ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE Elektrotechnická fakulta

Diplomová práca

2006 Simona Vaňková

DIPLOMOVÁ PRÁCA

1.1.1 Priezvisko a meno: VAŇKOVÁ Simona Rok: 2006 1.1.2 Názov diplomovej práce: Nízkoenergetický dom

2 3 Fakulta: elektrotechnická Katedra: výkonových

elektrotechnických systémov

Počet strán: 62 Počet obrázkov: 12 Počet tabuliek: 29

Počet grafov: 0 Počet príloh: 2 Počet použitých literatúr: 13

Anotácia: Táto diplomová práca sa zaoberá problematikou rekonštrukcie existujúcej

budovy na budovu s nízkou energetickou spotrebou. Návrh dodatočných

rekonštrukčných opatrení je robený na základe výpočtu tepelných strát a ziskov budovy

podľa normy. Výsledkom práce je komplexný návrh rekonštrukcie z hľadiska

zefektívnenia energetickej náročnosti prevádzky budovy a vyčíslenie nákladov.

Annotation: In my graduation thesis is described themes of reconstruction of present

building. Design of additional modifications for house with less energy losses is made

in according with standards and thermal equations. Result of this work is complex

project of reconstruction, cut-down losses, energy frugality and calculation of costs.

Kľúčové slová: nízkoenergetický dom, solárny kolektor, TÚV, tepelná izolácia, tepelné straty, tepelné zisky

Vedúci diplomovej práce: doc. Ing. Milan NOVÁK, PhD.

Recenzent diplomovej práce:

Konzultant diplomovej práce:

Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006

Zoznam skratiek a symbolov A' (m2) plocha celková počítanej časti pri výpočte tepelnej straty

A0 (m2) plocha otvorov pri výpočte tepelnej straty

A (m2) rozdiel plôch A' a A0

Aop (m2) plocha zasklenia pri výpočte tepelných ziskov

AJ (m2) plocha použitého južného okna

As (m2) plocha ktorú chceme izolovať

ASJ (m2) plocha skla použitého južného okna

AS (m2) plocha použitého severného okna

ASS (m2) plocha skla použitého severného okna

AV (m2) plocha použitého východného okna

ASV (m2) plocha skla použitého východného okna

AZ (m2) plocha použitého západného okna

ASZ (m2) plocha skla použitého západného okna

cm (-) činiteľ využitia slnečného žiarenia

cn (-) činiteľ dopadu slnečného žiarenia

cV (J·kg-1·K-1) merné tepelná kapacita vzduchu

di (m) hrúbka jednotlivých materiálov

D (-) počet “deňstupňov“

Egm (kW·h·mes-1·m-1) globálne slnečné žiarenie za mesiac

iLV (m3·m-1·s-1·Pa-0,67) koeficient prievzdušnosti

iLVD (m3·m-1·s-1·Pa-0,67) koeficient prievzdušnosti dverí

iLVO (m3·m-1·s-1·Pa-0,67) koeficient prievzdušnosti okna

L (m) súčet dĺžok cez ktoré môže vzduch prechádzať

M (-) charakteristika miestnosti

NED nízkoenergetický dom

n0 (-) počet otvorov v ploche pri výpočte tepelnej straty

nmin (h-1) minimálna intenzita výmeny vzduchu

n50 (h-1) intenzita výmeny vzduchu pri tlakovom rozdiele 50 Pa

nJ (-) počet okien na južnej stene

nS (-) počet okien na severnej stene

nV (-) počet okien na východnej stene

nZ (-) počet okien na západnej stene

P (m) obvod podlahy

PL (W) tepelný výkon obyvateľov

PM (W) tepelný výkon muža

PZ (W) tepelný výkon ženy

p1 (-) prirážka na vyrovnanie vplyvu chladných konštrukcií

p2 (-) prirážka na urýchlenie vykúrenia domu

p3 (-) prirážka na svetovú stranu

Q (W) maximálna tepelné strata prestupom a vetraním

Q0 (W) celková tepelná strata prestupom s prirážkou p3

Q0J (W) tepelná strata prestupom južnej steny s prirážkou p3

Q0J‘ (W) čiastkové tepelné straty prestupom južnej steny

QvJ (W) tepelná strata vetraním južnej steny

Q0S (W) tepelná strata prestupom severnej steny s prirážkou p3

Q0S‘ (W) čiastkové tepelné straty prestupom severnej steny

QvS (W) tepelná strata vetraním severnej steny

Q0Z (W) tepelná strata prestupom západnej steny s prirážkou p3

Q0Z‘ (W) čiastkové tepelné straty prestupom západnej steny

QvZ (W) tepelná strata vetraním západnej steny

Q0V (W) tepelná strata prestupom východnej steny s prirážkou p3

Q0V‘ (W) čiastkové tepelné straty prestupom východnej steny

QvV (W) tepelná strata vetraním východnej steny

Q0PS (W) tepelná strata prestupom podlahy a stropu s prirážkou p3

Q0PS‘ (W) čiastkové tepelné straty prestupom podlahy a stropu

QP (W) celkové straty prestupom vrátane prirážok p1, p2 a p3

Qv (W) straty vetraním počítanej časti

QvD (W) dodatočná straty vetraním

QvH (W) celkové straty prirodzeným vetraním

QVO’ (kW·h) celkové tepelná energia potrebná cez vykurovacie obdobie

QVO (kW·h) celkové tepelná energia potrebná cez vykurovacie obdobie

po odčítaní tepelných ziskov

QZm (kW·h·mes-1) priemerný solárny tepelný zisk za mesiac

Rse (m2·K·W-1) odpor pri prestupe tepla na vonkajšej strane konštrukcie

Rsi (m2·K·W-1) odpor pri prestupe tepla na vnútornej strane konštrukcie

RSM (m2·K·W-1) tepelný odpor materiálu obvodovej steny

s (-) tieniaci súčiniteľ pri výpočte solárnych ziskov

S (m2) podlahová plocha domu

SPD (m2) zastavaná plocha domu

te (˚C) priemerná teplota vo vykurovacom období

tem (˚C) vonkajšia najnižšia výpočtová teplota

ti (˚C) vnútorná výpočtová teplota

tm (˚C) súčtová teplota miestnosti

tv (˚C) teplota vzduchu

tp (˚C) priemerná teplota vnútorných plôch miestnosti

T (-) celková priepustnosť skla

T1 (-) priepustnosť slnečného žiarenia

T2 (-) koeficient znečistenia skla

T3 (-) činiteľ zasklenia

TČ tepelné čerpadlo

TOE tona ekvivalentného oleja

TÚV teplá úžitková voda

U (W·m-2·K-1) tepelná vodivosť

U1 (W·m-2·K-1) tepelná vodivosť obvodovej steny

U2 (W·m-2·K-1) tepelná vodivosť stropu

U3 (W·m-2·K-1) tepelná vodivosť podlahy

UC (W·m-2·K-1) celková tepelná vodivosť

UO (W·m-2·K-1) tepelná vodivosť okien

UD (W·m-2·K-1) tepelná vodivosť dverí

v (m) výška budovy

VVH (m3·h-1) objem vzduchu, ktorý sa vymení za hodinu

VVmin (m3·h-1) min. objem vzduchu ktorý sa musí vymeniť za hodinu

Vm (m3) objem budovy

VVD (m3·h-) objem vzduchu, ktorý sa musí ešte dodatočne vymeniť

λ i (W·m-1·K-1) merná tepelná vodivosť materiálov

λD (W·m-1·K-1) súčiniteľ tepelnej vodivosti dverí

β (Pa0,67) charakteristické číslo budovy

ε (-) súčiniteľ zohľadňujúci nesúčasnosť vplyvov

Vρ (kg·m-3) hustota vzduchu

Obsah Zoznam skratiek a symbolov .................................................................................. 6 Úvod ........................................................................................................................ 9

1. Problematika nízkoenergetického domu, podmienky, úspory energie, ekológia.... 10 1.1. Nízkoenergetické rodinné domy....................................................................... 10 1.2. Úspory energie.................................................................................................. 12 1.3. Ekológia............................................................................................................ 13

2. Technická a ekonomická analýza energetickej náročnosti rodinného domu ......... 14

2.1. Základné parametre rodinného domu............................................................... 14 2.2. Určenie tepelnej vodivosti stavebných častí a variantné výpočty.................... 15 2.2.1. Vonkajšia obvodová stena............................................................................. 15 2.2.2. Strop.............................................................................................................. 16 2.2.3. Podlaha.......................................................................................................... 16 2.2.4. Typ okien a vonkajších dverí........................................................................ 17 2.3. Energetická náročnosť prevádzky rodinného domu......................................... 17

3. Výpočet tepelnej straty podľa STN 06 0210.......................................................... 18 4. Tepelné zisky........................................................................................................... 24 4.1. Solárne zisky oknami....................................................................................... 24 4.2. Tepelné zisky od zariadení v dome.................................................................. 26 4.3. Tepelné zisky od obyvateľov domu................................................................. 26 4.4. Odčítanie tepelných ziskov od tepelných strát a bilancia spotreby tepelnej

energie na kúrenie.................................................................................................... 27 5. Aplikácia zásad projektovania nízkoenergetického domu na rodinný dom............ 28

5.1. Tepelná izolácia................................................................................................ 28 5.1.1. Rozdelenie tepelných izolácií........................................................................ 29 5.1.2. Oblasti použitia tepelných izolácií................................................................. 30 5.1.3. Dôvody zatepľovania obvodových stien....................................................... 32 5.2. Slnečná energia................................................................................................. 33 5.2.1. Pasívne využitie slnečnej energie.................................................................. 34 5.2.1.1. Pasívne solárne systémy............................................................................. 34 5.2.2. Aktívne využitie slnečnej energie................................................................. 35 5.2.2.1. Slnečné kolektory....................................................................................... 36 5.2.2.2. Solárne články............................................................................................ 39 5.2.2.3. Tepelné čerpadlá........................................................................................ 41 5.3. Mechanické vetranie s rekuperáciou tepla....................................................... 44 5.4. Nízkoteplotný vykurovací systém.................................................................... 46 5.5. Návrh opatrení.................................................................................................. 49 5.5.1 Určenie dodatočnej izolácie pre obálku budovy............................................. 49 5.5.2 Pasívne a aktívne využitie slnečnej energie.................................................... 51 5.5.3 Nízkoteplotný vykurovací systém.................................................................. 51

6. Technicko-ekonomické vyhodnotenie zvoleného riešenia...................................... 52 6.1. Technické vyhodnotenie zvoleného riešenia.................................................... 52

6.2. Ekonomické vyhodnotenie zvoleného riešenia................................................. 57 Záver........................................................................................................................ 59 Zoznam použitej literatúry....................................................................................... 61 Zoznam príloh.......................................................................................................... 62

4 Úvod

Už celé storočia ľudia používali energiu na zabezpečenie tepla, svetla a varenie jedla v ich

príbytkoch. Energia bola zvyčajne získavaná z ohňa, pálením dreva, oleja alebo sviečok. Neskôr boli

skonštruované výkonné elektrické generátory, ktoré dodnes dodávajú elektrickú energiu elektrickým

spotrebičom takmer po celom svete. Elektrická energia je často vhodnejší zdroj energie pretože môže byť

použitá na premenu na všetky druhy energie. Od tepelnej cez mechanickú, elektromagnetickú až po

chladiacu. Takmer všetky aj bez nášho vedomia používame v našich príbytkoch. Či už je to žiarovka,

magnetofón, televízor, chladnička alebo mikrovlná rúra.

Energetické nároky na náš pohodlný život stále rastú a približne 90 % zdrojov na výrobu elektrickej

energie sú zdroje vyčerpateľné. Každý z nás si začína uvedomovať ako sa zásoby fosílnych palív na našej

planéte vyčerpávajú, zatiaľ čo využitie obnoviteľných zdrojov je iba v začiatkoch. Stále viac je počuť

o potrebe šetrenia elektrickou energiou a o ohľaduplnosti k životnému prostrediu. V neposlednom rade je

to stále rastúca cena za elektrinu. Každý z nás môže prispieť k tomu, aby sme žili a bývali ekologicky,

aby sme chránili svoje životné prostredie a zároveň ušetrili.

