Vytápění energií z obnovitelných zdrojů

14.01.2016 Nízkoenergetický provoz, Vytápění, větrání, úprava vzduchu

Za jakých podmínek je možné využít sluneční energii pro vytápění domu? Můžeme topit energií také z jiných obnovitelných zdrojů?


 

Úspory energií, tím i peněz, se stavebníků přímo dotýkají, ale problematika není pro laika snadno uchopitelná. Po prvním poučení (články v populárních časopisech, televizní dokumenty) se těm více zasvěceným zdá všechno jasné: svůj nový dům pořádně zateplí a utěsní, zvolí vhodný způsob vytápění
i větrání, na střechu osadí solární kolektory. Jakmile se ale začne zajímat
o realizaci, tím také o podrobnosti jednotlivých technologických řešení, naráží v článcích odborníků na různorodost názorů, podepřených většinou složitými výpočty, jimž není schopen porozumět.

Běžně dostupné informace mohou být svým způsobem i nebezpečné – stavebník se zaměří na „novinku“, která ho nadchne, ta ale bez odborných znalostí a všech souvislostí nebude správně fungovat, vložená investice bude zbytečná. Dům – zvláště při použití moderních technologií – je jako složitý stroj. Musí se dobře seřídit všechny jeho složky, aby každá z nich opravdu plnila svůj účel.

Jako příklad uvedu investora, který si pořídil řízené větrání s rekuperační jednotkou (v rekuperačním výměníku odcházející vzduch předává většinu svého tepla čerstvému vzduchu), protože ho má soused. Jenomže svůj dům neměl dostatečně zateplený. Úspory energií jsou v takovém případě minimální a návratnost investice bude delší než životnost rekuperační jednotky – nevyplatí se.

Samotní architekti mají k energeticky úsporným (a zvláště pasivním) domům odlišné přístupy. Někteří považují požadavky na taková řešení za stejně extrémní jako názory konzervativních památkářů, ekologie je pro ně jen jedním z mnoha faktorů, které výslednou stavbu ovlivňují. Dávají přednost přirozené stavbě bez složitých technologií. Jiní se o pasivní domy zajímají, navštěvují semináře a přednášky odborníků, ale často (stejně jako jejich klienti) nedokážou do problematiky proniknout dostatečně hluboko a posoudit, která technologie skutečně přinese kýžený efekt. Na jejich konkrétní dotazy mnohdy přednášející odpovídají nepřesvědčivě a architekti si odnášejí smíšené dojmy, nedůvěru.

Poslední skupina architektů se pasivním domům věnuje dlouhodobě, ekologické hledisko je pro ně prvořadým zájmem. I mezi jejich názory však najdeme velké rozdíly. Vývoj stavění se snahou o úspory energií a využívání alternativních zdrojů energie je totiž teprve v počátcích, je to cesta hledání, experimentů a prognóz. Občas podléhá i módním vlnám, občas se také přizpůsobí zájmům lobbistů.

 

Solární energie

S vytápěním pomocí solárních kolektorů lze počítat jen u domů nízkoenergetických, ale ani u nich to v našem klimatu prakticky možné není. Na rozdíl od alpských podmínek je u nás přes zimu jen málo takových slunečných dnů, abychom se na solární energii mohli spolehnout. Ve švýcarském Svatém Mořici podle statistik svítí slunce 322 dní v roce. Zato český architekt, který si postavil dům zimní zahradou a v blízké meteorologické stanici procházel záznamy o počasí za posledních patnáct let, napočítal každou zimu pouhé tři dny, kdy se mohlo slunce na vytápění jeho domu významně podílet.

Přesto solární kolektory jako pomocný tepelný zdroj ušetří hodně energie: pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) mohou plně zastoupit kotel v letním období, kdy je teplých slunečných dnů dostatek. Náklady na kolektory – podle jejich plochy 30 až 120 tisíc korun – se úsporami zaplatí přibližně za 10 let. Rozhodně jsou mnohem rozumnější investicí než luxusní dlažby nebo drahé masážní sprchy.

