Partner sekcie:
  • Elimer

Úsporné opatrenia pri príprave teplej vody v panelových domoch

usporne opatrenia pri priprave teplej vody v panelovych domoch

Pri hľadaní spôsobov, ako ušetriť prevádzkové náklady v panelových bytových domoch, sa v prvom rade riešia náklady na vykurovanie. To možno dosiahnuť znížením tepelných strát budovy zateplením obalovej konštrukcie, voľbou efektívneho spôsobu vetrania a výmenou zdroja tepla na vykurovanie. Ďalšie významné úspory možno dosiahnuť znížením nákladov na prípravu teplej vody.

 Energetická náročnosť prípravy teplej vody (TV) tvorí predovšetkým v prípade zateplených budov významnú zložku celkovej spotreby energie budovy. V prípade nezatepleného domu je percentuálny podiel nákladov na prípravu teplej vody z celkových nákladov vynakladaných na energiu pri kvalitne zaizolovanom rozvodnom systéme približne 15 % z celkovej spotreby energie v budove (obr. 1a). Ak ide o pôvodný nezateplený rozvodný systém, je toto percento na úrovni 21 %. Zateplená budova má tento podiel už vyšší, a to na úrovni 35 až 45 % za predpokladu, že sa pri obnove rekonštruujú a zateplia aj rozvody teplej vody (obr. 1b). Úsporné opatrenia aplikované v oblasti prípravy teplej vody tak môžu významne znížiť celkovú energetickú náročnosť budovy.


Obr. 1 Rozloženie spotreby energie
a) panelový bytový dom s nezateplenými konštrukciami, b) kvalitne zateplený panelový bytový dom s izolovanými rozvodmi teplej vody

Energetickú náročnosť a s tým súvisiace náklady na prípravu teplej vody možno znížiť dvoma spôsobmi, ktoré sa dajú vzájomne kombinovať. Prvá možnosť je znížiť spotrebu vody priamo u užívateľov v bytoch ich zodpovednejším prístupom alebo inštaláciou úsporných výtokových armatúr, perlátorov a rekuperátorov vody. Druhú možnosť predstavuje výmena zdroja tepla na prípravu teplej vody.

Znižovanie spotreby teplej vody
Spotrebu teplej vody môžu znížiť priamo užívatelia, a to znížením jej spotrebovaného množstva a teploty. Spotrebu vody takisto znižuje inštalácia úsporných výtokových hlavíc alebo perlátorov. Požadovanú teplotu zas udržujú termostatické hlavice.

Významné úspory teplej vody na strane užívateľov možno dosiahnuť pri sprchovaní správnou voľbou typu sprchovacej hlavice a režimom sprchovania. Pri bežnom sprchovaní, ktoré trvá päť minúť a pri prietoku vody 10 l/min sa spotrebuje približne 50 l teplej vody (37 °C). Z uvedeného času však samotné sprchovanie trvá približne dve minúty (spotreba 20 l teplej vody), ostatný čas voda odteká bez úžitku. Pritom úsporným správaním alebo vhodným technickým zariadením možno bez zníženia pocitu komfortu usporiť až 60 % bežnej spotreby vody. V prípade kúpeľa vo vani neexistujú opatrenia, ktoré by významne ovplyvnili spotrebu vody bez straty komfortu.

Medzi úsporné výtokové armatúry patrí sprchovacia hlavica s nastaviteľným prietokom vody (obr. 2). Tieto hlavice sústreďujú prúd vody do menšieho počtu otvorov, čím zväčšujú jeho rýchlosť. Vďaka tomu sa však zachováva rovnaký umývací efekt a komfort, ale pri menšej spotrebe vody. Niektoré hlavice majú takzvaný stop ventil, ktorý veľmi dobre funguje v kombinácii s termostatickou batériou. Obmedziť množstvo pretekajúcej vody možno aj pomocou škrtiacich krúžkov inštalovaných priamo do sprchovacej hadice, ktoré sa dajú upraviť podľa potreby.

