množství např. sprchování místo koupání ve vaně cenově optimální solární systém vyžaduje "jednodenní" ohřívač TUV (maximálně s jednodenní akumulací - každé ráno by měl být ohřívač "studený" a připravený pro novou akumulaci sluneční energie). V tom případě je schopen ušetřit cca 2/3 původních ročních nákladů na TUV - zbylá 1/3 je "oblačné počasí". Pokud bychom chtěli úspory např. o 10 % vyšší, pořizovací náklady by stouply ještě více.

B. Informace pro zkušenou veřejnost

Speciálnější "solární problémy"
Na všechny zajímavosti kolem využívání sluneční energie uveřejněný článek nestačí. Na dvou grafech si alespoň ukážeme závislosti dopadajícího globálního slunečního záření na různé varianty pevných a pohyblivých ploch.

Obr. 1 - Průběh intenzit dopadajícího globálního
slunečního záření na různé polohy plochy ve W/m²
(Praha, 30. červen, Z = 3).

Popis poloh a teoretická denní bilance dopadlého záření:

A - horizontální rovina	8,75 kWh/m2
B - jih, sklon 30°	8,86 kWh/m2
C - jih, vertikální rovina	3,17 kWh/m2
D - otočná za Sluncem, pevný sklon 30°	12,38 kWh/m2
E - normálová, celý den kolmá na Slunce	13,45 kWh/m2
F - jih, úprava sklonu dle funkce*)	7,80 kWh/m2
G - jih, optimální úprava sklonu**)	?,??

^*) V každý denní okamžik sklon roven rozdílu 90° minus úhel Slunce nad obzorem
^**) V každý denní okamžik takový sklon, aby úhel dopadu byl optimální (východ a západ Slunce je např. horizontální rovina, v poledne kolmo na Slunce). Proti křivce F se více "rozevírá". Výpočet této polohy nebyl počítačově zpracován.

Praxe potvrzuje již dříve vyslovenou předpověď. Prof. O. O. Seraphin z USA na 1. mezinárodní konferenci Aplikovaná optika pro sluneční energii v Kroměříži v roce 1984 uvedl: "budoucnost mají pevné ploché zasklené sluneční kolektory se spektrálně selektivní vrstvou".

Obr. 2 - Průběh intenzit dopadajícího globálního slunečního záření na otočnou
plochu za Sluncem (označení D v obr. 1) s různými pevnými sklony ve W/m²
(Praha, 20. červen, Z = 3).

Zhruba od 8 do 17 hodin dopadá "vyrovnané množství" sluneční energie na plochu se sklonem cca 50 - 60°. Pro každý měsíc jsou výsledky různé.

V grafech je uveden pouze teoretický dopad slunečního záření na plochu = kolektor. Neméně důležité jsou optickoenergetické vlastnosti (účinnost) použitého kolektoru, energetické schopnosti solárního systému včetně vazby na stabilní zdroj přípravy TUV, způsob jeho ročního využívání a optimální časový průběh odběru TUV. O tom zase někdy příště.

Literatura:
1. J. Peterka, Úspory tepla i vody, Alternativní energie 1 a 2/1998
2. J. Peterka, J. Svoboda, Počítačový program SLEN 3, Výpočet okamžitých hodnot a bilancí dopadající energie slunečního záření na obecnou plochu v prostoru, 1980 - 83