image 95985 25 v1
Galรฉria(4)

Podlahovรฉ vykurovanie v kombinรกcii s tradiฤnรฝmi a obnoviteฤพnรฝmi zdrojmi tepla

Partneri sekcie:

Smernica Eรš o energetickej hospodรกrnosti budov (Directive 2010/31/EU) poลพaduje, aby vลกetky novรฉ budovy postavenรฉ po roku 2020 spฤบลˆali ลกtandard budov s takmer nulovou potrebou energie. Z pohฤพadu zabezpeฤenia tepelnej pohody vykurovanรญm to znamenรก znรญลพiลฅ tepelnรฉ straty prechodom cez teplovรฝmennรฝ obal budovy a vetranรญm a nรกsledne pokryลฅ zostรกvajรบce malรฉ mnoลพstvo energie najmรค โ€žzelenouโ€œ energiou z obnoviteฤพnรฝch zdrojov.

tab
vzorec
obr

Napriek tomu sa v sรบฤasnosti vรคฤลกina novรฝch rodinnรฝch domov na Slovensku vykuruje pomocou energie vyrobenej z fosรญlnych palรญv โ€“ plynovรฝm kondenzaฤnรฝm kotlom, elektrickรฝm kotlom ฤi elektrickรฝm podlahovรฝm vykurovanรญm. Prรญspevok sa zaoberรก porovnanรญm energetickej nรกroฤnosti podlahovรฉho vykurovania kombinovanรฉho s tradiฤnรฝmi zdrojmi tepla a s tepelnรฝm ฤerpadlom. 

Budovy majรบ na celkovej spotrebe energie v Eurรณpskej รบnii podiel takmer 40 % [1]. S cieฤพom zvyลกovania energetickej hospodรกrnosti budov vyjadrenej najmรค potrebou primรกrnej energie sa v poslednรฝch rokoch zaviedli do praxe viacerรฉ prรกvne predpisy [2, 3, 4, 5]. Zvรฝลกenie hrรบbky a kvality tepelnej izolรกcie viedlo k znรญลพeniu potreby tepla na vykurovanie a umoลพnilo ลกirลกie vyuลพitie nรญzkoteplotnรฝch sรกlavรฝch vykurovacรญch systรฉmov vo forme teplovodnรฉho podlahovรฉho vykurovania ฤi elektrickรฝch vykurovacรญch rohoลพรญ.

Nรกstup teplovodnรฝch sรกlavรฝch systรฉmov nรกsledne vฤaka teplote vykurovacej lรกtky blรญzkej teplote vzduchu v interiรฉri vรฝrazne rozลกรญril moลพnosti vyuลพitia obnoviteฤพnรฝch zdrojov, ako sรบ tepelnรฉ ฤerpadlรก, solรกrne kolektory ฤi geotermรกlna energia na vykurovanie. Aj napriek klesajรบcej potrebe energie na vykurovanie vลกak potreba primรกrnej energie, ktorรก zรกvisรญ od energetickรฉho nosiฤa, mรดลพe byลฅ v dรดsledku vyuลพรญvania fosรญlnych palรญv pomerne vysokรก.

Sรกlavรฉ vykurovacie systรฉmy sรบ z hฤพadiska fyzikรกlneho princรญpu ich ฤinnosti komplexnรฝmi systรฉmami. Hoci sa teplo ลกรญri najmรค sรกlanรญm, vรฝraznรก ฤasลฅ sa odovzdรกva aj prรบdenรญm. V beลพnej praxi sa ฤinnosลฅ sรกlavรฝch vykurovacรญch systรฉmov opisuje ฤasto zjednoduลกenรฝmi matematickรฝmi modelmi. Na podrobnรฉ skรบmanie ich energetickej nรกroฤnosti treba pouลพiลฅ dynamickรฉ poฤรญtaฤovรฉ simulรกcie. V tejto ลกtรบdii sa na porovnanie energetickej nรกroฤnosti ลกtyroch variantov vykurovania jednopodlaลพnรฉho rodinnรฉho domu vyuลพรญva dynamickรก poฤรญtaฤovรก simulรกcia pomocou programu Trnsys.