Obr. 2 Nastaviteľná sprchovacia hlavica a redukčný krúžok na obmedzenie množstva vody v sprchovacej hadici (foto: Grohe, Ideal standard)Obr. 3 Perlátory (foto: Watersavers)

Perlátory (obr. 3) miešajú vodu so vzduchom a zmenšujú prietokový profil. Tým sa zväčšuje objem, znižuje prietokové množstvo vody a zvyšuje rýchlosť prúdenia. Bublinky tvorené vďaka povrchovému napätiu vody zväčšujú jej efektívnu plochu a zvyšujú umývací efekt. Vzhľadom na pomerne nízku cenu je návratnosť investície približne do jedného roka.

Perlátory a úsporné hlavice sa musia z času na čas skontrolovať, pretože sa zanášajú vodným kameňom. Ten sa dá odstrániť prepláchnutím týchto zariadení octom. Na trhu sa nachádzajú aj perlátory a hlavice s úpravou proti vodnému kameňu. Inštaláciou úsporných výtokových armatúr a perlátorov možno ušetriť približne 25 % teplej a studenej vody.

Využitie odpadového tepla sivej vody
Na zníženie potreby energie na prípravu teplej vody možno využívať teplo odpadovej vody v sprchovacích kútoch pomocou rekuperátorov sivej vody umiestnených pod vaničkou sprchovacieho kúta (obr. 5). Tieto rekuperátory majú v sebe integrovaný proti­prúdový výmenník tepla (obr. 4), ktorý odovzdáva teplo odpadových vôd do prítoku studenej vody a tým znižuje podiel teplej vody v požadovanom mixe teplej a studenej vody na výtoku sprchy. V prípade vaní tento princíp nefunguje, pretože teplá voda sa napúšťa v inom čase, ako odteká.

Využitím rekuperácie tepla možno predhriať studenú vodu približne na 20 °C. Tým sa zníži spotreba energie na prípravu teplej vody v sprche pri dosiahnutí bežnej výtokovej teploty sprchy o približne 50 %. Obyvatelia bytov v panelových bytových domoch môžu pri cene tepla zo systému centralizovaného zásobovanie teplom (CZT) 20 €/GJ očakávať návratnosť tejto investície približne za 7 rokov, pri zvýšení ceny za teplo aj skôr.


Obr. 5 Schéma teplôt studenej a teplej vody pri využití rekuperácie tepla z odpadovej vody

Tepelné straty v cirkulačných rozvodoch
Okrem redukcie potreby teplej vody možno dosiahnuť úspory aj zefektívnením jej distribúcie. Veľká časť spotrebovanej energie na prípravu teplej vody pripadá na straty vo vnútorných a vonkajších rozvodoch. V panelových bytových domoch obieha teplá voda stále v cirkulačnom potrubí, aby bola na všetkých výtokových miestach v budove kedykoľvek k dispozícii v požadovanej teplote. Teplá voda v rozvodoch sa neustále ochladzuje a treba ju stále dohrievať zdrojom tepla, ktorým je najčastejšie systém CZT. Vo chvíli, keď sa voda neodoberá zo žiadneho z výtokových miest, slúži všetko teplo dodané na prípravu teplej vody iba na pokrytie strát tepla v rozvodoch. Straty cirkulačného rozvodu sa zvyčajne pohybujú medzi 15 a 20 % pri časovo riadenej cirkulácii a kvalitne zaizolovaných rozvodoch (obr. 6). Ak cirkulácia beží nepretržite a rozvody sa nerekonštruovali alebo pokiaľ sa teplá voda pripravuje mimo budovu, môžu sa straty pohybovať v rozpätí 50 až 90 %. Tento rozvod teda nie je z energetického hľadiska efektívny. V STN 06 0320: 1986 (Ohrievanie úžitkovej vody. Navrhovanie a projektovanie) sa uvádza požiadavka na zníženie tepelných strát izoláciou distribučného potrubia teplej vody a zariadenia na ohrev vody tak, aby hodnota koeficientu z (vplyv straty pri ohreve vody a straty v rozvodoch teplej vody a cirkulácie) pri ohrievaní v domovom ohrievači nepresiahla hodnotu 0,5 a pri diaľkovom ohreve hodnotu 0,8. Prirážka na tepelnej strate teplej vody v prípade centralizovaného zásobníkového ohrevu s riadenou cirkuláciou je 0,3, s neriadenou cirkuláciou je táto prirážka 1, čo zodpovedá stratám 100 %.

