Výpočet úspor tepla a peněz při větrání s rekuperací

V popisu pomůcky „Teplota přiváděného vzduchu při rekuperaci tepla“ dostupné na TZB-info byl dokumentován úsporný efekt využití rekuperace tepla zvýšením teploty přiváděného vzduchu během otopného období. Jak velký však bude například za celý rok, ale především, jak reálně se projeví ekonomicky? Na tyto otázky dává orientační odpověď tato výpočetní pomůcka:

Přečtěte si také Výpočet úspor větráním s rekuperací tepla Přejít na online výpočet

Výpočet úspor větráním s rekuperací tepla je založen na několika zjednodušujících předpokladech, a je proto orientační.

Objem větraného prostoru

Základem výpočtu je zadání objemu větraného prostoru. Ve většině případů půjde o obytnou plochu vynásobenou výškou místností, například plocha cca 185 m² krát výška 2,6 m rovná se objem cca 480 m³.

Účinnost rekuperace

Ve výpočtu je předvolena průměrná 90% účinnost rekuperace. Účinnost rekuperace v průběhu roku není stejná, mění se. Závisí především na aktuální vlhkosti vzduchu a výkonu větrání (rychlosti a množství vzduchu procházejícího výměníkem). Předvolenou účinnost lze očekávat u energeticky velmi účinných zařízení, pokud se jejich větrací výkon pohybuje pod cca 60 až 70 % maximálního výkonu.
Účinnost rekuperace s entalpickým výměníkem je o několik % nižší než s prostým výměníkem.

Orientačně lze účinnosti rekuperace stanovit postupem uvedeným v článku Výpočet teploty přiváděného vzduchu při větrání s rekuperací, ověření účinnosti. Je k tomu nutné změřit teploty vzduchu na vstupech a výstupech rekuperační jednotky, tato měření několikrát zopakovat při různých klimatických poměrech a různých výkonech ventilátorů a následně z nich vypočíst průměrnou hodnotu.

Intenzita výměny vzduchu

Pro zjištění přínosu rekuperace je nutné zadat intenzitu výměny vzduchu bez využití rekuperace. Hygienický předpis pro obytné místnosti doporučuje intenzitu větrání 0,5 hodina⁻¹, to znamená výměnu ½ objemu vzduchu každou hodinu. V předpisu je jako minimální hodnota stanovena intenzita větrání 0,3 hodina⁻¹. Reálná hodnota výměny vzduchu v domě bez nuceného větrání závisí na těsnosti oken, na četnosti a době větrání okny, na působení větru, době otevření dveří aj. Obvykle se tato intenzita výměny vzduchu pohybuje hluboko pod doporučenou hodnotou 0,5 hodina⁻¹, ale v případě existence starých netěsných oken nebo dlouhodobého otevření oken do mírně vyklopené pozice může být naopak i větší. Je však nutné zdůraznit, že za úsporu tepla a nákladů na vytápění nelze považovat zhoršení parametrů vnitřního prostředí domu. Větrání by vždy mělo zajistit přívod čerstvého vzduchu o minimálním množství 25 m³/hodina na jednu osobu a více.

Množství tepla na ohřátí vzduchu

Po stanovení intenzity větrání potřebné pro udržení zdravého vnitřního prostředí je nutné určit množství tepla, které by bylo třeba na ohřátí přiváděného venkovního vzduchu na vnitřní teplotu během celé otopné sezóny bez vlivu rekuperace. Výběrem lokality, kde se nachází dům, byt, se zvolí počet dnů otopného období a průměrná venkovní teplota vzduchu za celé otopné období. Předvolené údaje vycházejí z dlouhodobých průměrných hodnot na území České republiky. Délka otopného období je dána počtem dnů ve vybrané lokalitě, během kterých je střední denní venkovní teplota stejná nebo nižší než 12 °C. To znamená, že ve výpočtu se uvažuje s kratším otopným obdobím, než vychází pro legislativně ukotvenou průměrnou denní teplotu 13 °C využívanou k zahájení vytápění v soustavách zásobování tepelnou energií (SZTE, CZT). Pro dobře zateplené objekty, ve kterých lze předpokládat existenci a provoz systému rekuperace především, může být otopné období ještě kratší.
Předvolené údaje lze změnit, ale změnu by měl provést jen v oboru vzdělaný a zkušený odborník.

