Vytápění, příprava TUV a větrání v rodinných domech

Úvod

V dnešní době je téměř nezbytností, resp. by mělo být samozřejmostí nejen stavět, ale i provozovat nízkoenergetické objekty a minimalizovat ztráty tepla infiltrací netěsnými obvodovými prvky, okny i dveřmi. V podstatě - stavět vzduchotěsná obydlí.
V takto utěsněném domě by však nebylo nejzdravěji. Tvorba plísní by mohla být první viditelnou poruchou.

Aby se tak nestalo, je nutný komplexní přístup architektů a projektantů - počínaje projektem stavební části a rozvody vody konče. Je nutno zejména respektovat nutnost větrání, způsob vytápění a počítat s tím, že jednu z největších energetických položek v nízkoenergetickém domě bude tvořit i ohřev TUV. Celý tento profesní komplet je nutno přizpůsobit objektu. Jednotlivé systémy totiž nelze již při tomto řešení od sebe oddělovat.
Z tohoto pohledu je zřejmé, že v dnešní době již nelze uvažovat v dimenzích minulosti. A je nutno si položit důležitou otázku.

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.

Jak řešit vytápění, větrání a ohřev TUV v těchto nových podmínkách?
Tato otázka s sebou přináší dosud neznámé problémy. Zateplený objekt sice spotřebuje méně energie na vytápění, ale vyžaduje nucené - řízené - větrání. Ke snížení nákladů na vytápění přichází vhodnost rekuperace.
Nabízí se další otázky.
Když je nutné větrání, lze je využít i pro vytápění? Jak ohřívat TUV a vodu pro bazén? Je vhodné pro vytápění použít tepelné čerpadlo? Je vhodné také i pro ohřev TUV?

Vytápění

Přicházejí v úvahu způsoby různé. Jejich využívání je zejména spojené vždy se změnou tarifů v oblasti ušlechtilých paliv (tak jak jsme v naší krajině již několikrát byli svědky, poslední zvýšení ceny plynu to jen dokazuje), od spalování slámy, dřevěných štěpků, hnědého uhlí - až po propan-butan. Podíváme-li se na vývoj cen energií, nelze dlouhodobě považovat propan a lehký topný olej za palivo výhledové. Při požadavku zajištění i "bezobslužnosti" systému vytápění (kdy musíme některé další způsoby vyloučit), k použití přichází již v podstatě jenom plynové a elektrické vytápění "přímotopné" resp. tepelné čerpadlo. Provedeme-li výpočet návratnosti zřízení přípojky a instalace plynového kotle vůči použití elektrokotle, vyjde nám návratnost v tomto případě 20 let. Při předpokládaném nárůstu cen jednotlivých energií v budoucnosti můžeme tedy vyloučit plyn, protože při zvažovaném použití tepelného čerpadla nyní nebo cca do 10 let by to byla investice nenávratná.

Při porovnávání nákladů pro dům je nutno počítat také s elektrickou energií na ostatní činnosti. Při tom musíme počítat, že cena elektřiny je pro uživatele různá.
Výhodou (i přímotopné sazby) je také zlevnění nákladů na pokrytí potřeby ostatní elektrické energie (praní, vaření, myčka na nádobí, osvětlení, ...), spojené s výhodnou sazbou pro nákup veškeré elektřiny. Ekonomika vytápění elektrickou energií je pak výhodná v porovnání s plynovým vytápěním.

Tepelná čerpadla

Tepelná čerpadla se stávají stále rozšířenějším zdrojem tepla pro rodinné domy. Jedním z důvodů je (a v budoucnosti ještě bude) stoupající cena energií. Pro střední rodinné domy je tato investice nejvýhodnější. Pro malé a nízkoenergetické objekty s velmi nízkou spotřebou tepla může být investice do tepelného čerpadla na vytápění skoro neefektivní. Tady je velmi vhodné uvažovat o elektrické energii. Nebo může být výhodná kombinace větracích zařízení s tepelným čerpadlem pro ohřev TUV.

Přesto v budoucnosti snad již není možné představit si jiný způsob vytápění nízkoenergetických objektů než tepelnými čerpadly. Při konkrétním řešení je však nutno vzít v úvahu místní podmínky. Protože možností využití vody jako zdroje tepla je minimum, největší podíl na trhu budou mít tepelná čerpadla vzduch - voda, která jsou dnes již energeticky srovnatelná s čerpadly země - voda. Pro efektivnost je důležitá teplota, na kterou musí tepelné čerpadlo vodu ohřívat. U opravdu nízkoenergetických objektů se jeví výhodná kombinace větracího systému s využitím odpadního tepla k ohřevu vody tepelným čerpadlem.