Aby sa straty v rozvodoch maximálne redukovali, treba všetky rozvody kvalitne zaizolovať a regulovať cirkuláciu vody v rozvodoch podľa teploty alebo času. Optimálne je cirkuláciu obmedzovať napríklad v nočných hodinách, keď je využitie teplej vody minimálne. Tento krok však vyžaduje súhlas všetkých obyvateľov bytového domu.

Ďalšou možnosťou redukcie strát v rozvodoch teplej vody je inštalácia stanice s panelovým výmenníkom v každom byte. V bytovej stanici sa teplá voda pripravuje prietokovým spôsobom pre všetky odberné miesta v byte a zároveň vykurovacia voda pre všetky vykurovacie telesá v byte. Regulátor počas odberu teplej vody uzatvára vykurovací okruh a sto percente uprednostňuje prípravu teplej vody. Do bytovej stanice sa privádza vykurovacia voda z existujúcej výmenníkovej stanice v domovej kotolni. Výhodou tohto systému je, že teplá voda sa pripravuje v by­te, čím odpadajú všetky straty v domových rozvodoch teplej vody vrátane cirkulácie. Ďalšou veľkou výhodou je možnosť presného odberu tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody podľa reálnej spotreby v byte. Tento spôsob je vhodné využiť v novostavbách, kde sa dá prispôsobiť dispozícia budovy a návrh trasy vykurovacieho okruhu. V panelovom bytovom dome sú rozvody teplej vody vedené stúpačkami vertikálne. Inštalácia bytových staníc by tak znamenala úplnú zmenu trasy a dimenzie potrubia vykurovacej vody po budove, čo je v prípade veľkého množstva panelových bytových domoch ťažko realizovateľné pre nedostatočné rozmery inštalačnej šachty.

Výmena zdroja tepla na prípravu teplej vody
Ďalšie úspory možno dosiahnuť výmenou pôvodného zdroja tepla za iný, prevádzkovo lacnejší. Výmenou zdroja tepla na prípravu teplej vody sa zníži energetická náročnosť jej prípravy, a teda aj prevádzkové náklady užívateľa. Ďalšiu možnú úsporu predstavuje voľba zdroja využívajúceho lacnejšiu energiu, ako je cena tepla existujúceho zdroja CZT.

Zdroj tepla môže byť buď centrálny pre celú budovu, pričom teplá voda sa pripravuje v centrálnych zásobníkoch, alebo lokálny v bytoch. Medzi centrálne zdroje patria systém CZT, tepelné čerpadlá, plynové kotly a solárne kolektory. Príprava teplej vody sa môže aj decentralizovať a preniesť do jednotlivých bytov, vďaka čomu úplne odpadnú straty tepla v cirkulačných rozvodoch. Medzi lokálne zdroje patria elektrické akumulačné zásobníky, prietokové ohrievače a kompaktné jednotky určené na vetranie a prípravu teplej vody v bytoch.

Presunutím zdroja tepla priamo do budovy sa odstránia straty vedením od centrálneho zdroja tepla k domu. Napriek tomu sa ­ne­musí investícia do nového zdroja tepla vrátiť v po­dobe úspory prevádzkových nákladov, a to predovšetkým v lokalitách s lac­nejším teplom zo systému CZT (do 20 €/GJ). Vý­nosnosť investície do nového zdroja sa pre každú budovu líši. Preto treba dať pred zamýšľanou realizáciou spracovať ener­geticko-ekonomickú štúdiu výmeny zdro­ja tepla.