Predmetnรฉ varianty reprezentujรบ typickรฉ vykurovacie systรฉmy inลกtalovanรฉ v rodinnรฝch domoch na Slovensku โ€“ teplovodnรฉ podlahovรฉ vykurovanie v kombinรกcii s plynovรฝm kondenzaฤnรฝm kotlom, resp. v kombinรกcii s elektrokotlom, elektrickรฉ podlahovรฉ vykurovanie a teplovodnรฉ podlahovรฉ vykurovanie s obnoviteฤพnรฝm zdrojom energie โ€“ tepelnรฝm ฤerpadlom vzduch โ€“ voda. Varianty sa porovnali z hฤพadiska roฤnej potreby energie a roฤnej potreby primรกrnej energie na vykurovanie.

Objekt

Na รบฤely ลกtรบdie sa navrhol samostatne stojaci jednopodlaลพnรฝ rodinnรฝ dom s mernou podlahovou plochou 144 m2 a svetlou vรฝลกkou 2,8 m. Rodinnรฝ dom je situovanรฝ v zรกstavbe podobnรฝch jednopodlaลพnรฝch rodinnรฝch domov na rovinatom pozemku v blรญzkosti Bratislavy. Objekt mรก tvar pรญsmena โ€žLโ€œ s maximรกlnymi vonkajลกรญmi rozmermi 15,0 ร— 15,0 m.

Tepelnotechnickรฉ parametre obalovรฝch konลกtrukciรญ vyhovujรบ poลพiadavkรกm uvedenรฝm v STN 73 0540-2/Z1 [6]. Sรบฤiniteฤพ prechodu tepla obvodovej steny je 0,19 W/(m2 . K), sรบฤiniteฤพ prechodu tepla plochej strechy je 0,13 W/(m2 . K) a tepelnรฝ odpor podlahy na terรฉne je 3,06 (m2 . K)/W. Otvorovรฉ konลกtrukcie sรบ plastovรฉ, zasklenรฉ izolaฤnรฝm trojsklom s Uw = 1,0 W/(m2 . K).

Prevรกdzka budovy

V rodinnom dome bรฝvajรบ ลกtyri osoby, kaลพdรก z nich produkuje poฤas svojej prรญtomnosti tepelnรฝ zisk 100 W. Objekt je plne obsadenรฝ vลกetkรฝmi osobami veฤer a v noci medzi 18:00 aลพ 7:00, v ฤase medzi 7:00 โ€“ 15:00 je rodinnรฝ dom prรกzdny a medzi 15:00 a 18:00 sa v dome nachรกdzajรบ dve osoby. Umelรฉ osvetlenie produkuje tepelnรฝ zisk 5 W/m2 a elektrickรฉ spotrebiฤe produkujรบ tepelnรฝ zisk 140 W. Rodinnรฝ dom sa vetrรก prirodzene infiltrรกciou a manuรกlnym vetranรญm oknami. Na รบฤely simulรกcie je nastavenรก konลกtantnรก vรฝmena vzduchu 0,3 1/h. V rรกmci vลกetkรฝch dnรญ v roku je v simulaฤnom programe nastavenรฝ rovnakรฝ ฤasovรฝ harmonogram.

Vykurovacรญ systรฉm

Odovzdรกvanie tepla

V troch prรญpadoch sa poฤรญtalo s vykurovanรญm nรญzkoteplotnรฝm podlahovรฝm vykurovanรญm pozostรกvajรบcim z vykurovacรญch hadov inลกtalovanรฝch v roznรกลกacom podlahovom potere. Rรบrky mali vonkajลกรญ priemer 0,02 m a boli inลกtalovanรฉ s rozstupom 0,2 m. Vzhฤพadom na plochu a pรดdorysnรฝ tvar uvaลพovanรฉho objektu sa navrhlo 8 vykurovacรญch okruhov, ktorรฉ sa napojili na centrรกlny rozdeฤพovaฤ a zberaฤ podlahovรฉho vykurovania.