Tepelné čerpadlo je ve srovnání s ostatními zdroji tepla provozně nejlevnější možností výroby tepla. V porovnání s vytápěním propanem je tepelné čerpadlo s nejrychlejší návratností.

Vytápěcí systémy

Protože pro tepelná čerpadla je energeticky výhodnější nižší výstupní teplota teplé vody, je nutno uvažovat, jak vodu s "nízkou" teplotou využít pro vytápění. To v podstatě redukuje využití na dvě možnosti. Jednou je vlastní teplovodní vytápění. Druhou možností je využití teplé vody pro ohřev vzduchu pro teplovzdušné vytápění. A to již je jiná kapitola.

Teplovodní vytápění
Výhodné pro vytápění je pak použití teplovodních nízkoteplotních otopných soustav tj. podlahové a velkoplošné stěnové vytápění, nebo vytápění s velkoplošnými radiátory. S ohledem na přenášené výkony to nečiní žádný problém. Vzhledem k ekonomickému provozu tepelného čerpadla je vhodné podlahové topení s výpočtovou teplotou vody pouhých 36 °C (max. 40 °C) , s relativně nízkou povrchovou teplotou podlahy (max. 28 °C). Obdobně je to i při využití topení s radiátory. Zejména tam, kde starší systémy byly předimenzovány. Přitom si však musíme uvědomit, že pro vytápění tepelným čerpadlem nemůžeme provést zapojení radiátorů tak, jak jsme dnes zvyklí. Naopak tam, kde byl "samotížný" systém vytápění, můžeme tyto rozvody využít. Pro nízkoteplotní vytápění totiž musíme počítat s nižším teplotním spádem a proto i relativně větším množstvím obíhající vody.

V nových objektech nebo při rekonstrukcích (kde třeba v budoucnosti uvažujeme o použití tepelného čerpadla) je účelné použít nízkoteplotní otopnou soustavu a rezervovat prostor pro osazení takového úsporného zdroje. Pokud neuvažujeme v současné době s investicí do tepelného čerpadla, můžeme použít elektrokotel, který můžeme v budoucnu využít jako bivalentní zdroj. Je nutné rozhodnout i o způsobu ohřevu vody pro topení a přípravu TUV do doby, než bude nainstalováno tepelné čerpadlo.

Teplovzdušné vytápění
Protože ne vždy se dá použít z důvodu zatížení nebo výšky podlah podlahové topení (např. podkrovní prostory) nebo se dá ušetřit na systému vytápění tam, kde je požadovaná nižší teplota (jako jsou ložnice a pracovna atp.), je vhodné, zejména při dnešní nutnosti instalovat zařízení pro větrání, využít je i pro teplovzdušné vytápění.

Obr. 1 - Příklad použití teplovzdušného vytápění s rekuperací a solárního ohřevu

Solární systémy
Kombinace solárního systému (nejčastěji se používá pro ohřev TUV) a tepelného čerpadla se bohužel stává módou nejen mezi ekologickými aktivisty, ale i mezi architekty a projektanty. Musíme si však vždy klást otázku. Je tato úvaha správná? Protože o peníze jde až v první řadě, je nutné se podívat i na ekonomickou stránku. Když srovnáme celkové náklady na pořízení a provoz! solárního systému, zjistíme, že cena energie vyrobené sluncem převyšuje cenu energie vyrobené tepelným čerpadlem! Návratnost solárního systému se prodlužuje na téměř 100 let! Proto je v této kombinaci investice do solárního systému zřejmě neefektivní a nenávratná.

Výjimkou může být využití solárního systému netypickým způsobem, jako například co by nízkopotenciálního zdroje tepla pro tepelné čerpadlo. Je však nutno každý případ ekonomicky posoudit individuálně a s velkou opatrností. Příklad využití bez tepelného čerpadla je na obr. 1.

Větrání

Již od starověku řešili architekti výměnu vzduchu v budovách. Větrání v obytných domech bylo i v nedaleké minulosti samozřejmou záležitostí, protože soustava (nedokonale utěsněná okna a dveře - kamna - komín) zajišťovala odvod vlhkosti vnikající do obydlí nedokonalou izolací proti vlhkosti i vznikající při vaření či praní. Přechod na centrální vytápění zlikvidoval nejenom komínové přípojky, ale tím i větrací systém. Nutno podotknout, že se však jednalo o neřízený systém. Starší generace pamatují, jak nepříznivě například působilo větrné počasí.