V zimě i při zatažené obloze dokáže kolektor ohřát vodu na 40 °C, větší potíže způsobuje spíše přebytek tepla v létě. Architektka Patricie Taftová, která má se solární energií zkušenosti z rakouské kanceláře architekta Reinberga, k tomu říká: „S přebytečným teplem v létě žádný problém nemáme; aby oběhová kapalina v kolektoru nebyla příliš horká, musí se správně dimenzovat zásobník teplé vody (většinou bývá malý) v poměru ke kolektoru. Kolektor dáváme na jižní fasádu, ne na střechu. Zimní slunce na něj musí dopadat pod nízkým úhlem téměř kolmo a letní pod ostrým úhlem. Velký přebytek v létě je důsledkem špatného umístění a dimenze.“

Velká okna a zimní zahrady směrem k jihu přispívají k tepelným ziskům za slunečného počasí v zimním a přechodném období, mají však smysl ve spojení s akumulačními podlahami nebo stěnami v interiéru. Jen tak je možné získané teplo zadržet na delší dobu. Pro přitápění domu je zapotřebí kombinace s automatickou regulací vytápění, aby se zdroj sám vypnul při náhlém zvýšení teploty v místnosti.

Z klimatických důvodů nelze u nás s výrazným efektem solárních zisků u velkých skleněných ploch příliš počítat. Prosklené stěny jsou nadstandardem především pro těsnější kontakt interiéru s prostředím, energeticky úsporný dům ale může být navržen i s okny zcela malými. Bez slunce a zvláště za zimních nocí jsou velká okna energeticky více ztrátová než plné plochy, v létě naopak vyžadují zastínění. Chlazení interiéru začíná být stejně aktuální energetický problém jako vytápění, proto se musí zabránit především skleníkovému efektu, rozehřátí skleněných ploch.

 

Tepelná čerpadla

Zatímco novostavby se mohou řešit jako nízkoenergetické stavby, starý dům bude mít i při zateplení mnohem vyšší spotřebu energie. Často se majitelé starých domů rozhodují, zda bude výhodnější jeho přestavba, anebo zbourání a stavba domu nového. Pokud je objekt ve špatném technickém stavu, vlhký
a dispozičně málo vhodný k požadovaným úpravám, pak na misku vah ve prospěch nového domu musíte přidat ještě „vytápění“. Ve starém domě těžko dosáhnete stavu, při kterém je možné dům pouze lehce temperovat. Pro vytápění budete potřebovat výkonnější zdroj, spotřeba bude vyšší
a podstatně nákladnější.

Pro úspory při všech způsobech vytápění je nezbytná především regulace, nejlépe automatická s čidlem, která samočinně vypíná a zapíná topení, jakmile vzduch v místnosti dosáhne nastavené teploty, anebo pod ni zase klesne. Z dostupných neobnovitelných zdrojů energie připadá v úvahu buď elektrická energie, nebo kotel na zemní plyn (případně na olejová či pevná paliva). Žádné z těchto řešení není optimální, energie se zdražují několikrát za rok. Z obnovitelných zdrojů energie je pro starší dům možné za určitých podmínek využít tepelné čerpadlo.

Tepelné čerpadlo je zařízení využívající tepelnou energii akumulovanou v zemině, v povrchové nebo podzemní vodě, ale i tepelnou energii venkovního vzduchu, přestože je mnohem chladnější než vzduch v domě.

Pomocí takto získané energie, za kterou neplatíme, je možné dům vytápět, ohřívat teplou vodu, v létě místnosti ochlazovat. Na provoz čerpadla se spotřebuje určité množství elektrické energie, ale za každou spotřebovanou kWh získáme podle velikosti tepelného faktoru čerpadla 3 až 5 kWh zdarma. Při vytápění nezateplených domů s velkými ztrátami by však spotřeba elektriky byla tak velká, že by se efekt minul účinkem, vysoká pořizovací cena tepelných čerpadel by pak byla zcela nesmyslná investice.

Pro čerpadlo odebírající teplo ze země potřebujeme vlastní pozemek. Je-li zahrada dostatečně velká a dosud neupravená, mohou se do země (v hloubce nejméně 1 m) plošně položit plastové trubky s médiem. Trubky se kladou ve vzdálenosti 1 m od sebe, pro standardně velký rodinný dům zaberou plochu 250–400 m². Z používaných systémů je tento způsob nejlevnější. Nesprávný návrh vzdáleností trubek a jejich celkové plochy ale může mít za následek „vyčerpání“ pozemku po několika letech provozu. Aby se investice vyplatila, nepodceňujte spolupráci s odborníky.