Lokálne zdroje na prípravu teplej vody
Lokálny spôsob prípravy teplej vody priamo v bytoch sa môže riešiť napríklad tak, že voda v kúpeľni sa ohrieva pomocou elektrického akumulačného zásobníka a v kuchyni pomocou elektrického prietokového ohrievača umiestneného čo najbližšie k drezu. Z navrhnutých variantov výmeny zdroja tepla ide o najlacnejšie riešenie, v prípade ktorého sa dá očakávať investícia približne na úrovni 520 € na jeden byt s pomerne krátkym časom návratnosti. Celkovú ekonomickú bilanciu navyše priaznivo ovplyvňuje skutočnosť, že na prípravu teplej vody pomocou akumulačných ohrievačov sa vzťa­huje lacnejšia tarifa elektrickej energie. Ce­na elektrickej energie je tak v porovnaní s bežnou tarifou približne o 45 % nižšia. Túto tarifu možno využívať na všetky spotrebiče a osvet­lenie v domácnosti. Lokálna príprava teplej vody je však pomerne neekologické riešenie, a to z dôvodu využívania elektrickej energie.

Lokálne možno teplú vodu pripravovať aj pomocou kompaktnej vetracej jednotky (obr. 7), ktorá zároveň rieši vetranie bytu a prípravu teplej vody. Súčasťou kompaktnej jednotky je lokálna rekuperačná jednotka a akumulačný zásobník teplej vody. Teplá voda sa predhrieva tepelným čerpadlom vzduch/voda, ktoré v rámci jednotky odoberá teplo z odpadového vetracieho vzduchu za rekuperáciou. Tento systém možno teda využiť len v bytoch, v ktorých sa vetranie rieši lokálnym systémom s rekuperáciou tepla. Vďaka zníženiu potreby tepla a eliminácii tepelných strát v rozvodoch po budove klesne spotreba energie na prípravu teplej vody približne o 40 %. Ďalšou výhodou je rovnako ako pri centrálnej príprave teplej vody v akumulačných zásobníkoch možnosť využiť lacnejšiu tarifu elektrickej energie pre domácnosti. Nevýhodou sú zatiaľ vysoké obstarávacie náklady (približne 7 190 € vrátane inštalácie potrubia v byte).

Tento systém sa dá použiť len v určitých typoch budov s dvoma vzduchotesnými stúpačkami, ktoré treba izolovať. Opatrenia tohto typu sú vzhľadom na veľkosť kompaktnej jednotky a vzduchotechnických rozvodov, ktoré sa vedú v podlahe, náročnejšie na priestor. Aj napriek uvedeným nevýhodám a vysokým obstarávacím nákladom ide o veľmi účinný systém, ktorý pri súčasnom trende zvyšovania cien energie nájde v budúcnosti široké uplatnenie.

Príprava teplej vody pomocou tepelného čerpadla
Ako centrálny zdroj tepla v panelových bytových domoch možno využiť tepelné čerpadlo v kombinácii s bivalentným elektrokotlom. Ten pokrýva nároky na teplo počas najchladnejšie obdobia roka, keď sa zvyšuje potreba teplej vody a zároveň vykurovací faktor tepelných čerpadiel nie je taký vysoký.

Vzhľadom na veľkosť pozemkov okolo panelových bytových domov a tiež vysokým ­nákladom na budovanie zemných kolektorov je reálnejšie použitie tepelných čerpadiel vzduch/voda. Hodnota vykurovacieho faktoru tepelných čerpadiel závisí od teploty okolitého vzduchu. Tepelné čerpadlo spotrebúva na ohrev vody tým menej elektrickej energie, čím viac teplého vzduchu sa k čerpadlu privádza. V letných mesiacoch je tak spotreba tepla na prípravu teplej vody omnoho nižšia v porovnaní so zimou. Priemerný ročný vykurovací faktor sa pohybuje v rozpätí 2,5 až 3.