V současnosti se při požadavku na snížení spotřeby energie dokonale utěsňují nejen konstrukce, ale i okenní a dveřní spáry. Objekt přestává dýchat a tím se přirozená výměna vzduchu zminimalizovala pod hodnoty cca 10krát menší, než jsou hygienické požadavky. Tím se stává kvalita vnitřního vzduchu horší než venkovního! Větrání čerstvým vzduchem je však pro lidské zdraví nepostradatelné a nezastupitelné. Použití nuceného větrání u nových budov je v podstatě nezbytné. Vnitřní prostředí budov musí splnit několik požadavků na mikroklima. Jsou to jednak tepelně-vlhkostní a životně důležité (CO₂), tak i mikrobiální, ionizační, aerosolové, odérové a toxické požadavky. Tepelně-vlhkostní požadavek je jednou nejdůležitější složkou. Během dne se totiž v bytě vytvoří 10 až 15 l vody. Proto dochází i při hygienicky doporučované vlhkosti k tvorbě plísní v chladných a nevětraných koutech, na neizolovaných nadpražích a ostěních. Zejména nová okna místo původních špaletových toto zvýrazňují (způsobeno nejen ochlazením okolí okna, ale i sníženou infiltrací). Tím dochází ke zvýšení nemocnosti zejména dětí. A dnes již mluvíme i o nemoci budov.

Nucené větrání jako nutnost nebo komfort?
O nutnosti větrání nelze již dnes pochybovat. Při použití vnitřního bazénu je to již naprostou nezbytností. Využití rozvodů větrání i pro potřebu vytápění se přímo nabízí.
Pro výstavbu nízkoenergetického domu je nutno vždy použít zejména ekonomické větrání. V každém případě musíme odvádět zplodiny z kuchyně, koupelny a WC. Pro pocit pohody musíme větrat i obytné místnosti. Je tu dilema. Zbývá nám řešit je buď jako klasické větrání s odsáváním, nebo větrání s rekuperací, nebo jako "KOMFORTNÍ VĚTRÁNÍ" - spojené s teplovzdušným vytápěním.

Kombinované teplovzdušné vytápění
Zvláštní způsob větrání. Pracuje s cirkulací vzduchu v objektu. Kontrola řízení požadované teploty. Vzduchový výkon pro vytápění je dán požadovaným topným výkonem s vhodným rozdílem pracovních teplot. Vzduchový výkon pro větrání je dán požadavkem na větrání.
Příklad použití větracího systému je uveden na obr. 1.

Jaký systém větrání použít?
Nucené větrání s rekuperací (zpětným získáním cca 75 %) tepla. Výhodou nuceného větrání je i snížení hlučnosti, prašnosti (zavřená okna) i pohyb čerstvého vzduchu uvnitř objektu. Ale za cenu elektřiny pro pohon ventilátoru.

V nových objektech (jak již bylo zmíněno) je účelné použít nízkoteplotní otopnou soustavu a osadit rozvody vzduchu pro nucené větrání a rezervovat prostor pro usazení větrací jednotky. Návrh technických zařízení by neměl vycházet z návrhu vytápěcího systému, ale z návrhu větracího systému. Ten může zároveň přebírat funkci vytápěcího systému, který pak zajišťuje jak cirkulaci, tak i ohřev vzduchu.

Jak větrat, topit a neprovětrat řeší výrobci vzduchotechnických zařízení. Vyrábějí větrací jednotky pro dvouzónové cirkulační teplovzdušné vytápění a komfortní větrání s rekuperací tepla.

Ohřev TUV

Jak již bylo v úvodu uvedeno, jednou z možností pro ohřev TUV je použití klasického elektrického ohřevu - akumulačním bojlerem nebo průtočným ohřevem (dnes jsou na trhu i "nízkoteplotní", které zaručují řešení proti legionelám), nebo dnes nejobvyklejší plynové vytápění s ohřevem TUV, nebo použití tepelného čerpadla případně i ohřevu vody z odpadního vzduchu. Některé vzduchotechnické jednotky jsou již tímto způsobem vybavené. Jak již bylo uvedeno, je investice do solárního systému v takovémto případě nenávratná.

Regulace

Na první pohled komplikovaný způsob vytápění, ohřevu TUV a větrání vyžaduje požadavek na regulaci nejenom jednotlivých oblastí, ale hlavně sladění požadavků.