Cieľom mojej diplomovej práce je analýza energetickej náročnosti rodinného domu. Aké stavebné

materiály a v akých rozmeroch sú použité, aké druhy energie a v akej miere sú spotrebúvané. V práci by

som sa ďalej chcela venovať výpočtom tepelných strát a návrhom riešenia na ich zníženie. Aplikovať

opatrenia, ktoré sú potrebné pre dosiahnutie parametrov nízkoenergetického domu a zvážiť či sú tieto

opatrenia ekonomicky výhodné.

1. Problematika nízkoenergetického domu, podmienky, úspory energie, ekológia

Posledné desaťročia sa dostáva do povedomia ľudstva výraz ekoenergia. Vzniká veľa hnutí, ktoré

bojujú proti výrobe energie v jadrových, tepelných, dokonca aj vodných elektrárňach. Často počujeme

o alternatívnych zdrojoch energie a ich neobmedzených a nevyčerpateľných možnostiach využívania.

Ale pravda je tiež taká,

že ak by sme chceli vyrábať energiu týmto spôsobom, boli by zastavané obrovské plochy pôdy

a ekonomicky by to bolo pre ľudstvo nevýhodné. Nastáva teda otázka: Ako sa dá skĺbiť ekológia

s ekonómiou tak, aby sme mohli mať z toho osoh, a nie len dobrý pocit. Jeden zo spôsobov riešenia by

mohol byť nízkoenergetický dom (NED).

4.1.1 Charakteristika vnútornej klímy v NED Tepelná pohoda - miestnosti majú vzhľadom na ich spôsob využitia optimálne zvolenú stabilnú teplotu,

ktorá má vo vertikálnom smere takmer rovnomerný priebeh.

Pohyb vzduchu - nevzniká prievan a pocit chladu z prúdenia vzduchu.

Kvalita a vlhkosť vzduchu - riadeným vetraním sa zabezpečuje odvedenie vlhkosti

a stály prívod čerstvého vzduchu.

Bezprašnosť - nízkou rýchlosťou pohybu vzduchu nevzniká prašnosť.

Osvetlenie - vďaka väčšiemu preskleniu okien je zabezpečené dostatočné presvetlenie interiéru.

Psychologická pohoda - pocit pohody umocňujú použité prírodné materiály.

Škodliviny zo stavebných materiálov - sú vylúčené dôsledným výberom neškodných materiálov.

Škodlivé žiarenia - eliminácia pôsobenia rôznych žiarení (pozemské žiarenie, elektrosmog,..) už v návrhu

domu.

1.1 Nízkoenergetické rodinné domy

Pojem nízkoenergetický dom nie je u nás už neznámy pojem, ide o bývanie s nízkou spotrebou

energie. Ide o progresívne riešené rodinné domy, s kvalitnou termoizoláciou

a teda s nízkymi prevádzkovými nákladmi, čo je výhodné najmä v čase neustáleho nárastu cien energií.

Aj v takýchto domoch je potrebné vykurovanie ústredným kotlom, lenže úspora nákladov na kúrenie

a klimatizáciu je štyridsať až päťdesiat percent.

To znamená, že vynaložené peniaze na stavbu takéhoto domu sa veľmi rýchlo vrátia, systém vykurovania

zabezpečí pohodu v interiéri podľa momentálnych požiadaviek.

Za nízkoenergetický dom sa pokladá taký, ktorého spotreba za rok na vykurovanie

je nižšia ako päťdesiat kWh na meter štvorcový vykurovanej podlahovej plochy.

Problematiku nízkoenergetického domu nemôžeme zúžiť len na charakteristické

prvky, akými sú energetické úspory, výber ekologicky vhodných stavebných materiálov

alebo tvorba zdravej vnútornej klímy. Nízkoenergetický dom by mal v plnej miere

vyhovovať popri škále všeobecných požiadaviek a nárokov kladených na budovy aj

špecifickým požiadavkám, akými sú napr. efektívny spôsob výstavby pri použití

optimálnych stavebných materiálov, technických prvkov a najmodernejších šetrných

technológií, ako aj trvanlivosť a bezporuchovosť stavebných konštrukcií, zhodnotenie

vložených investícií a v neposlednom rade ohľaduplnosť k prostrediu.

4.2 Tri dôvody, prečo sa rozhodnúť pre nízkoenergetický ekologický dom:

1.) zabezpečenie optimálnej, zdravotne neškodnej vnútornej klímy, vyššia kvalita

bývania,

2.) nízke prevádzkové náklady,

3.) priaznivý vplyv na životné prostredie a maximálne zníženie nepriaznivých vplyvov

na životné prostredie. 4.3 Zásady pre návrh nízkoenergetického domu

5 1.) Navrhnutie budovy v súlade s okolitým prostredím

Zvoliť kompaktnú stavebnú formu, umiestniť budovu s ohľadom na miestnu klímu,

tvar terénu, vegetáciu, orientáciu na svetové strany a spôsob okolitej zástavby.

6 2.) Využitie slnečného žiarenia

Použitie primerane veľkých južne orientovaných okien, využitie transparentných

tepelných izolácií, prípadne zriadenie zimnej záhrady. Dôležitým opatrením je

akumulácia pasívnych energetických ziskov a letná tepelná ochrana (tienenie) proti

prehrievaniu budovy.

7 3.) Zvýšenie tepelnej ochrany budovy

Realizácia veľkého tepelnoizolačného štandardu a zabránenie vzniknutiu tepelných

mostov.

8 4.) Využitie riadeného vetrania a zabezpečenie vzduchotesnosti obalových

konštrukcií

Riadené vetranie zabezpečuje potrebný prísun čerstvého vzduchu v požadovanej

kvalite s minimálnymi energetickými stratami, pretože časť tepla odvádzaného

vzduchu sa dá spätne využiť. Pre zamedzenie energetických strát je dôležité

vyhotovenie vzduchotesných stien a strechy.

9 5.) Zvoliť optimálny zdroj na pokrytie zvyškovej potreby tepla

Využitie obnoviteľných zdrojov tepla. Nízkoenergetické domy majú nízku spotrebu

tepla a vystačia so zariadeniami s menším výkonom (napr. tepelné čerpadlá),

prípadne s malým množstvom paliva (napr. drevo).

10 6.) Zvoliť nízkoteplotný vykurovací systém pre distribúciu tepla, zvoliť

energeticky úspornú výrobu teplej vody

Nízke teploty vykurovacích médií vedú k menším tepelným stratám, to platí pre

distribúciu aj pre prípravu tepla. Použitie aktívneho solárneho zariadenia (solárne

kolektory), alebo tepelné čerpadlá. 7.) Správne "používanie" domu, využívanie energeticky úsporných spotrebičov

Pre optimálnu prevádzku je nevyhnutné správne nastavenie technických zariadení

pre dennú a nočnú prevádzku, a pre rôzne ročné obdobia.

1.2 Úspory energie

10.1.1.1 Tab. 1.1. Porovnanie energetickej spotreby a potrebného úpravy pre jej dosiahnutie

Typ domu Energetická

spotreba (kWh·m-2 za rok)

10.1.1.2 Opatrenia

Bežný dom 100 – 195 -

zvýšenie tepelnoizolačných hodnôt obvodového plášťa

cielené využitie pasívnych solárnych prvkov využitie aktívnych solárnych prvkov

Energeticky úsporný dom 50 – 70

úsporný konvenčný vykurovací systém.

použitie vysokokvalitnej tepelnej izolácie plášťa

pasívne aj aktívne využitie slnečnej energie

mechanické vetranie s rekuperáciou tepla Nízkoenergetický dom 30 – 50

nízkoteplotný vykurovací systém

dokonalý obal budovy pasívne aj aktívne využitie slnečnej energie mechanické vetranie s rekuperáciou tepla

Energeticky pasívny dom 5 - 15

bez konvenčného vykurovacieho systému 1.3 Ekológia

Globálne otepľovanie a klimatické zmeny, ku ktorým dochádza, spôsobil človek

vytvorením skleníkového efektu. Spaľovaním fosílnych zdrojov energie, odlesňovaním,

vysušovaním povrchu Zeme a intenzívnou poľnohospodárskou a živočíšnou

produkciou sa dostáva do atmosféry veľké množstvo plynov, ktoré celkovo spôsobujú,

že sa okrem iných dôsledkov počas nasledujúcich rokov bude zvyšovať teplota vzduchu

na Zemi a následkom toho vzrastie hladina morí. To bude mať ďalekosiahly dopad na

všetkých obyvateľov planéty.

K zhoršovaniu stavu životného prostredia prispieva svojou mierou aj stavebníctvo:

- vyčerpávaním neobnoviteľných zdrojov energie, nadmernou ťažbou niektorých

obnoviteľných zdrojov energie a stavebných surovín (vplyv na ekosystém,

zmena charakteru krajiny), - lokálnym znehodnotením prostredia (hluk, emisie,...),

- zaberaním vysokohodnotnej pôdy a zelene.

Budovy sú produktom stavebnej činnosti človeka, ich hlavnou úlohou je ochrana pred

klimatickými zmenami, t. j. pred teplom, chladom, dažďom atď. Ich úlohou je tiež zabezpečiť pre zdravie

a pohodu človeka okrem primeraného priestoru s estetickými kvalitami aj pocit bezpečia a optimálne

hygienické podmienky vnútornej klímy. Súčasné budovy mnohé z týchto úloh nedokážu splniť bez

dodania neúmerne vysokého množstva energie. Nízkoenergetický dom spája a optimalizuje obytný

komfort, kvalitu stavebných konštrukcií, energetickú a finančnú úspornosť a ochranu životného

prostredia [3].

2. Technická a ekonomická analýza energetickej náročnosti rodinného

domu

2.1 Základné parametre rodinného domu

Je to samostatne stojaci celopodpivničeny dvojpodlažný rodinný dom v oblasti

Žiliny. Má sedem obytných miestností a veľkú samostatnú chodbu.

podlahová plocha domu S = 160,7 m2,

zastavaná plocha domu SPD = 114,24 m2,

vonkajšia výpočtová teplota (oblasť Žiliny) tem = - 18 °C,

vnútorná výpočtová teplota ti = + 21 °C,

výpočtová teplota pivnice tp = + 12 °C,

priemerná teplota vo vykurovacom období te= 3,7 °C,

plocha použitého južného okna 1,8x1,35 AJ1 = 2,34 m2,

z toho plocha skla ASJ1 = 1,39 m2,

počet okien na južnej stene nJ = 4,

plocha použitého západného okna 1,8x1,35 AZ1 = 2,34 m2,

z toho plocha skla ASZ1 = 1,39 m2,

počet okien na západnej stene nZ = 4,

plocha použitého východného okna 1,3x1,35 AV1 = 1,755 m2,

z toho plocha skla ASV1 = 1,08 m2,

počet okien na východnej stene nV = 2,

plocha použitého severného okna 1,2x1,35 AS1= 1,62 m2,

z toho plocha skla ASS1= 0,93 m2,

plocha použitého severného okna 0,6x0,9 AS2 = 0,54 m2,

z toho plocha skla ASS2 = 0,22 m2,

počet okien na severnej stene nS = 8,

priepustnosť slnečného žiarenia (dve sklá) T1 = 0,81,

koeficient znečistenia skla T2 = 0,9,

činiteľ zasklenia (dvojité sklo) T3 = 0,9,

činiteľ dopadu slnečného žiarenia cn = 0,9,

koeficient prievzdušnosti okna iLVO = 0,21 m3·m-1·s-1·Pa-0,67,

koeficient prievzdušnosti dverí iLVD = 0.21 m3·m-1·s-1·Pa-0,67,

merná tepelná vodivosť dverí λD = 2,5 W·m-1·K-1,

výška budovy v = 7,4 m,

obvod podlahy P = 37,55 m,

charakteristické číslo budovy β = 8 Pa0,67,

Počet “deňstupňov“ pre oblasť Žiliny D = 2840.

