ZISK ZE ZEMNÍHO VÝMĚNÍKU TEPLA
Podobně jako solární kolektory a fotovoltaické panely je podzemní vzduchový kolektor (PVK) jedním z obligátních atributů nízkoenergetické budovy. Na první pohled jednoduché zařízení - roura zahrabaná v zemi. Co se od takovéhoto low-tech zařízení dá čekat?
Myšlenka je prostá: v zimě je pod zemí tepleji než venku, v létě naopak chladněji. Tento efekt využívají nejen některé moderní domy kryté zeminou (např. http://www.zelenedomy.cz ), ale odedávna i sklípky venkovských stavení. Proč tento teplotní rozdíl nevyužít i v dalších budovách? Jestliže je dům vybaven strojním větráním (a to nízkoenergetické domy jsou téměř bez výjimky), nabízí se řešení samo. Přiváděný vzduch se prožene podzemním potrubím, kde se v zimě ohřeje a v létě ochladí.
Letní provoz
Zimní provoz
Zimní provoz
Potrubí se ukládá do hloubky 1,5 až 2 m, což nevyžaduje příliš mnoho zemních prací, zejména při novostavbě. I v této hloubce však teplota kolísá zhruba od 5 do 15°C. Je zřejmé, že i během topného období nastávají chvíle, kdy je teplota venkovního vzduchu vyšší, než může být teplota země. Kdyby se takovýto vzduch nasával podzemním kolektorem, ochlazoval by se namísto žádoucího ohřevu. Proto je nutné, aby větrací systém mohl nasávat vzduch také přímo, např. otvorem na fasádě. Dovoluje-li to architektura objektu, je vhodné pořídit jednoduchý vzduchový kolektor na jižní (osluněné) fasádě, přes nějž se může venkovní vzduch nasávat a současně ohřívat. Přepínání mezi těmito dvěma režimy (kolektor/přímé nasávání) může být ruční nebo automatické. Při ručním řízení je potřeba často kontrolovat, zda není vzduch vystupující z podzemí chladnější než vzduch venku. Nejjednodušší systémy prostě "vypínají" kolektor při pevně nastavené venkovní teplotě, obvykle 9°C.
Zejména na jaře, kdy je země už poměrně vychlazená a denní teploty poměrně vysoké, nemá smysl PVK využívat. Znamená to, že i když je větrací systém v chodu skoro nepřetržitě, je podzemní vzduchový kolektor v provozu asi polovinu této doby. Nejvyšší efekt má kolektor začátkem topné sezóny, kdy je země nahřátá sluncem a teplem z ochlazovaného letního vzduchu. V nízkoenergetickém domě však topná sezóna začíná později (a končí dříve), díky důkladným izolacím a využití pasivních solárních zisků. Kolektor se tak využívá kratší dobu. Energetický přínos pro rodinný domek (větrání 130 m3/h) se dá čekat 1000 až 1500 kWh za rok. Finanční úspora závisí na tom, jak se dům vytápí. Aktuální ceny jsou zde .
Protimrazová ochrana
Je-li vzduchotechnické zařízení v domě vybaveno teplovodním ohřívačem, funguje podzemní kolektor i jako jeho protimrazová ochrana. Nemá-li však výstupní teplota z podzemí klesnout k nule i v největších mrazech, je nutné kolektor dostatečně dimenzovat, což zvyšuje náklady. Jde však o zařízení naprosto bezporuchové.
Letní provoz
Během léta pracuje PVK obráceně, tj. chladí přiváděný vzduch. V našem podnebí je však potřeba dům chladit jen několik týdnů; vzduchový kolektor není tedy v provozu nepřetržitě. Chladicí přínos lze čekat o něco menší, než je topný, tedy přibližně 800 až 1200 kWh. Rodinné domky nejsou standardně vybavovány chlazením, na rozdíl třeba od adminstrativních budov. Kdyby podzemní kolektor neexistoval, nebylo by chlazení zajišťováno jiným způsobem. Proto je výše uvedný přínos nutno chápat spíše jako zvýšení komfortu, než jako úsporu elektřiny pro chladicí (klimatizační) zařízení.