Jak sladit všechny požadavky?
V první řadě je nutný řádný komplexní projekt celé soustavy vytápění, větrání a ohřevu TUV. Nejlepší je, pokud při návrhu budovy je řešen již objekt i z hlediska akumulace tepla v závislosti na regulaci soustavy. Rozhodně jiný požadavek na regulaci bude u budov dřevěných a jiný pro budovy "cihelné". Pro regulaci vůbec není potřeba žádný software, žádný počítač. Stačí jenom použít jednoduchou regulaci jednotlivých systémů. Při systému s větráním se nabízí možnost jednoduše zaregulovat rozvody vzduchu, aby byla zabezpečena i teplota vytápění. Regulovat větrací systém metodou vypnuto-zapnuto nedělá problém. Řídit však teplotu vody pro podlahové vytápění tepelným čerpadlem nebo např. elektrokotlem touto metodou však lze. Zrovna tak lze kombinovat chod tepelného čerpadla podle teploty vody v akumulátoru. Regulovat teplotu vzduchu ve větrací jednotce pomocí průtoku teplé vody způsobem vypnuto-zapnuto také není problém.

Použít však takovou regulaci pro podlahové vytápění není výhodné. Je zarážející, když "prodavači" systémů pro podlahové vytápění (jak teplovodních tak i přímotopných) matou zákazníky zkazkami o útlumovém topení a rychlosti reakce topného systému. Ten, kdo jej používá, může potvrdit, že setrvačnost takového systému (zejména v betonové vrstvě) je velká. A to jak při náběhu, tak i při poklesu teploty. Samozřejmě, že tato setrvačnost může být výhodná i nevýhodná. Záleží na způsobu začlenění do celého systému.

Rekapitulace

Nejlepší možností se jeví kombinace využití tepelného čerpadla jednak s možností využití pro vytápění objektu pro nízkoteplotní velkoplošnou otopnou soustavu, tak i pro předehřev nebo i pro ohřev TUV, a k němu komfortní teplovzdušné větrací jednotky pro teplovzdušné vytápění a větrání s rekuperací tepla.

Tepelných čerpadel vzduch - voda je na trhu velká řada. Jsou i výrobky, které umožňují dvě funkce, a to ohřev vody pro nízkoteplotní topení a nezávisle ohřev TUV s vyšší teplotou. I tepelná čerpadla pro ohřev vody jak pro topení i přípravu TUV využívající odpadní teplo z větracího systému.

Vzduchotechnické jednotky s rekuperátorem zajišťující větrání a vytápění, příp. chlazení vzduchu přiváděného do objektu v létě, jsou na trhu již zastoupené méně. Přesto ale kvalitní. Pro nízkoenergetické objekty plně vyhovují i pro teplovzdušné vytápění. Na trhu jsou i vzduchotechnické jednotky s využitím tepelného čerpadla pro ohřev vody.

Závěr

Dodnes standardně projektované topení v takovémto systému je již nemožné. Jelikož však setrvačnost myšlení je velká, zřejmě se ještě dlouhou dobu budeme setkávat s objekty, kde budou řešeny různé systémy samostatně, bez ohledu na jejich vzájemné kombinace, tedy neefektivně jak ekonomicky, investičně, tak i provozně.

Seznam literatury:
[1] ŠALÝ, J.: Nízkoenergetický dům. Zkušenosti z rekonstrukce. Vytápění, větrání, instalace 2001, číslo 4, strana 189-190.
[2] KLAZAR, L.: Tepelná čerpadla a vytápění - Úvahy 1-12. ZPRAVODAJ SVAZU CHKT ČR 2001, čísla 4 -12, 2002, čísla 1- 4.
[3] Podle firemních materiálů. Experimentální nízkoenergetický rodinný dům v Koberovech. Chlazení a klimatizace, 2002, číslo 4, strany 5-6.
[4] "pep.": Teplovzdušné vytápění... . deník DNES, 14. 8. 2003, příloha REALITY
[5] MACHOLDA, F.: Tepelné čerpadlo - ekonomický pohled. ZPRAVODAJ SVAZU CHKT ČR 2003, číslo 5, strany 39-52.
[6] Hampejs, V.; Hudečková-Špačková, K.: Moderní vytápění... . deník DNES, 14. 8. 2004, příloha EKOLOGIE.
[7] KABRHEL, M.: Akumulace tepla ve vytápění. Topenářství instalace, 2003, číslo 6, strana 31-34.
[8] KABELE, K.: Teplovzdušné vytápění obytných budov. Vytápění, větrání, instalace 2002, číslo 4, strana 139-141.

Komentář redakce k terminologii:
Dle současného stavu legislativy je správný pojem "teplá voda" a "ohřev vody", případně "příprava teplé vody".