Výpočet tepelných strát som robila podľa normy STN 06 0210 [5]. Počítala som

iba tepelné straty prestupom cez obálku domu keďže uvažujem rovnakú výpočtovú

vnútornú teplotu vo všetkých miestnostiach.

2.2 Určenie tepelnej vodivosti stavebných častí a variantné výpočty

∑ ++=

seRλd

siRU 1 (W·m-2·K-1), (2.1)

kde Rsi (m2·K·W-1) je odpor pri prestupe tepla na vnútornej strane konštrukcie,

Rse (m2·K·W-1) je odpor pri prestupe tepla na vonkajšej strane konštrukcie,

di (m) je hrúbka jednotlivých materiálov,

λ i (W·m-1·K-1) je merná tepelná vodivosť materiálov,

Rsi = 0,17 m2·K·W-1 (tepelný tok zhora nadol),

Rsi = 0,10 m2·K·W-1 (tepelný tok zdola nahor),

Rsi = 0,13 m2·K·W-1 (tepelný tok vodorovne),

Rse = 0,04 m2·K·W-1.

2.2.1 Vonkajšia obvodová stena

Obvodove murivo je prevedené z pórobetónových tvárnic o rozmeroch

30x30x40 cm.

Vrstvy ktoré tvoria vonkajšiu obvodovú stenu sú:

tvárnica PÓROBETÓN: d = 0,40 m, λ = 0,308 W·m-1·K-1,

vnútorná omietka: d = 0,03 m, λ = 0,698 W·m-1·K-1,

vonkajšia omietka: d = 0,03 m, λ = 0,872 W·m-1·K-1.

64680040

8720030

6980030

308040130

11 ,

,,,

,,

,,,

U =+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +++

= W·m-2·K-1.

Hodnota U1 = 0,6468 W·m-2·K-1 sa dá znížiť použitím dodatočnej izolácie,

pričom jej hrúbka nesmie byť ani veľmi tenká kvôli zvýšeniu strát a ani moc hrubá

kvôli zbytočným investíciám [6].

2.2.2 Strop

Nad suterénom a prízemím sú stropy prevedené z prefabrikovaných betónových

panelov PZD 50/450. Strop nad prvým podlažím je prevedený zo stropných drevených

trámov, chranený krovom, ktorý je z drevenej konštrukcie. Zastrešenie sa uskutočnilo

z pozinkovaného plechu, ktorého podklad tvorí debnenie (husté latovanie).

Vrstvy ktoré tvoria strop nad prvým podlažím sú:

sklená vata: d = 0,20 m, λ = 0,04 W·m-1·K-1,

betónový poter: d = 0,03 m, λ = 1,28 W·m-1·K-1,

doska vonkajšia: d = 0,025 m, λ = 0,41 W·m-1·K-1,

vzduchová medzera (hrady): d = 0,18 m, λ = 0,0251W·m-1·K-1,

doska vnútorná: d = 0,025 m, λ = 0,29 W·m-1·K-1,

vnútorná omietka(malta): d = 0,02 m, λ = 0,698 W·m-1·K-1·

1903,0040

698,002,0

29,0025,0

0251,018,0

41,0025,0

28,103,0

0402,0100

12 =

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛++++++

=,

,,

U W·m-2·K-

1

Z veľkosti hodnoty U2 je zrejmé, že dodatočná izolácia je potrebná.

2.2.3 Podlaha

Tepelnú vodivosť podlahy rátam pre prízemie (zároveň to je aj strop suterénu), nakoľko je suterén nevykurovaný.

betónový panel(suterén, prízemie): d = 0,12 m, λ = 0,23 W·m-1·K-1,

vnútorná omietka(malta): d = 0,02 m, λ = 0,698 W·m-1·K-1.

315111040

698,002,0

23012,0170

13 ,

,,

,U =

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛++

= W·m-2·K-1.

2.2.4 Typ okien a vonkajších dverí

V celom dome sú použité drevené kastlové okná (dvojokná).

Hodnota tepelnej vodivosti celého okna je približne UO = 3,5 W·m-2·K-1. Hodnotu UO

budem ďalej používať pri výpočte tepelnej straty prestupom.

Dvere vonkajšie

Použité vchodové dvere sú drevené s vákuovým dvojsklom s koeficientom

prievzdušnosti iLVD = 0,21 m3·s-1·m-1·Pa-0,67 a tepelnou vodivosťou UD = 3,5 W·m-2·K-1.

Hodnotu UD budem ďalej používať pri výpočte tepelnej straty prestupom.

2.3 Energetická náročnosť prevádzky rodinného domu

Rok Spotreba Cena (Sk) TOE kW·h Plyn 2003 2205 m3 17190,- 1,736 20191 2004 1196 m3 12846,- 0,942 10956 2005 1098 m3 14121,- 0,865 10060 El. energia 2003 5837 kW·h 15041,- 0,5 5837 2004 4898 kW·h 18406,- 0,42 4898 2005 12960 kW·h 25275,- 1,114 12960 Drevo 2003 15 m3 6000,- 3,015 31500 2004 15 m3 6000,- 3,015 31500 2005 15 m3 6000,- 3,015 31500 Voda 2003 236 m3 3794,- - 2004 196 m3 4355,- - 2005 94 m3 2125,- -

Spotreba vody klesla kvôli napojeniu úžitkovej vody na vlastnú studňu.

TOE – tona ekvivalentného oleja (1 TOE = 42.109 J) [8].

11 3. Výpočet tepelnej straty podľa STN 06 0210

Všetky okná, ktoré sú na dome použité sa dajú otvárať preto musíme uvažovať aj

straty vetraním [5]. Straty Qv vetraním sa počítajú:

( ) ( )∑ −⋅⋅⋅⋅⋅= eiLVv ttMLiQ β1300 (W), (3.1)

kde iLV (m3·m-1·s-1·Pa-0,67) je súčiniteľ prievzdušnosti,

L (m) je súčet dĺžok, cez ktoré môže vzduch prechádzať,

β (Pa0,67) je charakteristika budovy a je rovné 8 ak je budova v normálnej

krajine, nechránená,

M (-) je charakteristika miestnosti a je rovné 0,7 ak prievzdušnosť vnútorných

dverí je väčšia ako u okien.

( ) 49,1097,3217,08)4,411021,0(1300 4 =−⋅⋅⋅⋅⋅⋅= −VJQ W,

kde dĺžka cez ktorú môže prúdiť vzduch pre okna na južnej stene je

∑L = 4·((6·0,6) +(5·1,35)) = 41,4 m.

Podobne postupujem aj pri výpočte tepelnej straty vetraním pre vchodové dvere

( ) 59,247.3217,08)3,91021,0(1300 4 =−⋅⋅⋅⋅⋅⋅= −VJQ W.

Základná tepelná strata prestupom Q0 je daná vzorcom

( )ejij

jj ttAUQ −⋅⋅=∑0 (W), (3.2)

keď j je index j-tej časti konštrukcie.

Tab. 3.1. Tabuľka hodnôt p3 - prirážok na svetovú stranu

Svetová strana J S SZ Z V SV

prirážka p3 (-) -0,05 0,1 0,05 0 0,05 0,05

Tepelné straty som počítala postupne pre každú stenu zvlášť [5]. Uvádzam vzorový

výpočet pre južnú stenu

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) =−−⋅⋅+⋅+⋅=−⋅⋅= ∑ 18212,35,372,95,325,656864,00 emjij

jj ttAUQ

=++= 8,4368,13269,1645 3409,5 W

( ) ( ) 8,270205,015,34091' 300 =−⋅=+⋅= pQQ J W

Tab. 3.2. Hodnoty výpočtu tepelnej straty južnej steny

Južná stena

označenie časti domu SJ OJ OVJ DJ DVJ

L (m) 11,9 1,8 41,4 1,5 9,3

v (m) 6,3 1,35 - 2,1 -

A' (m2) 74,97 2,43 - 3,15 - no (-) 5 4 - 1 -

A0 (m2) 9,72 0 - 0 - A (m2) 65,25 9,72 - 3,15 - UJ (W·m-2·K-1) 0,6468 3,5 - 3,5 -

(ti-tem) (K) 39 39 - 39 - Q0J’ (W) 1645,9 1326,8 - 436,8 - QvJ (W) - - 109,5 24,6

∑ Q0J’ (W) 3409,5 p3 (-) -0,05 Q0J (W)vrátane prirážky p3 3239,0

kde L (m) je dĺžka počítanej časti,

v (m) je výška počítanej časti,

A' (m2) je plocha počítanej časti celková,

no (-) je počet otvorov v počítanej časti,

Ao (m2) je plocha otvorov počítanej časti,

A (m2) je plocha počítanej časti bez otvorov,

Q0 (W) je celková tepelná strata prestupom s prirážkou na svetovú stranu,

Q0’ (W) je tepelná strata prestupom bez prirážky na svetovú stranu,

Qv (W) je tepelná strata vetraním počítanej časti.

Analogicky som postupovala pri výpočte všetkých stien, podlahy a stropu.

Výsledky uvádzam v tabuľkách 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 a 3.6.

Tab. 3.3. Hodnoty výpočtu tepelnej straty severnej steny

Severná stena časť domu SS OSV OvSV OSM OvSM DB DvB

L (m) 11,9 1,2 12,9 0,6 18 0,74 6,68 v (m) 6,3 1,35 - 0,9 - 1,03 - A' (m2) 74,97 1,62 - 0,54 - 0,762 - no (-) 8 2 - 6 - 2 - A0 (m2) 6,48 0 - 0 - 0 - A (m2) 68,49 3,24 - 3,24 - 1,524 - U (W·m-2·K-1) 0,6468 3,5 - 3,5 - 3,5 - (ti-tem) (K) 39 39 - 39 - 39 - Q0S’ (W) 1727,7 442,3 - 442,3 - 208,0 - QvS (W) - - 34,12 - 47,6 - 17,67∑ Q0S’ (W) 2820,3

p3 (-) 0,1 Q0S (W) vrátane prirážky p3 2538,3

Tab. 3.4. Hodnoty výpočtu tepelnej straty západnej steny

Západná stena časť domu SZ OZ OvZ L (m) 9,6 1,8 41,4 v (m) 6,3 1,35 - A' (m2) 60,48 2,43 - no (-) 4 4 - A0 (m2) 9,72 0 - A (m2) 50,76 9,72 - U (W·m-2·K-1) 0,6468 3,5 - (ti-tem) (K) 39 39 - Q0Z’ (W) 1280,4 1326,8 - QvZ (W) - - 109,5 ∑ Q0Z’ (W) 2607,2 P3 (-) 0 Q0Z (W) 2607,2

Tab. 3.5. Hodnoty výpočtu tepelnej straty východnej steny

Východná stena časť domu SV OV OvV DB DvB

L (m) 9,6 1,3 13,3 0,74 6,68 v (m) 6,3 1,35 - 1,03 - A' (m2) 60,48 1,755 - 0,762 - no (-) 4 2 - 2 - A0 (m2) 5,034 0 - 0 - A (m2) 55,446 3,51 - 1,524 - U (W·m-2·K-1) 0,6468 3,5 - 3,5 - (ti-tem) (K) 39 39 - 39 - Q0V’ (W) 1398,6 479,1 - 208,0 - QvV (W) - - 35,2 - 17,67 ∑ Q0V’ (W) 2085,7 p3 (-) 0,05 Q0V (W) 2190,0

Tab. 3.6. Hodnoty výpočtu tepelnej straty stropu a podlahy

Strop + Podlaha časť domu podlaha Strop A (m2) 80,35 80,35 U (W·m-2·K-1) 1,315 0,1903 (ti-tem) (K) 33 39 Q0PS’ (W) 4120,75 596,33 Q0PS (W) 4717,08

Celkový súčiniteľ prestupu tepla

( ) ( ) ( )( ) 908,0182135,8048,6097,742

08,47170,19022607,23,25383239,00

=−−⋅++⋅++++

=−⋅

=∑

∑

iemii

ii

c ttA

QU W·m-2·K-

1.