Teplo z hloubky země se získá vrtem o průměru 14 cm do hloubky 60 až 120 m (podle potřebného výkonu čerpadla). Do vrtu se vloží sonda, kterou protéká nemrznoucí směs. Systém využívá skutečnosti, že už několik metrů pod zemí je po celý rok konstantní teplota. V létě se dá využít zase jako levný zdroj chladu pro klimatizaci.

Spodní voda ze studny se dá pro tepelné čerpadlo využít, pokud má ověřenou vydatnost alespoň 1 800 l/hod. Ochlazená voda se pak vrací do druhé, vsakovací studny. V rybníku se odebírá teplo z povrchové vody pomocí plastových hadic, položených na dně. Čerpadla využívající teplo vody dosahují nejlepších topných faktorů. Mít u domu vlastní rybník je naprosto ideální stav… i kdyby v něm kapři nebyli.

Teplo z venkovního vzduchu se získává tam, kde prostorové důvody neumožňují instalovat plošný kolektor nebo vrt. Čerpadlo se umístí na zahradu, terasu nebo na střechu, instalace bez zemních prací je snadná
a levná. S klesající teplotou venku však klesá i jejich výkon, stoupá spotřeba elektřiny.

 

Pevná paliva

Kotle na dřevo a biomasu nebo teplovzdušné krbyjsou zcela jiným typem vytápění než klasická kamna na uhlí. Vytápí se v nich obnovitelnými zdroji energie, jejich spalováním nevzniká tolik škodlivin, neničí ovzduší. Krby jsou navíc zdrojem tepla příjemným i na pohled, oheň v interiéru je velmi působivým prvkem pro pocit „tepla domova“.

Kotle na biomasu se využívají u nízkoenergetických staveb v kombinaci s teplovzdušným nebo teplovodním vytápěním s nízkou teplotou. Akumulační kamna na dřevo umístěná přímo v otevřeném interiéru mohou sama o sobě vytopit celý dobře zateplený dům. Často se doplňují ještě druhým akumulátorem v horním podlaží.

Na rozdíl od otevřených krbů, jehož sálavé teplo prohřívá jen prostor přímo před sebou, ale většina ho doslova vyletí komínem (účinnost se pohybuje kolem 10-20 %), konvekční způsob vytápění teplovzdušným krbem prohřívá celou místnost rovnoměrně s účinností až 80 %. Chladný vzduch je nasáván průduchy u podlahy a po ohřátí jej vydechují horní otvory, takže vzniká přirozená cirkulace vzduchu. Komín zajišťuje tah, ale neuniká jím zdaleka tolik tepla. Je dokonce možné pomocí teplovzdušných rozvodů přivádět teplo i do dalších místností. Snad jedinou „kosmetickou vadou“ je oheň schovaný za sklem dvířek, ale trošku menší romantiku vynahradí nesrovnatelně větší teplo, čistota a bezpečnost.

V teplovzdušných krbech se topí dřevem nebo dřevěnými briketami. Dřevo má velmi dobrou výhřevnost, z pohledu ekologie patří mezi obnovitelné zdroje energie, třebaže se obnovuje za poměrně dlouhou dobu. Při spalování jeho zplodiny neznečisťují ovzduší zdaleka tolik jako uhlí nebo koks, vytápění dřevem v místnosti nevadí ani lidem trpícím různými alergiemi. V optimálním případě má být dřevo dokonale vyschlé, aby došlo k jeho plnému zplynování, teprve při teplotě nad 280 °C probíhá tepelný rozklad rychleji a vzniká žárový oheň, který vydává nejvíce tepla. Na noc se do ohně vkládají ekologické brikety pro udržení celonočního provozu.

Ve starších domech s plynovým vytápěním může být teplovzdušný krb vhodným a úsporným doplňujícím zdrojem tepla pro přechodné období, kdy není nutné topit po celý den.

-věk

Ilustrační foto Jaroslav Hejzlar, Jana Labuťová a Jiří vaněk, Waco&Cº