Zaujímavú možnosť predstavuje v prípade tepelného čerpadla vzduch/voda využitie odpadového vetracie vzduchu z budovy, ktorý má počas celého roka pomerne stabilnú teplotu, čím sa významne zvyšuje vykurovací faktor čerpadla. Na vyústenie vetracej šachty na strechu budovy sa nainštaluje tepelné čerpadlo vzduch/voda, ktoré nasáva ohriaty odpadový vzduch odvetrávaný z bytov. Tým sa predovšetkým počas chladnejších mesiacov roka využíva odpadové teplo, ktoré by sa inak bez úžitku vypustilo do exteriéru. Vďaka tomu usporiadanie tepelného čerpadla nemení svoj vykurovací faktor v priebehu roka v takej významnej miere ako tepelné čerpadlá, ktoré odoberajú teplo zo vzduchu v exteriéri. Nevyhutnou podmienkou tohto systému je realizácia systému podtlakového vetrania, pri ktorom sa odpadových vzduch odvádza šachtou na strechu.

Tepelné čerpadlá môžu byť umiestnené na streche budovy, respektíve na jej fasáde. Treba sa však zaoberať hlukom, ktorý produkujú, aby nedochádzalo k rušivým vplyvom na okolité budovy. Tepelné čerpadlá môžu byť umiestnené aj vnútri budovy, napríklad na technickom podlaží. V tomto prípade sa však musí vyriešiť prívod a odvod vzduchu.

Ak sa inštalujú kaskádové tepelné čerpadlá, treba zvyčajne zvýšiť príkon elektrickej prípojky, čo môže zohrávať hlavnú úlohu pri rozhodovaní pre túto alternatívu. Ak nie je možné príkon dostatočne zvýšiť, môžu sa ako alternatíva k elektrickým tepelným čerpadlám (obr. 8b) uvažovať plynové tepelné čerpadlá vzduch/voda (obr. 8b) v kombinácii s kondenzačným plynovým kotlom. V prípade použitia plynových tepelných čerpadiel musí byť však dostupná dostatočná prípojka zemného plynu. Táto sústava tepelných čerpadiel a kondenzačných kotlov sa väčšinou umiestňuje na strechu na nosný rošt alebo do technického podlažia. V porovnaní s klasickými tepelnými čerpadlami kompresorom poháňaných elektrickým prúdom majú plynové tepelné čerpadlá nižší vykurovací faktor – len 1,2 až 1,4. Tento rozdiel však dorovnáva rozdiel medzi cenou plynu a cenou elektriny. Vo výsledku sú tak úspory porovnateľné.


Obr. 8 Tepelné čerpadlá
a) kaskádové plynové (foto: Robur), b) elektrické (foto: IVT)

Príprava teplej vody v plynovej kotolni
Ak do panelového bytového domu možno priviesť prípojku zemného plynu s dostatočnou dimenziou, možno ako zdroj tepla zvoliť kotolňu s kaskádou kondenzačných kotlov na zemný plyn (obr. 9). V porovnaní s tepelnými čerpadlami je tento zdroj z hľadiska investície lacnejším riešením, ale prinesie menšiu úsporu nákladov v porovnaní napríklad s tepelným čerpadlom. Kotol sa umiestňuje do kotolne alebo inej technickej miestnosti v budove. Tu treba potom riešiť prívod čerstvého vzduchu do miestnosti, kde sa kotol nachádza, a odvod spalín. Ten sa najčastejšie vedie po fasáde budovy alebo výťahovou šachtou, v ktorej na tieto účely treba vybudovať osobitný požiarny úsek. Ak sa použije kotol s vonkajšou povrchovou úpravou, možno ho umiestniť na strechu na nosný rošt. Pri použití tohto variantu sa nemusí riešiť dymovod a prísun čerstvého vzduchu do miestnosti.