Medzi zdrojom tepla (plynovรฝm kotlom, elektrokotlom, akumulaฤnรฝm zรกsobnรญkom) a rozdeฤพovaฤom sa nachรกdzalo potrubie s dฤบลพkou 10 m a s priemerom 0,04 m. Pri vykurovacom systรฉme sa poฤรญtalo s nรบtenรฝm obehom vykurovacej lรกtky pomocou obehovรฝch ฤerpadiel. V prรญpade elektrickรฉho podlahovรฉho vykurovania sรบ odporovรฉ kรกble umiestnenรฉ pod nรกลกฤพapnou vrstvou podlahy.

Zdroj tepla

V prรญpade plynovรฉho kondenzaฤnรฉho kotla sa poฤรญtalo s modelom s nominรกlnym vรฝkonom 13 kW, minimรกlnym vรฝkonom 20 % a s konลกtantnou รบฤinnosลฅou 97 %.

Elektrokotol mal maximรกlny vรฝkon 9 kW, minimรกlny vรฝkon rovnako 20 % a รบฤinnosลฅ 95 %. Konลกtantnรก รบฤinnosลฅ pri oboch kotloch sa na รบฤely simulรกcie nastavila z dรดvodu obmedzenia v simulaฤnom softvรฉri, kde nie je pri zvolenom matematickom modeli kotla moลพnรฉ zohฤพadniลฅ kondenzรกcie spalรญn ani nastaviลฅ รบฤinnosลฅ nad 100 %.

Maximรกlny vykurovacรญ vรฝkon tepelnรฉho ฤerpadla bol 9 kW s priemernรฝm vรฝkonovรฝm ฤรญslom (COP) 3,9. Pri pouลพitรญ tepelnรฉho ฤerpadla sa do vykurovacieho systรฉmu integroval akumulaฤnรฝ zรกsobnรญk s objemom 350 litrov. Elektrickรฉ vykurovacie rohoลพe mali maximรกlny vรฝkon 6 kW a pracovali s vรฝkonom 0/100 %.

Regulรกcia vykurovacieho systรฉmu

Na รบฤely energetickej simulรกcie sa poฤรญtalo s celรฝm objektom ako s jednou vykurovacou zรณnou. Pri vykurovacรญch systรฉmoch s teplonosnou lรกtkou voda bol systรฉm regulovanรฝ na zdroji tepla ekvitermicky s obmedzenรญm maximรกlnej teploty vykurovacej vody na 40 ยฐC poฤas pobytu osรดb v rodinnom dome a na 35 ยฐC poฤas udrลพiavania teploty v ฤase neprรญtomnosti obyvateฤพov.

ลฝelanรก teplota vnรบtornรฉho vzduchu sa pohybovala v rozmedzรญ 20 aลพ 22 ยฐC a bola regulovanรก jednรฝm centrรกlnym PI regulรกtorom. Priebeh maximรกlnych nastavenรฝch teplรดt teplonosnej lรกtky, ลพelanej teploty vzduchu a prรญtomnosลฅ osรดb v priestore sรบ zobrazenรฉ na obr. 1. Pri elektrickรฝch vykurovacรญch rohoลพiach sa zvolila plynulรก regulรกcia vรฝkonu v zรกvislosti od teploty vnรบtornรฉho vzduchu.