Ak Uc = 0,9085 W·m-2·K-1 prirážka na vyrovnanie vplyvu chladných

konštrukcií p1 = 0,15·kc = 0,15·0,9085 = 0,1363 W·m-2·K-1. Prirážka p2 je prirážka na

urýchlenie vykúrenia domu a uvažuje sa 0,1. Keďže v dome je nepretržité vykurovanie

nebudem ju uvažovať a teda p2 = 0.

Celkové straty prestupom

( ) ( ) 82,1737501363,0158,152911 210 =++⋅=++⋅= ∑ ppQQi

iP W.

Celkové straty vetraním

( ) ( ) 86,9532,3517,67247,634,1224,6 109,52 =+⋅++++⋅== ∑i

ViH QQυ W,

čomu odpovedá objem vzduchu, ktorý sa vymení za jednu hodinu:

( ) ( ) 36,6336007,0866,1491021,03600 4∑ =⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= −

iLVVH MLiV β m3·h-1.

Minimálnu výmenu vzduchu za jednu hodinu danú hygienickými požiadavkami som

určila zo vzťahu

17,1313600

,665245,05,03600

5,03600

minminminmin =

⋅⋅=

⋅⋅=

⋅= m

VVnVn

V m3·h-1,

kde Vm (m3) je objem budovy,

Vmin (m3) je polovičný objem budovy,

nmin (h-1) je minimálna intenzita výmeny vzduchu a je rovná 0,5.

Potrebný objem výmeny vzduchu za hodinu sa rovná

,816736,6317,131min =−=−= VHVVD VVV m3·h-1.

Z objemu VVD som určila potrebný výkon na ohrev tohto vzduchu čo je vlastne

dodatočná strata:

( ) ( ) 23,3973600

6,321101081,672,13600

=−⋅⋅⋅

=−⋅⋅⋅

= eiVVDVD

ttcVQ

ρυ W,

kde Vρ (kg·m-3) je hustota vzduchu,

cV (J·kg-1·K-1) je merná tepelná a kapacita vzduchu.

Teda maximálna tepelné strata prestupom a vetraním je:

9,1816823,39786,39582,17375 =++=++=+= DHPP QQQQQQ υυυ W.

Spotreba tepelnej energie počas vykurovacieho obdobia

Celkovú spotrebu tepla som počítala zo vzorca

( )eiVO tt

DQQ−

⋅⋅⋅⋅=

−31024' ε , (3.3)

( ) ( ) 03,644257,321

102840249,181689,01024'33

=−

⋅⋅⋅⋅=

−⋅⋅⋅⋅

=−−

eiVO tt

DQQ ε kW·h,

kde ε (-) je zmenšujúci súčiniteľ, ktorý zohľadňuje nesúčasnosť hodnôt

pôsobiacich na maximálnu tepelnú stratu. Uvažuje sa 0,9.

4. Tepelné zisky

4.1 Solárne zisky oknami

Priemerný tepelný zisk sa stanový zo vzťahu:

nmopgmZm ccTAEQ ⋅⋅⋅⋅= kW·h·mes-1, (4.1)

kde Egm (kW·h·mes-1·m-1) je globálne slnečné žiarenie za mesiac, uvedené v tab. 4.2,

Aop (m2) je plocha zasklenia,

T (-) je celková priepustnosť skla a stanoví sa:

321 TTTT ⋅⋅= ,

T1 (-) je priepustnosť slnečného žiarenia a je rovné 0,81 pre dvojsklo,

T2 (-) je znečistenie zasklenia a je rovné 0,9,

T3 (-) je činiteľ tienenia zasklenia a rovná sa

81,09,09,09,03 =⋅=⋅= sT ,

s (-) je tieniaci súčiniteľ,

cn (-) je činiteľ korigujúci nekolmý dopad lúčov na sklo okna uvažuje sa 0,9,

cm (-) je činiteľ využitia slnečného žiarenia, uvedený v tab. 4.1.

Tab. 4.1. Činiteľ využitia slnečného žiarenia cm

orientácia mesiac

S SV, SZ V, Z JV, JZ J

X 1 0,95 0,85 0,73 0,67 XI 1 0,98 0,95 0,86 0,81

1 1 1 0,97 0,95 I 1 1 1 0,97 0,95 II 1 1 1 0,97 0,95 III 1 0,98 0,95 0,86 0,81 IV 1 0,95 0,85 0,73 0,67

Tab. 4.1. Globálne slnečné žiarenie pre rôzne mesiace Egm

orientácia mesiac

H S SV, SZ V, Z JV, JZ J

X 52,74 10,36 14,06 32,23 57,61 71,57 XI 25,53 5,52 6,98 15,87 31,99 41,07 XII 18,62 4,03 5,09 11,18 23,86 30,95 I 23,06 5,21 6,42 15,01 32,2 41,94 II 36,75 7,26 9,55 22,21 42,17 53,31 III 76,12 15,6 23,25 48,89 76,16 89,73 IV 110,53 4,04 38,30 65,84 84,33 88,42

Potom môžem určiť solárny zisk cez južné okná pre mesiac december

0,5904981,081,0321 =⋅=⋅⋅= TTTT

86,8799,095,059049,041,3995,30 =⋅⋅⋅⋅⋅=ZmQ kW·h·mes-1

Podobne som určila tepelné zisky aj v iných mesiacoch pre každú svetovú stranu.

Výsledky sú uvedené v tabuľkách 4.3, 4.4, 4.5 a 4.6.

Tab. 4.2. Výpočet solárnych ziskov na južnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmJ (kW·h) 71,57 41,07 30,95 41,94 53,31 89,73 88,42 416,99 Cm (-) 0,67 0,81 0,95 0,95 0,95 0,81 0,67 0,83

QZmJ (kW·h) 141,689 98,297 86,879 117,729 149,645 214,759 175,047 984,045

Tab. 4.3. Výpočet solárnych ziskov na západnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmZ (kW·h) 32,23 15,87 11,18 15,01 22,21 48,89 65,84 211,23 Cm (-) 0,85 0,95 1 1 1 0,95 0,85 0,94286

QZmZ (kW·h) 80,949 44,548 33,035 44,352 65,626 137,238 165,363 571,111

Tab. 4.5. Výpočet solárnych ziskov na východnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmV (kW·h) 32,23 15,87 11,18 15,01 22,21 48,89 65,84 211,23 Cm (-) 0,85 0,95 1 1 1 0,95 0,85 0,94286

QZmV (kW·h) 31,448 17,307 12,834 17,230 25,495 53,315 64,242 221,871

Tab. 4.6. Výpočet solárnych ziskov na severnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmS (kW·h) 10,36 5,52 4,03 5,21 7,26 15,6 4,04 52,02 Cm (-) 0,95 0,98 1 1 1 0,98 0,95 0,98

QZmS (kW·h) 12,842 7,058 5,258 6,798 9,473 19,948 5,008 66,385

Celkové solárne zisky za vykurovacie obdobie získame sčítaním ziskov zo všetkých

stien

42,184339,6687,22111,57105,984 =+++=+++= ZmSQZmVQZmZQZmJQZmQ

kW·h

4.2 Tepelné zisky od zariadení v dome

Tab. 4.7. Tepelná energia zo zariadení v domácnosti v kW·h za vykurovacie obdobie

Prístroj Staršie Dnes Najmodernejšie Chladnička 216 160 110 Kombinovaná chladnička 309 281 208 Mraznička 315 244 82 Umývačka riadu 338 274 230 Práčka 163 142 113 Sušička 315 287 223 Elektrický sporák 251 247 243 Osvetlenie 134 134 40 Televízor 73 51 20 Ostatné 82 82 82

Domácnosť je vybavená kombinovanou chladničkou, elektrickým sporákom,

osvetlením, televízorom a ostatnými zariadeniami. Na výpočet tepelných ziskov

od zariadenia berieme dnešný technologický stav, takže tepelný zisk v dome je súčtom

vybraných hodnôt z tabuľky 4.7 a to je Qp = 1012 kW·h za vykurovacie obdobie.

4.3 Tepelné zisky od obyvateľov domu

Veľkosť ziskov je veľmi závislá na aktivite človeka. Ako základ sa berie

tepelný výkon muža 62 W pri mierne aktívnej práci za stolom a teplote okolia 26 °C.

Ak je teplota okolia iná ako 26 °C, tepelný výkon muža sa počíta zo vzťahu:

( )itMP −⋅= 362,6 W, (4.1)

teda pri teplote 21 °C je tepelný výkon muža

( ) ( ) 9321362,6362,6 =−⋅=−⋅= itMP W.

Tepelný výkon žien je 85 % z tepelného výkonu muža u detí je to 75 %. Počítam

dvojčlennú rodinu a celkový tepelný výkon je:

( ) 05,17285,0193 =+⋅=+= ZPMPLP W,

čomu zodpovedá energia za vykurovacie obdobie ak uvažujem priemernú 12 hodinovú

prítomnosť osôb a počet dní 210

,1264411000

2101205,1721000

12=

⋅⋅=

⋅⋅=

dPQ LL kW·h.

4.4 Odčítanie tepelných ziskov od tepelných strát a bilancia spotreby

tepelnej energie na kúrenie

Ak od celkovej spotreby tepelnej energie za vykurovacie obdobie odpočítame

tepelné zisky získame skutočnú spotrebu energie na vykurovanie:

49,6112813,441101241,184303,64425 =−−−=−−−= LPSmVO QQQQQ kW·h.

Z toho som určila ukazovatele a to spotrebu tepelnej energie na m2 a m3. Kde úžitková

plocha je S = 160,7 m2 a vnútorný objem je V = 433,89 m3.

88,14089,433

49,61128)( 3 ===V

Qmukazovateľ VO kW·h·m-3·rok-1,

38,8037,160

61128,49)( 2 ===S

Qmukazovateľ VO kW·h·m-2·rok-1.

Keďže nízkoenergetický dom je definovaný rozmedzím hodnôt

30 –50 kW·h·m-2·rok-1 a dom ktorým sa zaoberám presahuje tieto hodnoty 8-násobne

budem sa v ďalších kapitolách venovať opatreniam na zníženia tepelných strát

a zvýšenie tepelných ziskov.

13 5. Aplikácia zásad projektovania nízkoenergetického domu na

rodinný dom

5.1 Tepelná izolácia

Požiadavka, ktorá je kladená na tepelnú izoláciu je odstránenie

nežiadúcich tepelných strát (ziskov) a zabezpečiť požadovaný stav

vnútorného prostredia. Hlavnou úlohou tepelnoizolačnej vrstvy je spomalenie odovzdávania tepla v čase.

Týmto sa zmenší postup tepla do chladného exteriéru a dosiahne sa trvalé

udržiavanie teploty vo vykurovanej miestnosti. Tepelnoizolačná vrstva musí zabraňovať vzniku tepelných mostov, tvorbe kondenzácie, ale

predovšetkým znižuje straty energie pri vykurovaní.

Tepelnú vodivosť tepelnoizolačnej vrstvy určuje druh materiálu, obsah vlhkosti, veľkosť,

rozdelenie a množstvo pórov v ňom obsiahnutých. Dôležitá je aj tepelná absorpcia, schopnosť

akumulovať teplo a podiel odrazu.

Kondenzovanie vodných pár, ktoré prenikajú do tepelnoizolačnej vrstvy, majú za následok

nasýtenie tepelnoizolačného materiálu vodou a tým značne znižujú jeho tepelnoizolačnú schopnosť.

Tepelná vodivosť jednotlivých materiálov používaných pre tepelnoizolačnú vrstvu

je rozličná. Výber tepelnoizolačného materiálu treba robiť nielen podľa jeho schopnosti

zabezpečiť tepelnú ochranu pri rozličných vplyvoch a počas mnohých rokov

využívania. Veľkú pozornosť treba venovať kondenzácii vodnej pary prenikajúcej cez

konštrukciu.

Princíp väčšiny tepelných izolácií je minimálnou hmotou obaliť maximálne

množstvo vzduchu, s využitím skutočnosti že vzduch je lacná a vhodná izolácia.