Solárne kolektory
Solárne termické kolektory môžu v panelových bytových domoch slúžiť ako čiastočný zdroj energie na prípravu teplej vody. Tým sa znížia náklady na prípravu teplej vody jednotlivým domácnostiam a zvýši sa energetická nezávislosť domu. Výhodou tohto zdroja je, že ide o obnoviteľný zdroj energie, ktorý znižuje negatívne dosahy z výroby tepla na životné prostredie. Ekonomický návrh solárneho systému na bytový dom pokrýva spravidla 40 až 45 % celoročnej spotreby tepla na prípravu teplej vody. Najjednoduchšia je inštalácia kolektorov na streche budovy, pri ktorej možno zvoliť optimálny sklon a orientáciu panelov. Vďaka tomu je z energetického a aj ekonomického hľadiska najvýhodnejšia.

Záver
Vysoká spotreba energie na prípravu teplej vody v panelových bytových domoch má vplyv tak na prevádzkové náklady hradené užívateľmi bytov, ako aj na životné prostredie. Ak sa teplo do bytového domu dodáva z centrálnych teplární, zvyšuje sa potreba o energiu nevyhnutnú na pokrytie tepelnej straty v rozvodoch, ktorá nastáva na trase medzi teplárňou a cieľovým bytovým domom.

Úspory energie na ohrev vody možno rozdeliť do dvoch kategórií. Prvou je zníženie spotreby teplej vody u koncového užívateľa. To sa dá dosiahnuť inštalovaním úsporných armatúr, rekuperačných výmenníkov a zároveň zodpovednejším prístupom užívateľov. Druhou možnosťou úspor je zníženie energetickej náročnosti prípravy teplej vody výmenou tepelného zdroja za efektívnejší s nižšími prevádzkovými nákladmi.

TEXT: Ing. Lucie Šancová, Ing. Petr Vogel, Ing. Petr Kotek, PhD., Ing. Jan Antonín, Mgr. František Macholda, MBA, Ing. Jiří Beranovský, PhD., MBA
OBRÁZKY a FOTO: EkoWATT, Grohe, Ideal standard, Watersavers, Sakal, Drexel und Weiss, Robur, IVT

Ing. Lucie Šancová je odbornou asistentkou v spoločnosti EkoWaTT. Špecializuje sa na problematiku úspor energie, pohody vnútorného prostredia, certifikáciu LEED a SBToolCZ a podieľa sa na výskumných projektoch.

Ing. Petr Vogel je konzultantom-špecialistom v spoločnosti EkoWaTT, spoluzakladateľom a predsedom predstavenstva Českej rady pre šetrné budovy.

Ing. Petr Kotek, PhD., je projektantom TZB a energetickým špecialistom v spoločnosti Energysim.

Ing. Jan Antonín je projektantom TZB a energetickým špecialistom v spoločnosti Energysim, špecialistom iniciatívy Šance pre budovy a doktorandom na Stavebnej fakulte ČVUT v Prahe. Venuje sa tvorbe výpočtových aplikácií na optimalizáciu návrhu a predbežné posúdenie pasívnych rodinných a bytových domov.

Mgr. František Macholda, MBA, je senior konzultantom, energetickým audítorom a obchodným riaditeľom spoločnosti EkoWaTT.

Ing. Jiří Beranovský, PhD., MBA, je riaditeľom spoločnosti EkoWATT.

Recenzoval Ing. Jan Truxa, ktorý je senior konzultantom a energetickým audítorom spoločnosti EkoWATT.

Literatúra
1.    Tintěra, L. a kol.: Úsporná domácnost. Brno: ERA, 2002.
2.    Matuška, T.: EkoWATT: Kontrolní zpráva projektu VAV-SP-3G5-221-07, 2009.
3.    ČSN EN 15 316-3-2: 2010: Tepelné soustavy v budovách – Výpočtová metoda pro stanovení potřeb energie a účinností soustavy – Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody.
4.    ČSN EN 15 316-3-3: 2010: Tepelné soustavy v budovách – Výpočtová metoda pro stanovení potřeb energie a účinností soustavy – Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava.
5.    ČSN 06 0320: 2006 Tepelné soustavy v budovách – Příprava teplé vody – Navrhování a projektování.
6.    TNI 730302: 2009: Energetické hodnocení solárních tepelných soustav – Zjednodušený výpočtový postup.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.