Obr. 1 Maximálna teplota vykurovacej vody Tmax (ฤiarkovaná ฤiara), ลพelaná teplota vnútorného vzduchu (plná ฤiara) a prítomnosลฅ obyvateฤพov v rodinnom dome poฤas 24 hodín simulácie

Obr. 1 Maximรกlna teplota vykurovacej vody Tmax (ฤiarkovanรก ฤiara), ลพelanรก teplota vnรบtornรฉho vzduchu (plnรก ฤiara) a prรญtomnosลฅ obyvateฤพov v rodinnom dome poฤas 24 hodรญn simulรกcie

Potreba primรกrnej energie

Pomocou dynamickej poฤรญtaฤovej simulรกcie v programe Trnsys sa vypoฤรญtala potreba energie pri vลกetkรฝch ลกtyroch variantoch vykurovacieho systรฉmu poฤas jeho roฤnej prevรกdzky. ฤŒasovรฝ krok vรฝpoฤtu bol 30 minรบt. Na vรฝpoฤet primรกrnej energie sa pouลพil vzorec (1) a faktor primรกrnej energie 1,1 pri zemnom plyne, resp. 2,2 pri elektrickej energii [5]. Platรญ, ลพe

kde

Eprim je mnoลพstvo primรกrnej energie pri zvolenom energetickom nosiฤi (kWh/m2);
Econsumed โ€“ dodanรฉ mnoลพstvo energie na vy- kurovanie zo zemnรฉho plynu alebo z elektrickej energie, ktorรฉ bolo vรฝsledkom simulรกcie (kWh/m2);
CPE โ€“ faktor primรกrnej energie.

Celkovรฉ mnoลพstvo dodanej energie na vykurovanie pozostรกva z potreby tepla na vykurovanie, tepelnรฝch strรกt spรดsobenรฝch nedokonalรฝm odovzdรกvanรญm tepla, tepelnรฝch strรกt z distribuฤnรฉho systรฉmu, z akumulรกcie tepla v prรญpade akumulaฤnรฉho zรกsobnรญka a z tepla potrebnรฉho na pokrytie strรกt pri vรฝrobe. Prehฤพad energie dodanej v palive, vlastnej spotreby energie na pohon cirkulaฤnรฝch ฤerpadiel a celkovej primรกrnej energie pri jednotlivรฝch variantoch vykurovania inลกtalovanรฉho v rodinnom dome je uvedenรฝ v tab. 1.

Tab. 1 Potreba energie a potreba primárnej energie pre podlahové vykurovanie s rôznymi zdrojmi tepla

Diskusia

Rozdiel v potrebe energie na vykurovanie pri pouลพitรญ nรญzkoteplotnรฉho podlahovรฉho vykurovania v kombinรกcii s plynovรฝm kondenzaฤnรฝm kotlom a elektrokotlom je 2 %. Dรดvodom je rozdiel v รบฤinnosti oboch kotlov. Potreba energie na vykurovanie elektrickรฝmi podlahovรฝmi rohoลพami je o 24 aลพ 26 % niลพลกia v dรดsledku presnej a flexibilnej regulรกcie s malรฝmi teplotnรฝmi vรฝkyvmi a stabilnou teplotou interiรฉru. Vykurovacรญ systรฉm s tepelnรฝm ฤerpadlom mal najniลพลกiu potrebu energie, len 1/4 aลพ 1/3 v porovnanรญ s tradiฤnรฝmi zdrojmi tepla.

Pri porovnanรญ potreby primรกrnej energie v rรกmci jednotlivรฝch variantov sรบ vรฝsledky odliลกnรฉ. Kรฝm vykurovacรญ systรฉm s plynovรฝm kondenzaฤnรฝm kotlom spotrebuje 91 kWh/(m2 . a) primรกrnej energie, rovnakรฝ vykurovacรญ systรฉm s elektrokotlom spotrebuje 185 kWh/(m2 . a) primรกrnej energie, ฤo predstavuje nรกrast o 103 %.

Elektrickรฉ vykurovacie rohoลพe majรบ napriek niลพลกej potrebe energie na vykurovanie v porovnanรญ s tradiฤnรฝmi zdrojmi potrebu primรกrnej energie oproti kondenzaฤnรฉmu kotlu vyลกลกiu o 51 %. Najvรฝhodnejลกรญm variantom z pohฤพadu primรกrnej energie je tepelnรฉ ฤerpadlo, pri ktorom je potreba primรกrnej energie o 98 aลพ 302 % niลพลกia v porovnanรญ s variantmi vyuลพรญvajรบcimi tradiฤnรฉ zdroje tepla.