Penové plasty a všeobecne penené materiály majú takýto princíp už v názve. Napenené

základné suroviny vytvárajú štruktúru buniek (viac alebo menej uzavretých), ktorých

plnivom je vzduch. V prípade vláknitých materiálov jednotlivé vlákna vymedzujú priestory,

v ktorých je vzduch. Tento základný rozdiel je charakterizovaný nasiakavosťou jednotlivých izolačných

materiálov. Všeobecne platí, že vláknité materiály sú výrazne nasiakavejšie ako penové.

Pri tepelnotechnickom navrhovaní jednotlivých konštrukcií treba

dodržať normatívne hodnoty týchto kritérií: - požiadavky na najnižšiu vnútornú povrchovú teplotu,

- požiadavky na spotrebu energie na vykurovanie,

- požiadavky na súčiniteľ prechodu tepla a na tepelný odpor konštrukcie,

- požiadavky na teplotný útlm,

- požiadavky na difúziu a kondenzáciu vodnej pary v stavebných konštrukciách,

- požiadavky na vzduchovú priepustnosť stavebných konštrukcií,

- požiadavky na tepelnú prijímavosť podlahových konštrukcií,

- požiadavky na tepelnú stabilitu v zimnom období,

- požiadavky na tepelnú stabilitu v letnom období.

14 5.1.1 Rozdelenie tepelných izolácií

Tepelné izolácie rozdeľujeme na:

Vláknité materiály

- minerálne vlákna,

- kamenné vlákna,

- sklenené vlákna.

Penové plasty

- penový polystyrén,

- penový polyuretán,

- extrudovaný polystyrén,

- penový polyvinylchlorid,

- penový polyetylén.

Minerálne materiály

- dosky z penového skla,

- perlitové dosky,

- expandované minerálne materiály (perlit, sľuda, keramzit).

Tepelné izolácie na biologickom základe

- drevovláknité a drevotrieskové dosky,

- korok, asfaltokorok,

- recyklovaný papier,

- bavlna, ľan, slama, kokosové vlákna,

- ovčia vlna.

Ľahčené betóny - sú to silikátové vrstvy s plnivom z ľahčeného minerálneho alebo iného materiálu.

Minerálny sypaný materiál je napríklad perlit, keramzit alebo izolačný granulát (penový polystyrén).

5.1.2 Oblasti použitia tepelných izolácií

Konštrukcie, v ktorých sa používajú zabudované tepelné izolácie:

Podlaha - v podlahe na teréne sa používa tepelná izolácia nad

hydroizoláciou ako tepelná ochrana v podlahovej konštrukcii na teréne. Jedná sa o

tepelné izolácie

s väčšou objemovou hmotnosť, ktoré sú schopné preniesť zaťaženie z prevádzky

podlahy.

Obvodové steny - tepelnoizolačné vrstvy sú pridávané na

vonkajší povrch nosnej konštrukcie tak, aby sa dosahoval minimálny

požadovaný tepelný odpor (viď. obr. 5.1).

Obr. 5.1. Dodatočná tepelná izolácia na vonkajšej strane obvodnej steny

Pri navrhovaní skladby vrstvených obvodových stien sa

odporúča, aby sa dodržala zásada, že tepelný odpor vrstiev radených

smerom z interiéru do exteriéru narastá a ich difúzny odpor sa

zmenšuje (parotesné materiály sú na interiérovej strane a difúzne

otvorené sú na exteriérovej strane obvodového plášťa). Rešpektovanie

tejto zásady vedie k eliminácií kondenzácie vodnej pary v konštrukcii.

Zatepľovanie

z exteriérovej strany rozdeľujeme na kontaktný zatepľovací systém, a

bezkontaktný (odvetraný) zatepľovací systém. Navrhnúť tepelnú izoláciu je možné aj z interiérovej strany (viď. obr. 5.2), ale výpočtom treba

dokázať že v konštrukcii nebude kondenzovať vodná para, tento druh zatepľovania nemá akumulačnú

schopnosť s porovnaním na zatepľovanie z exteriérovej strany.

Obr. 5.2. Dodatočná tepelná izolácia na vnútornej strane obvodnej steny s naznačením tepelného mostu

Na ilustráciu uvádzam na obrázku 5.3. priebehy povrchových teplôt pri rôznych zhotoveniach a to

bez izolácie, s dodatočnou izoláciou na vnútornej strane a dodatočnou izoláciou na vonkajšej strane.

Strecha - tepelná izolácia sa nachádza v strešnom plášti v plochej alebo v šikmej streche

obytného podkrovia nad parozábranou. Pre ploché strechy sa používajú tepelné izolácie väčších

objemových hmotností (minerálne vlákna 150 kg·m-3). Podľa tepelotechnickej normy STN 73 0540 je

potrebné strechy navrhovať na tepelný odpor

R = 4,9 m2·K·W-1, to znamená hrúbka tepelnej izolácie cca od 200 – 220 mm (podľa teplotechnického

výpočtu) [9].

Obr. 5.3. Ilustračný priebeh teplôt pri jednotlivých typoch dodatočného zateplenia

Tepelné mosty - tepelná izolácia sa používa na zamedzenie nepriaznivých účinkov tepelných

mostov. Tepelný most je také miesto v konštrukcii, ktoré spôsobuje nižšiu teplotu na vnútornom povrchu,

aká je v bežnom mieste konštrukcie (napr. kúty miestností, v miestach styku stropnej konštrukcie a

obvodovej steny, styk obvodovej steny a základovej konštrukcie, v miestach výplní otvorov v obvodovej

stene ako okno dvere a pod. ). Tieto miesta sa potom z exteriérovej strany dopĺňajú o tepelnú izoláciu.

15 5.1.3 Dôvody zatepľovania obvodových stien

V priemernej domácnosti sa približne 60 % z celkovej spotreby energie minie

na vykurovanie. Zatepľovanie obvodových stien bytových domov a rodinných

domov sa uskutočňuje zo snahy zabezpečiť technické parametre zodpovedajúce

požiadavkám kladeným na stavebné konštrukcie a budovy v súčasnosti.

Zabezpečenie tepelnej ochrany budovy dodatočným zatepľovaním

obvodových stien má tieto zásadné priaznivé účinky: - zníženie spotreby energie na vykurovanie (aspoň o 30 %),

- odstránenie hygienických nedostatkov (plesne),

- vytváranie podmienok pre tepelnú pohodu v bytoch, zvýšením vnútornej

povrchovej teploty,

- zvýšenie tepelnej zotrvačnosti stavebných konštrukcií a spomalenie chladnutia miestností pri

vykurovacej prestávke,

- eliminovanie zatekania,

- zamedzenie korózii výstuže v stykoch a paneloch,

- zníženie vplyvu teplotného rozdielu pôsobiaceho na nosné konštrukcie.

Cez steny prechádza 34 % celkových tepelných strát budov. Znižovanie spotreby energie je

požiadavkou, súvisiacou s rozvojom spoločnosti, ekonomickým vývojom

a racionalizáciou čerpania zdrojov palív a energie. Zvyšujúce sa ceny energií a tepla vyvolávajú potrebu

znižovať tepelné straty pri vykurovaní budov zlepšovaním tepelnotechnických vlastností. Čím sú lepšie

východiskové tepelnotechnické parametre pôvodných stavebných konštrukcií, tým je nižšia účinnosť

dodatočnej tepelnoizolačnej vrstvy uplatnenej v rovnakej hrúbke. Pri kombinácii zatepľovacieho systému

obvodových stien s výmenou okien alebo ich úpravou možno dosiahnuť zníženie spotreby energie na

vykurovanie o viac ako 50 %, ale len pri budovách postavených

do roku 1983. Pri budovách postavených neskôr sa dá dosiahnuť zníženie spotreby energie približne o 30

%. [10].

5.2. Slnečná energia

Na jeden m2 zemského povrchu pri bezoblačnom počasí dopadá slnečné žiarenie s výkonom

priemerne 1000 W. Slnečné žiarenie sa po dopade na Zem mení na teplo a chemickú energiu. Na

Slovensku Slnko vyžiari ročne 950 – 1100 kW·h·m-2, rok má 8760 hodín. Slnko svieti podľa oblastí 1300

– 1900 hodín. Tri štvrtiny tohto slnečného žiarenia pripadá na letné mesiace.

Podľa toho, či sa slnečná energia využíva vo svojej pôvodnej forme, alebo pomocou

technických prostriedkov, môžeme hovoriť o jej pasívnom alebo aktívnom využití.

Pasívne využitie.

Architektonické riešenia, na základe ktorých sa slnečné žiarenie priamo využíva na ohrievanie

priestorov, napr. okná situované na juh, zimné záhrady - vhodné realizovať najmä u novovybudovaných

domov.

Aktívne využitie.

Použitie kolektorov na výrobu tepla, napr. na prípravu teplej úžitkovej vody (TÚV). Použitie

solárnych článkov na výrobu elektriny (fotovoltaický proces). Použitie tepelných čerpadiel na využitie

teploty prostredia zo vzduchu, vody a pôdy.

5.2.1 Pasívne využitie slnečnej energie

Jedná sa predovšetkým o pasívne solárne systémy, ktorými môže byť celá budova, alebo len

niektoré z jej častí. Transport energie sa deje len prirodzenou cestou, bez pomoci technických zariadení.

Vhodným návrhom možno pri pasívnom slnečnom vykurovaní znížiť spotrebu tepla až o 60 %.

Zásady pre navrhovanie pasívnych solárnych systémov:

- budovu treba postaviť v mieste závetria (vietor zväčšuje tepelnú stratu infiltráciou),

- z južnej strany má byť krajina otvorená, aby na zasklené plochy pasívneho systému mohlo bez

obmedzenia dopadať slnečné žiarenie,

- južnú stranu treba ochrániť pred preteplením v letnom období - použitím napr. vhodného

tienenia listnatými stromami (v zime opadávajú).

Južná orientácia čelnej strany domu je najvýhodnejšia, ale nemusí byť úplne splnená. Tepelné

zisky zo slnečného žiarenia sa zmenšujú nepatrne do odchýlky o ± 30° od južného smeru na východ

alebo na západ. Na južnej strane so slnečnými oknami majú byť trvalo obývané miestnosti, napr.

obývacia izba, prípadne pracovňa a kuchyňa

s jedálňou. Miestnosti používané len v určitom dennom čase môžu byť na východnej alebo na západnej

strane.

5.2.1.1 Pasívne solárne systémy

Akumulačné solárne steny

Jedná sa o základný prvok solárnej architektúry. Južná strana funguje ako kolektor, steny a

podlaha sú z masívnych stavebných materiálov s vysokou tepelnou kapacitou. Plní funkciu tepelného

zásobníka, ktorý zabraňuje prehriatiu pri slnečnom svite a následne uvoľňuje teplo, pri poklese teploty.

Teplo sa dovnútra budovy šíri sálaním.

Nezasklený solárny vzduchový kolektor

Základom je tmavý, dierovaný trapézový plech, ktorý sa umiestňuje na fasádu vo vzdialenosti 2

– 4 cm od zateplenej obvodovej steny. Ventilátor vytvára podtlak medzi fasádou a plechom a tým

dochádza k nasávaniu vzduchu do dutiny cez dierovanie. Vzduch stúpa dutinou, zohrieva sa a je ďalej

rozvádzaný bežným vetracím zariadením.

Energetická fasáda

Energetické fasády sú jednoduché vzduchové kolektory, ktorých transparentnú vrstvu tvorí

sklenená doska a absorpčný povrch normálna fasáda. Výhodou je,

že pomocou týchto kolektorov môžeme zásobovať teplom celú budovu.

Dvojité transparentné fasády

Jedná sa podobne ako v predchádzajúcom prípade o vzduchový kolektor, ktorý je tvorený

sklenenými doskami predsadenými pred obvodovou presklenou konštrukciou. Vo vzniknutej dutine sú

ešte umiestnené tieniace prvky a otvory umožňujúce reguláciu vzduchu vo vonkajšom plášti.

Energetická strecha

Jedná sa o vzduchový kolektor zabudovaný do roviny strešnej konštrukcie. Väčšinou sa tento

spôsob kombinuje práve so stenovým vzduchovým kolektorom.