Provozní spotřeba energií při rekuperaci

Větrací jednotka s rekuperací používá elektřinu na pohon ventilátorů, napájení řídicí elektroniky, na zbývající ohřev přiváděného vzduchu na teplotu v místnosti, někdy i na ochranu proti zamrznutí výměníku. Určení provozní spotřeby proto vychází z průměrného příkonu rekuperační jednotky vztaženého na celou dobu jejího provozu během roku. Obvykle se jedná o celý rok a ve výpočtu je proto roční období rozděleno na dvě období, na provoz v otopném období s potřebou ohřevu vzduchu na teplotu v místnosti a provoz mimo otopné období. Celoroční provoz je běžný s ohledem na potřebu komfortu, filtrace pylů, prachu, někdy řeší i nadměrně hlučné vnější prostředí s nemožností větrat okny aj. Pokud nebude větrání s rekuperací využito po celý rok, lze je v letním období odstavit a jeho význam lze posoudit ve výsledcích výpočtu.

Cena elektřiny a tepla na ohřev vzduchu

Cena elektrické energie použitá ve výpočtu je aktuální průměrná cena v tarifu D02d platných ceníků dodavatelů v ČR. Cena je převzata z Kalkulátoru cen energií TZB-info.

Cena tepla na ohřev vzduchu na vnitřní teplotu buď z venkovní teploty nebo z teploty po průchodu rekuperací závisí na ceně energie nebo paliva používaného pro vytápění domu. Přednastavená hodnota odpovídá aktuální průměrné ceně zemního plynu dle platných ceníků dodavatelů v ČR včetně zohlednění obvyklé provozní účinnosti kondenzačního plynového kotle. Cena je rovněž převzata z Kalkulátoru cen energií TZB-info.

Výsledky

Výpočet záměrně nekončí jen strohým jednočíselným vyjádřením úspory při využití rekuperace, ale jsou uvedeny mezivýsledky. Neboť právě ony velmi názorně ukazují rozdíl mezi větráním bez rekuperace a s rekuperací. Výpočet konkrétní ekonomické návratnosti s využitím spočtené roční úspory bude záviset na pořizovací ceně, ceně práce za instalaci a nemělo by se zapomenout na výměnu filtrů. Nicméně, jak bylo zdůrazněno, šetřit na větrání jeho omezováním pod doporučené hygienické limity je cesta, která vede ke zhoršenému zdravotnímu stavu, zvyšuje nemocnost a nelze opomenout i rizika poškození stavebních konstrukcí bytů, domů plísněmi aj.

Obr. Rekuperací tepla se v tomto případě zvyšuje teplota venkovního vzduchu z 6,9 °C na 20,9 °C, když z místnosti odváděný vzduch má teplotu 23,2 °C.

V pomůcce, v předvoleném modelovém případě a cenách energií v polovině listopadu 2022 vychází roční úspora okolo 10,5 tisíc Kč za otopné období. Při pořizovací ceně okolo 80 tis. Kč se prostá návratnost rekuperace pohybuje okolo 7,6 let.

Prostý nebo entalpický výměník?

Fyzikálně přesný výpočet přínosu rekuperace by musel pracovat s přesným počtem osob v domě, analyzovat jejich přítomnost i fyzickou aktivitu minimálně každou hodinu, analyzovat měnící se vlhkost vzduchu, velikost vnějších a vnitřních tepelných zisků, během provozu měnící se účinnost rekupeace atd. Takový výpočet přesahuje stanovený účel pomůcky. Zkušený odborník může orientační výpočet upřesnit přesnějším zadáním výchozích údajů oproti předvoleným.

Nejen odborníci, ale stále častěji i uživatelé větracích jednotek s rekuperací požadují tzv. entalpický výměník. Ten, na rozdíl od prostého, zajistí nejen přestup části tepla z odváděného teplejšího vzduchu do přiváděného studenějšího, ale stejným směrem i převedení části vodních par. To je významné v zimě, kdy venkovní vzduch má sice vysokou relativní vlhkost, ale přitom obsahuje malé množství vodních par, a po jeho ohřátí na teplotu v místnosti se tento vzduch jeví jako velmi suchý s negativními následky na zdraví lidí. Význam rekuperace tepla na úsporu energií a vliv výměníku převádějícího i vlhkost vzduchu ukazuje příklad z reálné instalace prostřednictvím aplikace pro chytrý telefon zobrazující aktuální hodnoty z čidel, které využívá elektronický systém řízení větrací jednotky, viz obrázek.

S jakou účinností právě pracuje rekuperace?

Orientačně lze účinnost za daných podmínek zjistit s využitím pomůcky Výpočet teploty přiváděného vzduchu při větrání s rekuperací. Do zadávacích polí zadáme přibližnou teplotu venkovního vzduchu 7 °C, teplotu vzduchu v místnosti 23 °C a postupnými změnami účinnosti se zbývajícím teplotám nejvíce přiblížíme při účinnosti okolo 89 %.