Zรกver

ล tรบdia preukรกzala moลพnosti aplikรกcie dynamickej poฤรญtaฤovej simulรกcie pri vรฝpoฤte energetickej bilancie vykurovacieho systรฉmu. Vรฝhodou takejto simulรกcie je schopnosลฅ zachytiลฅ dynamickรฉ zmeny a procesy, ktorรฉ prebiehajรบ vo vykurovacom systรฉme vzhฤพadom na veฤพmi malรฝ vรฝpoฤtovรฝ krok (v tomto prรญpade 30 minรบt) a prepracovanรฝ matematicko-fyzikรกlny model. Simulรกcia potvrdila potenciรกl redukcie potreby primรกrnej energie tepelnรฝm ฤerpadlom v porovnanรญ s tradiฤnรฝmi zdrojmi energie, a to aลพ v rozsahu stoviek percent.

Predmetom ลกtรบdie nebola prรญprava teplej vody, na ktorรบ sa v rodinnรฝch domoch ฤasto vyuลพรญva rovnakรฝ zdroj tepla ako na vykurovanie. Rovnako nebolo predmetom ลกtรบdie porovnanie ekonomickej vรฝhodnosti variantov. V praxi je stรกle ฤastรฝm javom uprednostลˆovanie tradiฤnรฝch zdrojov energie najmรค pre ich priaznivรฉ investiฤnรฉ nรกklady. Naopak, rozลกรญreniu vyuลพรญvania tepelnรฝch ฤerpadiel brรกnia zvyฤajne prรกve vyลกลกie investiฤnรฉ nรกklady v porovnanรญ s tradiฤnรฝmi zdrojmi tepla.

 

Ing. Lucia Kudivรกni, doc. Ing. Michal Krajฤรญk, PhD.
Autori pรดsobia na Katedre TZB Stavebnej fakulty STU v Bratislave.
Recenzovala: doc. Ing. Daniela Koudelkovรก, PhD.

Prรกca bola podporenรก Agentรบrou na podporu vรฝskumu a vรฝvoja na zรกklade Zmluvy ฤ. DS-2016-0030 a grantom VEGA ฤ. 1/0807/17.

Obrรกzok: autori

Ilustraฤnรฉ foto: Viessmann

 

Literatรบra

  1. Smernica Eurรณpskeho parlamentu a Rady 2010/31/Eรš o energetickej hospodรกrnosti budov. 
  2. Zรกkon ฤ. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodรกrnosti budov a o zmene a doplnenรญ niektorรฝch zรกkonov.
  3. Zรกkon ฤ. 300/2012 Z. z., ktorรฝm sa menรญ zรกkon ฤ. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodรกrnosti budov.
  4. Vyhlรกลกka Ministerstva dopravy, vรฝstavby a regionรกlneho rozvoja Slovenskej republiky ฤ. 364/2012 Z. z., ktorou sa vykonรกva zรกkon ฤ. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodรกrnosti budov a o zmene a doplnenรญ niektorรฝch zรกkonov v znenรญ neskorลกรญch predpisov.
  5. Vyhlรกลกka Ministerstva dopravy, vรฝstavby a regionรกlneho rozvoja Slovenskej republiky ฤ. 324/2016 Z. z., ktorou sa vykonรกva zรกkon ฤ. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodรกrnosti budov a o zmene a doplnenรญ niektorรฝch zรกkonov v znenรญ neskorลกรญch predpisov.
  6. STN 73 0540-2/Z1 Tepelnรก ochrana budov. Tepelnotechnickรฉ vlastnosti stavebnรฝch konลกtrukciรญ a budov. ฤŒasลฅ 2: Funkฤnรฉ poลพiadavky.

ฤŒlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZB Haustechnik 4/2017.

Najฤรญtanejลกie