K dosiahnutiu dostatočného účinného vztlaku pri letnej prevádzke s prirodzenou cirkuláciou vzduchu je

nutný určitý výškový rozdiel medzi vstupom a výstupom vzduchu. Z tohto dôvodu je systém vhodný pre

šikmé strechy s uhlom sklonu najmenej 30°.

15.1 Transparentná tepelná izolácia Skladá sa z materiálov, ktoré výhodne kombinujú dve základné vlastnosti požadované pri

zasklievacích prvkoch v solárnej technike - dobrú priepustnosť slnečného žiarenia a nízku tepelnú stratu.

Sú vyrábané zo skla alebo z plastov.

5.2.2 Aktívne využitie slnečnej energie

Aktívne solárne systémy sú odlišné od pasívnych tým, že k využívaniu energie slnečného

žiarenia nedochádza priamo, ale prostredníctvom slnečných kolektorov, ktoré pohlcujú slnečné žiarenie

a premieňajú ho na teplo alebo prostredníctvom slnečných (fotovoltaických) článkov premieňajúcich

slnečné žiarenie na elektrinu.

5.2.2.1 Slnečné kolektory

Na efektívne využitie slnečných kolektorov pre NED sa predpokladá

zo splnením nasledovných kritérií.

Účinnosť slnečného kolektora závisí od klimatickej oblasti, od ročného obdobia, od

čistoty ovzdušia a od sklonu plochy, na ktorú slnečné žiarenie dopadá. V lete je

vyžarovanie slnečnej energie mimoriadne veľké (v tomto čase možno prakticky úplne

zohriať vodu slnkom, v zime je intenzita slnečného žiarenia slabšia). Správna orientácia slnečného kolektora je veľmi dôležitá. Najväčšie množstvo slnečnej energie

vyžaruje z juhu (najlepší výsle

dok sa dosiahne nasmerovaním slnečných kolektorov na juh). Pri nasmerovaní mierne na západ

(asi o 8° – 15°) možno využiť aj energiu zapadajúceho slnka. Kolektor je maximálne účinný, ak slnečné

žiarenie naň dopadá v pravom uhle.

Pri využívaní letného slnka je výhodné, aby bol kolektor relatívne plocho uložený. Na zimu je

vhodnejšie strmé uloženie. Optimálny sklon pre celoročnú prevádzku je 45°. Pri premene slnečného

žiarenia na teplo dochádza k strate určitej časti energie, napr. cez krycie sklo, cez spodnú a bočné steny.

Preto čím lepšia je izolácia medzi vnútrom kolektora a okolím tým lepšia je jeho účinnosť.

Rozdelenie užívateľských systémov podľa jednotlivých hľadísk:

Podľa prevádzkového režimu:

- systémy so sezónnou prevádzkou: voda sa ohrieva priamo v kolektore,

- systémy s celoročnou prevádzkou: teplonosnou kvapalinou je vždy nemrznúca zmes, potrebné

sú vždy dva okruhy.

Podľa obehu teplonosnej kvapaliny:

- samoťažné: teplonosná kvapalina prirodzene cirkuluje,

- s núteným obehom: teplonosná kvapalina prúdi pomocou obehového čerpadla.

Podľa okruhov:

- jednookruhový systém kolektorov je zároveň aj zásobníkom teplej vody, napr. voda

z vodovodu môže byť priamo ohrievaná slnkom. Nie je potrebné čerpadlo, ktoré by

vyžadovalo prídavnú energiu. Dobrá tepelná izolácia, transparentné krytie, ako aj termická

nosnoť systému zabezpečia ochranu zariadenia pred zamŕzaním v zimných mesiacoch,

- dvojokruhový systém: kolektor je napojený na výmenník tepla primárnym okruhom a naň je

napojený sekundárny okruh.

V praxi sa bežne používajú nasledovné druhy slnečných kolektorov.

Kvapalinové slnečné kolektory

Premieňajú slnečné žiarenie zachytené absorbérom na tepelnú energiu. Tá sa koncentruje v

teplonosnej kvapaline, ktorá ju odvádza do miesta spotreby, napríklad

do solárneho zásobníka.

Ploché kolektory

Používajú sa pre nízkoteplotné systémy (do 100 °C). Pre svoje dobré parametre, prijateľnú cenu

a jednoduchosť použitia sú najrozšírenejšie. Ich účinnosť je cca. 70 %.

Koncentrické kolektory

Koncentrujúce kolektory využívajú zrkadliace povrchy, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do

ohniska, v ktorom sa nachádza absorbátor. Majú cca. 90 % účinnosť, sú však oveľa drahšie a náročnejšie

na montáž ako predchádzajúce typy.

Celková zostava solárneho systému na prípravu TÚV sa skladá z nasledovných komponentov:

- slnečný kolektor,

- zásobník teplej vody,

- výmenník tepla,

- obehové čerpadlo,

- regulácia,

- potrubia,

- systém doplnkového ohrevu.

Jadrom solárneho zariadenia na prípravu TÚV je kolektor, v ktorom sa

v absorbéri premieňa slnečné žiarenie na teplo (viď. obr. 5.4.). Na prípravu TÚV sa používajú zariadenia

s plochým alebo vákuovým rúrovým kolektorom, ale tiež aj akumulačné kolektory.

Akumulačný zásobník teplej vody (bojler) môže mať objem aj niekoľko

sto litrov. Tento relatívne vysoký objem pomôže preklenúť krátkodobý pokles slnečného tepla. Veľké

poklesy počas ročných období je možné vyrovnať zodpovedajúcim

dodatočným ohrevom. Je potrebné dbať na to, aby sme nemali veľké straty tepla

v potrubí (krátke a dobre izolované potrubia).

Ak energia získaná zo Slnka nepostačuje, možno použiť nasledujúce systémy dodatočného

ohrevu:

- vykurovacím systémom (plyn) s ďalším výmenníkom tepla v bojleri,

- elektrickým vykurovacím telesom v hornej časti bojlera,

- cez decentralizované bojlery na ohrev TÚV na mieste odberu vody.

Obr. 5.4. Schéma zapojenia slnečných kolektorov na ohrev TÚV

Na vykurovanie bytových priestorov sa kolektory veľmi nehodia, pretože práve v čase, keď je

potreba tepla najvyššia (večer a v zimných mesiacoch), môžu dodávať len veľmi obmedzené množstvo

úžitkového tepla.

Pri použití kolektorov na kúrenie sa musí rátať s kolektorovou plochou, ktorá sa rovná asi 50 %

vykurovanej obytnej plochy. Nutné je tiež obstarať veľký

(2000 – 5000 litrov) a cenove náročný zásobník so zariadením pre celoročné vyrovnávanie teplotných

rozdielov alebo prídavné ohrievacie zariadenie. Na takéto vykurovanie je vhodné len veľkoplošné

vykurovanie (podlahové), umožňujúce využívať vodu s nižšou teplotou.

5.2.2.2 Solárne články

Fotovoltika bola objavená už pred 150 rokmi francúzskym fyzikom Edmondom Alexandrom

Bequerelom (1839). Tento vedec objavil, že je možné premeniť slnečné žiarenie priamo na elektrickú

energiu. Dlhé roky bol tento efekt využívaný

vo fotografovaní na meranie osvetlenia. Potom uprostred 50-tich rokov nastal zlom. Fotovoltika sa začala

používať vo vesmírnej technike. Zistilo sa, že je to jediná možnosť ako zásobovať satelity a vesmírne

lode vo vesmíre elektrickou energiou.

Potom, ako sa začala fotovoltika využívať pri vesmírnych letoch, nasledovali postupné kroky na

jej využitie na Zemi. Bola použitá pre napájanie od vreckových kalkulačiek a náramkových hodiniek, cez

signalizáciu pohotovosti až po rádio – reléové stanice, neskôr na napájanie horských chát a

hospodárskych budov vo vyšších polohách. Vo všetkých týchto prípadoch ide o výrobu elektrickej

energie z fotovoltických článkov v tzv. ostrovnej prevádzke, teda bez spojenia s verejnou energetickou

sieťou, ktorou sa zásobujú spotrebiče alebo budovy (viď. obr. 5.5). Pri takejto ostrovnej prevádzke sa dá

získať konštantné zásobovanie elektrickou energiou pomocou akumulátorových batérií. Pre menšie

spotrebiče postačuje napätie tejto siete 12 alebo 24 V. Akumulátorová batéria zásobuje spotrebiteľa v

čase, keď je výroba elektrickej energie zo slnka nedostatočná.

U malých zariadení (do 300 W) sa používajú spotrebiče, ktoré môžu byt priamo zásobované z

akumulátorovej batérie (svietidlá, rádio, TV). Väčšie systémy bývajú prevádzkované striedavým prúdom.

Aby sa takéto spotrebiče mohli zásobovať (sušič vlasov, TV) elektrickou energiou je potrebné

nainštalovať do takejto ostrovnej prevádzky napäťový menič, ktorý premení jednosmerné napätie na

striedavých 230 V.

Do všetkých väčších fotovoltických zariadení sa na ochranu proti preťaženiu akumulátorových

batérií montujú regulátory. Regulátor sa tiež stará o to, aby nedošlo

k napäťovému preťaženiu spotrebičov. V zahraničí sa dnes montujú fotovoltické zariadenia pre

decentralizované zásobovanie elektrickou energiou do všetkých vyššie položených objektov, ako sú

chaty, vysielače, stanice prvej pomoci a pod. aj ako zálohové zdroje.

Fotovoltické zariadenia sú ešte stále náročné na investičné náklady. Avšak tam, kde vôbec nie je

možné zásobovanie z verejných energetických sietí alebo náklady na prevádzku dieselagregátov sú

vysoké z dôvodov dopravnej nedostupnosti, montujú sa fotovoltické zariadenia na zásobovanie

elektrickou energiou.

Základným elementom fotovoltického zariadenia je solárny článok. Takéto články môžu

premeniť slnečnú energiu priamo na elektrickú. Základným materiálom solárneho článku je kremík v

polykryštalickej, monokryštalickej alebo amorfnej forme. Doteraz boli vyvinuté 3 typy solárnych

článkov:

- monokryštalické články: majú najvyššiu účinnosť, až 16 % (v laboratórnych podmienkach 24

%).

- polykryštalické články: premieňajú asi 11 – 14 % slnečnej energie na elektrinu (zostatok sú u

všetkých typov straty).

- amorfné články: polovodičový materiál je nalisovaný na 1/1000 milimetra hrubý nosný

materiál (sklo, umelá hmota).

- hrubý nosný materiál (sklo, umelá hmota). Ich výroba je najlacnejšia, avšak aj účinnosť je

veľmi nízka (len 5 – 6 %).

V strednej Európe v súčasnosti existujú stovky solárnych systémov (u nás je využívanie tohoto

druhu energie ešte len v „plienkach"), doposiaľ však neexistuje kvalitné zhodnotenie skúseností z ich

viacročnej prevádzky, a to po stránke ich využitia, odolnosti materiálov proti poveternostným vplyvom,

čistejšej výroby materiálov a ich využitia po skončení pracovného cyklu.

Cena elektrickej energie vyrobenej z fotovoltických - solárnych článkov je

v porovnaní s cenou elektrickej energie dodanej z verejných sietí stále vysoká ale

je predpoklad, že sa časom bude znižovať. Závisí to od smerovania vývoja fotovoltiky (využívanie

nových materiálov, zvyšovanie efektívnosti) a jej sériovej výroby.

Obr. 5.5. Výroba elektrickej energie z fotovoltaických článkov

5.2.2.3 Tepelné čerpadlá

Tepelné čerpadlo (TČ) (viď. obr. 5.6) pracuje v princípe ako chladiace zariadenie,

ktorého hnacím prvkom je kompresor poháňaný elektromotorom. Zariadenie odoberá

do výparníka teplo z prostredia s nižšou teplotou, tým prostredie ochladzuje a

s pomocou hnacej energie ho odovzdáva cez kondenzátor do prostredia s vyššou

teplotou (napr. vykurovacie médium - voda) a tým ho zohrieva. Zjednodušene povedané TČ je vykurovacím zariadením, ktoré pracuje na opačnom princípe ako

chladnička. Avšak nepracuje celkom bez dodanej energie, jeho tepelný (vykurovací) výkon je daný

súčtom oboch vložených energií (energie prostredia a energie pohonu - elektrickej) a je preto vždy väčší

ako energia vynaložená na pohon. Pomer tepelného výkonu a príkonu je tzv. výkonové číslo (je vždy

väčšie ako 1).