Pokud by však bylo strojní chlazení instalováno, je situace
jiná. Spotřeba elektřiny je třetinová až poloviční než chladicí
výkon. Chladicí přínos podzemního kolektoru 1000 kWh znamená
úsporu 300 až 500 kWh elektřiny (při objemu větracího vzduchu
130 m3/h - postačí pro rodinný domek). Při ceně elektřiny okolo
3,40 Kč/kWh je roční úspora okolo 1500 Kč. Má-li však dům vytápění
elektřinou nebo tepelným čerpadlem, je cena elektřiny okolo
1 Kč/kWh a úspora je tedy patřičně nižší. Ceny energií viz také
zde
.
Praktické provedení
Materiálem
je nejčastěji polyetylenové potrubí používané pro kanalizaci,
DN 150 až 200. Bohužel použít profilované potrubí (husí hrk)
není vhodné kvůli odvodu kondenzátu a čištění, i když je tato
myšlenka lákavá, protože by se tak zdvojnásobila teplosměnná
plocha.
Roury musí být hladké, aby je bylo možno čistit, zejména po jarní a podzimní přestávce. Nasávací otvor je standardně opatřen filtrem, který zachycuje prach; případně i jemnějším pylovým filtrem. Filtry také chrání ptáky, plchy a jiná zvířata před uvíznutím a smrtí ve zdánlivě příhodném úkrytu. Během léta dochází ke kondenzaci vlhkosti z ochlazovaného vzduchu (při objemu větracího vzduchu 130 m3/h je množství kondenzátu cca 1,5 l/h). Potrubí musí být vyspádováno a kondenzát odveden do kanalizace (přes sifon). Perforovat potrubí, aby se kondenzát mohl vsakovat, není vhodné ze dvou důvodů. Prvním z nich je to, že do potrubí se tak dostanou půdní mikroorganismy, které mohou přiváděný vzduch znečistit. Je-li v místě vyšší výskyt radonu, mohlo by v podzemním potrubí dojít k nežádoucí kontaminaci. Materiál potrubí je proto nutno volit s dostatečnou odolností (např. vysokohustotní polyetylén) a dbát na kvalitu spojů. Protože potrubí je řešeno obvykle jako podtlakové (ventilátor je umístěn v domě), je nutné, aby bylo provedeno těsně. Jinak by roura nasávala vzduch s radonem přímo z půdy. Teoreticky je také možné provést potrubí jako přetlakové, tj. umístit ventilátor na začátek potrubí. V praxi se to nepoužívá.
Kolektor může setávat z jediné roury, "omotané" okolo domu. Může však také sestávat z několika paralelních rour se společným vstupem a výstupem. Kvůli snížení tlakových ztrát (a tím spotřeby ventilátorů) je vhodné volit co nejjednoduší trasu. Rychlost v potrubí by neměla být vyšší než 0,2 m/s, zejména kvůli tlakovým ztrátám.
Je zřejmé, že čím větší plochu bude potrubí mít, tím více se výstupní teplota vzduchu bude blížit teplotě zeminy. Naproti tomu však bude mít takovéto potrubí i relativně malou "výtěžnost" - z jednoho m2 potrubí získáme relativně méně energie. S tím, jak je vzduch v potrubí ohříván, klesá i množství energie, kterou může ještě zemině odebrat. Jako optimální se pro rodinné domky jeví plocha 20 až 60 m2 (tj. 40 až 120 m potrubí DN 200) podle objemu větracího vzduchu (resp. podle velikosti domu).
Schéma kolektoru
Závěr
Podzemní vzduchový kolektor se používá jak v rodinných a bytových domech, tak u administrativních budov. U obytných domů je obvykle důležitější funkcí předehřev studeného vzduchu v zimě. U administrativních budov, které jsou standardně vybaveny chlazením, hraje důležitou roli i letní chlazení větracího vzduchu.
Energetický přínos podzemního potrubí pokrývá jen malou část spotřeby tepla na vytápění. Je-li však spotřeba nízkoenergetického rodinného domu okolo 10 tis. kWh, může PVK pokrýt až 10%. U straších rodinných domků se spotřebou 25 až 50 tis. kWh význam PVK klesá, ale to nemusí znamenat, že je zde zbytečný. Funkce protimrazové ochrany a zejména letní chlazení větracího vzduchu mohou být důvody k jeho instalaci.