Z 1 kW·h elektrickej energie je možné získať pomocou TČ v priemere asi 2,5 – 4 kW·h tepelnej energie.

V tomto prípade je výkonové číslo spravidla asi 2,5 – 4.

Obr. 5.6. Funkčný princíp tepelného čerpadla

Podľa toho čo je nosičom tepelnej energie, rozoznávame tieto základné druhy tepelných

čerpadiel: VZDUCH – VODA, VODA – VODA, ZEM – VODA, pričom prvá časť

názvu uvádza nižšiu teplotnú hladinu (tzn. odkiaľ sa teplo odoberá) a druhá časť

vyššiu teplotnú hladinu (kam sa teplo odovzdáva).

VZDUCH – VODA (viď. obr. 5.7) Tepelné čerpadlá tohto systému získavajú energiu pre vykurovanie

objektu alebo i pre ohrev teplej úžitkovej vody z okolitého vzduchu. Spodná hranica teploty vonkajšieho

vzduchu, pri ktorej je možné tepelné čerpadlo použiť je 2 °C. Teplota výstupnej vody pre kúrenie je

približne 50 °C. Tieto prevedenia dosahujú vykurovacích výkonov až 30 kW. Vyšších výkonov je možné

dosiahnuť prepojením viacerých tepelných čerpadiel. Ich výhodou je ľahká inštalácia, nevyžadujúca na

rozdiel od systému voda/voda žiadne zemné práce.

VODA – VODA (viď. obr. 5.8) Pomocou zemných sond alebo studní na podzemnú vodu sa energia

podzemnej vody mení na tepelnú energiu. Toto prevedenie dosahuje vykurovací výkon až 14 kW. Pri

vstupnej teplote vody 10 °C, je teplota vykurovanej vody 35 °C.

ZEM – VODA (viď. obr. 5.9) Pomocou zemných kolektorov sa energia pôdy mení na tepelnú energiu.

Teplota privádzanej vykurovanej vody 65 °C môže byť dosiahnutá prevádzkou so soľankou (nemrznúca

zmes). Pri vstupnej teplote soľanky 0 °C, teplota vykurovanej vody môže byť 35 °C. Toto prevedenie

dosahuje vykurovací výkon až

15 kW.

Obr. 5.7. Tepelné čerpadlo,

ktorého zdrojom tepla je

vonkajší vzduch

15.1.1 Obr. 5.8. Tepelné čerpadlo, ktorého zdrojom tepla je voda

Obr. 5.9. Tepelné čerpadlo,

ktorého zdrojom tepla je

zem – vodorovné uloženie potrubia

Výhody využitia tepelných čerpadiel.

Pri optimálnom využití TČ pre prípravu TÚV a vykurovaní domácnosti sa TČ v priebehu roku

podieľa 60 – 70 % na celkovej výrobe tepla. Prínosom využitia TČ je značná úspora energie vyrobenej z

pevných a plynných palív. S úsporou energie vyrobenej s použitím fosílnych palív súvisí aj zníženie

množstva emisií škodlivých látok do ovzdušia.

Nevýhody využitia tepelných čerpadiel.

Návratnosť vložených finančných prostriedkov je závislá na cenovej úrovni použitého paliva

pred inštaláciou tepelného čerpadla a na druhu a kapacite nízkopotencionálneho zdroja tepla (vzduch,

voda, pôda, odpadové teplo). Pri inštalácii tepelného čerpadla do už existujúceho objektu je návratnosť

investícií závislá

na rozsahu úprav, ktoré je nutné previesť pred inštaláciou tepelného čerpadla (zateplenie, úprava

vykurovacej sústavy, hydraulické vyregulovanie, zmena doplnkového zdroja).

5.3 Mechanické vetranie s rekuperáciou tepla

Na celkových tepelných stratách objektu sa podieľajú straty prestupom tepla a straty vetraním.

Vďaka nadštandardnému tepelnoizolačnému plášťu budovy a vysokej vzduchotesnosti obálky

nízkoenergetickej budovy je infiltrácia netesnosťami

obvodového plášťa, okien a dverí minimálna a do popredia sa dostáva potreba vetrania a zníženia

tepelných strát vetraním. Kým v minulosti bolo vetranie zabezpečované otváraním okien a infiltráciou

vzduchu netesnosťami, v nízkoenergetických budovách, je výmena vzduchu realizovaná núteným

vetraním s rekuperáciou, teda spätným získavaním tepla z odpadového vzduchu. Okrem toho, že tento

spôsob výrazne znižuje prevádzkové náklady na vykurovanie objektu zabezpečuje aj optimálnu výmenu

vzduchu a odvod vlhkosti. S kondenzáciou a tvorbou plesní na kritických miestach sa dnes stretáme aj v

mnohých nových a rekonštruovaných budovách. Celková prievzdušnosť je experimentálne overovaná

veličina. Overuje sa pomocou celkovej intenzity výmeny vzduchu n50 za hodinu pri tlakovom rozdiele 50

Pa. Ide o takzvaný Blower door test podľa STN EN 13 829 [11]. Pre pasívne domy je stanovená hodnota

n50 ≤ 0,6 h-1.

Funkciou vetracích zariadení je zabezpečenie spoľahlivého a hospodárneho odvádzania

škodlivín z daného priestoru a tvorba požadovaného ovzdušia v ňom. Všetky látky (plyny, pary, prach,)

vznikajúce energetickými, biologickými a fyziologickými javmi, ktoré v určitej koncentrácii alebo

intenzite poškodzujú zdravie človeka považujeme za škodliviny. Ďalšou dôležitou funkciou vetracích

zariadení je prívod čerstvého vzduchu, ktorý možno filtrovať (aj s použitím špeciálnych filtrov, napr. pre

zachytávanie alergénov), ohrievať a ochladzovať.

Obr.5.10. Schéma výmenníka tepla

Najčastejším typom núteného vetrania je vetranie s núteným prívodom aj odvodom vzduchu

(viď. obr. 5.10). Môže byť riešené ako rovnotlakové, podtlakové alebo pretlakové. Na tento účel sú

vhodné vetracie jednotky s rekuperáciou, teda spätným získavaním tepla z odpadového vzduchu.

Účinnosť rekuperácie by mala byť aspoň 80 %, kvalitné zariadenia majú účinnosť na úrovni 90 %. V

nízkoenergetických a pasívnych domoch, vzhľadom na veľmi nízku potrebu tepla na vykurovanie, je

možné využiť takéto vetracie jednotky s rekuperáciou aj na vykurovanie. Teplovzdušné vykurovanie a

vetranie s rekuperáciou spočíva v dvojzónovom usporiadaní okruhov vzduchotechnických rozvodov.

Primárny okruh zabezpečuje cirkulačné teplovzdušné vykurovanie zároveň s riadeným podielom

čerstvého vzduchu a rekuperáciou tepla. Cirkulačný a čerstvý vzduch sa do obytných miestností privádza

plochými vzduchovodmi uloženými v podlahe s vyústeniami uloženými najvhodnejšie pod oknami.

Cirkulačný vzduch sa z jednotlivých miestností odvádza pod dvermi bez prahov do chodby, odkiaľ je

odsávaný stenovou mriežkou pod stropom do zvislých vzduchovodov a privádzaný k vetracej jednotke.

V jednotke sa cirkulačný a čerstvý vzduch filtruje, ohrieva v teplovodnom výmenníku a rozvádza naspäť

do miestností. Sekundárny okruh zabezpečuje oddelené odvetrávanie sociálnych zariadení, kuchyne,

šatníka, s rekuperáciou tepla. Odpadový vzduch je odvádzaný odsávacími ventilmi

s rozvodmi uloženými v strope. V rekuperačnom výmenníku je teplo odpadového vzduchu odovzdávané

čerstvému vzduchu a po ochladení sa vzduch odvádza cez fasádnu protidažďovú mriežku do exteriéru.

Na zníženie energetickej náročnosti sa často buduje zemný register, ktorý o vykurovacom období

predhrieva čerstvý vzduch privádzaný do objektu a v letnom období privádzaný vzduch ochladzuje.

Zemný register tvorí potrubie priemeru 200 mm vedené v zemi v dĺžke cca 25 m, v hĺbke 2 m, pričom pri

pretlakovom vetraní 600 m3·h-1 sa privádzaný vzduch s teplotou 32 °C ochladí prechodom cez zemný

register o 6 – 10 °C.

5.4 Nízkoteplotný vykurovací systém

Úlohou nízkoteplotného vykurovacieho systému je zabezpečiť tepelnú pohodu počas chladných

zimných mesiacov pri nízkej teplote (nie viac ako 45 °C) vyhrievacieho média. Je to výhodné najmä zo

zdravotného hľadiska, pretože nedochádza k víreniu prachu a alergénov, navyše ide o systémy, ktoré

efektívne využívajú a šetria energiu. Významnú rolu hrá aj pohodlie pri jeho používaní možnosti

regulácie, rýchla odozva systému na požiadavku zmeny teploty, diaľkové ovládanie, apod.

K moderným nízkoteplotným vykurovacím systémom patria predovšetkým stenové vykurovacie

systémy, podlahové vykurovanie a ich vhodné kombinácie.

Stenové vykurovanie vyniká minimálnym prúdením vzduchu a veľkým podielom sálavej

vykurovacej zložky. Je dosiahnutá optimálna tepelná pohoda, daná vysokou hodnotou strednej teploty

stien miestnosti. Naviac je toto vykurovanie veľmi vhodné zo zdravotného hľadiska (najmä pre

alergikov). Zamedzuje prúdeniu vzduchu spojenému s vírením prachu, eliminuje vlhkosť stien a

zabraňuje vzniku plesní a mikroorganizmov. Je to architektonicky elegantné riešenie bez rušivých

zásahov

do interiéru, reakcia na povely regulácie je veľmi pružná. Vzhľadom k nízkej potrebnej teplote kotlovej

vody a jej dobrému vychladeniu je optimálne použitie takéhoto vykurovania s kondenzačnými kotlami.

Dôležitým argumentom pri rozhodovaní o jeho použití v rodinnom dome je aj fakt, že pri tomto spôsobe

vykurovania možno miestnosti vykurovať na teplotu o 2 – 3 °C nižšiu ako pri iných spôsoboch, čo

predstavuje nezanedbateľnú úsporu cca 10 – 15 % energie. Teplota stien je 22 – 24 °C, vzduch

v miestnosti má okolo 18 – 19 °C, čo sú ideálne podmienky, pretože nižšia teplota vzduchu pôsobí

kladne na prijímanie vzdušného kyslíka, na schopnosť sústredenia a celkovú psychickú pohodu.

Niektoré systémy stenového vykurovania možno inštalovať nielen

do novoprojektovaných rodinných domov, ale aj do rekonštruovaných starších domov. Tieto systémy

pozostávajú z hotových stenových vykurovacích registrov rôznych rozmerov, vytvorených z

polybuténových rúrok a uložených v drážkach v lište, alebo

v sádrovláknitých doskách. Takto "predpripravené" vykurovacie registre sa ľahko, jednoducho a rýchlo

montujú na steny a na ich zakrytie stačí len jedna vrstva omietky. Vykurovaná stena tak predstavuje

veľkoplošné vykurovacie teleso, ktoré rovnomerne vyžaruje do priestoru teplo. Možnosti použitia sú

takmer neobmedzené. Stenové teplovodné vykurovanie sa hodí do všetkých typov miestností v rodinnom

dome:

do obývačky, jedálne, pracovne no najmä do spální a detských izieb. Ak má byť tento spôsob

vykurovania maximálne účinný, nesmie aktívnu plochu, čiže stenu

s namontovaným vykurovacím registrom, prekrývať nábytok či iné dekoratívne predmety. To sa však

vždy dá vyriešiť vhodným a včasným rozvrhnutím zariadenia interiérov, prípadne použitím termofólie,

ktorá po priložení na stenu spoľahlivo svojím stmavnutím identifikuje miesto, kde sú pod omietkou

rozvodné rúrky namontové. Výhodou stenového vykurovania je možnosť jeho inštalácie aj na atypické

povrchy - stĺpy, zošikmené podhľady a stropy v podkroví. Zaujímavá je aj skutočnosť, že v lete, resp. v

čase, kedy nepotrebujeme vyhrievať steny, môžeme systém použiť ako príjemnú, zdravú a bezpečnú

klimatizáciu bez prievanu a vysušovania. Rúrkami prúdi studená voda, bez akéhokoľvek zásahu do

koncepcie systému. V rodinnom dome sú aj priestory, kde je veľa nábytku, alebo kde nie sú voľné

súvislé plochy stien - kuchyňa, chodby, haly, kúpeľne, suterény. V takýchto prípadoch je ideálne použiť

podlahové vykurovanie.

Podlahové vykurovanie kombinuje sálavú a cirkulačnú vykurovaciu zložku. Cirkulácia

vzduchu vyvolaná prirodzeným pohybom teplého vzduchu nahor je výrazne nižšia ako u vykurovania

radiátormi (viď. obr. 5.11). Steny v miestnosti sú stále relatívne chladné, vzniká však výrazne lepší pocit

tepelnej pohody vyvolaný ohriatím stien v miestnosti a stropu sálavou zložkou podlahy. Zrovnateľná

tepelná pohoda je dosiahnutá už pri teplote vzduchu o 2 – 3 °C nižšej ako pri vykurovacom systéme

s radiátormi a preto dochádza aj k zníženiu tepelnej straty miestnosti a tým aj vyplývajúcej spotreby

energie o 10 – 15 %. V miestnosti je rovnomernejšie rozvrstvenie tepla (viď. obr. 5.12). Vzhľadom k

tomu, že hrúbka podlahy sa pohybuje v rozmedzí

6 – 10 cm, je nutné počítať s dlhšou dobou potrebnou na vyhriatie miestnosti, ale aj

s potrebnou výškovou dispozíciou stavby. Vhodné je použitie podlahového vykurovania

v miestnostiach s chladnejšími materiálmi podlahových krytín (keramika, laminát).

V súčasnej dobe sa pri návrhu vykurovania, najmä pri rodinných domoch, úspešne využíva

kombinácia dvoch vykurovacích systémov. Podlahové vykurovanie sa navrhuje v priestoroch bez

nároku na pružnú reguláciu, ale so zabezpečením optimálnej tepelnej pohody. Sú to priestory prízemia,

obývacia izba, kuchyňa, chodby, všeobecne miestnosti na teréne alebo nad nevykurovanými priestormi.

Radiátory sa umiestňujú v priestoroch izieb a spální, kde z dôvodu nedostatočnej vykurovacej plochy

zastavanej nábytkom nie je možné použiť vykurovanie podlahou alebo kde je podlaha od spodných

vykurovaných miestností už viac-menej temperovaná.

Obr. 5.11.Cirkulácia vzduchu pri rôznom type vykurovacích telies

Obr. 5.12. Vertikálne rozloženie tepla

5.5 Návrh opatrení

5.5.1 Určenie dodatočnej izolácie pre obálku budovy.

Vonkajšia obvodová stena:

Výpočet som robila pre rôzne hrúbky izolácií od 12 po 30 cm, ktoré som zoradila v tabuľke 5.1.

Vzorový výpočet som robila pre hrúbku izolácie 20 cm.

Ak 646801 ,U = W·m-2·K-1 potom

13770040

035,02,0

8720030

6980030

308040130

11 ,

,,,

,,

,,,

U =+⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛++++

= W·m-2·K-1,

kde používam izoláciu skleneným vláknom o hrúbke d = 20 cm a λ = 0,035 W·m-1·K-1.

15.1.2 Tab. 5.1. Výpočet tepelnej vodivosti pre obvodovú stenu R (m2·K·W-1) 1,54607 d (m) 0,12 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 0,30 R’ (m2·K·W-1) 4,97512 6,11621 6,4020 6,68896 6,9745 7,2606 10,1215 U’ (W·m-2·K-1) 0,2010 0,1635 0,1562 0,1495 0,1434 0,1377 0,0988

Strop

V tabuľke 5.2 sú výpočty tepelnej vodivosti pre hrúbky izolácií od 10 po 30 cm.

Pre strop som zvolila tepelnú izoláciu zo skleneného vlákna s λ = 0,04 W·m-1·K-1

o hrúbke 30 cm.

1903,02 =U W·m-2·K-1

Tab. 5.2. Výpočet tepelnej vodivosti pre strop

R (m2·K·W-1) 2,7548 d (m) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 R’ (m2·K·W-1) 15,015 16,260 17,513 18,762 20,040 U’ (W·m-2·K-1) 0,0666 0,0615 0,0571 0,0533 0,0499

Podlaha

Pre podlahu som zvolila izoláciu z minerálneho vlákna (kremeň) s λ = 0,0357 W·m-1·K-1 a výpočet je

uvedený v tabuľke 5.3.

3151113 ,U = W·m-2·K-1

Tab. 5.3. Výpočet tepelnej vodivosti pre podlahu

R (m2·K·W-1) 0,7604 d (m) 0,14 0,15 0,16 0,18 0,19 0,20 R’ (m2·K·W-1) 4,682 4,963 5,244 5,802 6,083 6,363 U’ (W·m-2·K-1) 0,21359 0,2015 0,1907 0,17234 0,1644 0,15717

Zvolené hodnoty tepelnej izolácie sú zvýraznené v tabuľkách.

Okná

Plastové okná, rám 6 – komorový s trojitým tesnením UR ≈ 1,08 W·m-2·K-1

tepelnoizolačné trojsklo 4-8-4-8-4 plnené argón-kryptón

s US = 0,7 W·m-2·K-1

Celé okno ma UO ≈ 0,8 W·m-2·K-1.

Dvere

Všetky dvere sú plastové so 6-komorovým systémom a trojitým tesnením

UD ≈ 0,8 W·m-2·K-1.

5.5.2 Pasívne a aktívne využitie slnečnej energie

Prevádzka NED nie je len o znížení tepelných strát, resp. o zvyšovaní tepelného odporu

obvodového plášťa dodatočnou izoláciou, ale tiež je potrebné sa zaoberať nákladmi na prevádzku po

realizácií samotného zateplenia objektu. Dodatočná izolácia znížila náklady na vykurovanie. Avšak idea

NED spočíva aj v obmedzení spotreby energie zo zdrojov ako sú elektrina (z verejnej distribučnej

siete), plyn, a tým pádom aj ostatných primárnych zdrojov energií. Ako jednou z možností a zároveň

podmienok sa naskytuje využívať obnoviteľné zdroje energií, v konkrétnom prípade môjho návrhu

energiu slnečného žiarenia.

Navrhujem systém slnečných kolektorov, ktoré budú slúžiť na ohrev TÚV a prikurovanie čím sa

dá ušetriť 60 – 70 % potrebnej energie.

5.5.3 Nízkoteplotný vykurovací systém

Hlavným zdrojom tepla pre kúrenie a dodatočný ohrev TÚV je splynovací kotol na kusové

drevo, ktorý je v dome už inštalovaný. Výkon je regulovateľný a jeho využitie sa predpokladá v období

kedy solárny kolektor efektívne nepracuje. Kotol by mal byť napojený na nový podlahový nízkoteplotný

systém. Terajší vykurovací systém je zastaraní a pri jeho modernizácii je výhodné použiť podlahové

vykurovanie.

6. Technicko-ekonomické vyhodnotenie zvoleného riešenia

6.1. Technické vyhodnotenie zvoleného riešenia

V tejto kapitole prerátavam tepelné straty s uvažovaním tepelných izolácií

a okien s lepšími parametrami tepelnej vodivosti.

Po dosadení do vzorca (3.1) mi vyšli straty vetraním

( ) 93,807,3217,08)6,301021,0(1300 4 =−⋅⋅⋅⋅⋅⋅= −VJQ W,

kde dĺžka cez ktorú môže prúdiť vzduch pre okna na južnej stene je

∑L = 4·((2·1,8) +(3·1,35)) = 30,6 m.

Podobne postupujem aj pri výpočte tepelnej straty vetraním pre vchodové a balkónové

dvere

( ) 59,247.3217,08)3,91021,0(1300 4 =−⋅⋅⋅⋅⋅⋅= −VJQ W.

Použitím vzorca (3.2) a tabuľky 3.1 počítam tepelné straty postupne pre každú stenu

zvlášť. Uvádzam vzorový výpočet pre južnú stenu

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) =−−⋅⋅+⋅+⋅=−⋅⋅= ∑ 18212,37,072,97,025,651377,00 emjij

jj ttAUQ

= 703,13 W,

( ) ( ) 97,66705,0113,7031' 300 =−⋅=+⋅= pQQ J W.

Tab. 6.1. Hodnoty výpočtu tepelnej straty južnej steny

Južná stena

označenie časti domu SJ OJ OVJ DJ DVJ

L (m) 11,9 1,8 30,6 1,5 9,3

v (m) 6,3 1,35 - 2,1 - A' (m2) 74,97 2,43 - 3,15 - no (-) 5 4 - 1 - A0 (m2) 9,72 0 - 0 - A (m2) 65,25 9,72 - 3,15 - UJ (W·m-2·K-1) 0,1377 0,7 - 0,7 -

(ti-tem) (K) 39 39 - 39 - Q0J’ (W) 350,41 265,36 - 87,36 - QvJ (W) - - 80,93 24,6

∑ Q0J’ (W) 703,13 p3 (-) -0,05 Q0J (W)vrátane prirážky p3 667,97

Analogicky som postupovala pri výpočte všetkých stien, podlahy a stropu.

Výsledky uvádzam v tabuľkách 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 a 6.5.

Tab. 6.2. Hodnoty výpočtu tepelnej straty severnej steny

Severná stena časť domu SS OSV OvSV OSM OvSM DB DvB

L (m) 11,9 1,2 10,2 0,6 18 0,74 6,68 v (m) 6,3 1,35 - 0,9 - 1,03 - A' (m2) 74,97 1,62 - 0,54 - 0,762 - no (-) 8 2 - 6 - 2 - A0 (m2) 6,48 0 - 0 - 0 - A (m2) 68,49 3,24 - 3,24 - 1,524 - U (W·m-2·K-1) 0,1377 0,7 - 0,7 - 0,7 - (ti-tem) (K) 39 39 - 39 - 39 - Q0S’ (W) 367,8 88,45 - 88,45 - 41,6 - QvS (W) - - 26,98 - 47,6 - 17,67∑ Q0S’ (W) 586,32

p3 (-) 0,1 Q0S (W)vrátane prirážky p3 644,95

Tab. 6.3. Hodnoty výpočtu tepelnej straty západnej steny

Západná stena časť domu SZ OZ OvZ L (m) 9,6 1,8 30,6 v (m) 6,3 1,35 - A' (m2) 60,48 2,43 - no (-) 4 4 - A0 (m2) 9,72 0 - A (m2) 50,76 9,72 - U (W·m-2·K-1) 0,1377 0,7 - (ti-tem) (K) 39 39 - Q0Z’ (W) 272,6 265,35 - QVZ (W) - - 80,93 ∑ Q0Z’ (W) 537,95 P3 (-) 0 Q0Z (W) 537,95

Tab. 6.4. Hodnoty výpočtu tepelnej straty stropu a podlahy

Strop + Podlaha časť domu podlaha Strop A (m2) 80,35 80,35 U (W·m-2·K-1) 0,15717 0,0499 (ti-tem) (K) 33 39 Q0PS’ (W) 492,52 156,37 Q0PS (W) 648,89

Tab. 6.5. Hodnoty výpočtu tepelnej straty východnej steny

Východná stena časť domu SV OV OvV DB DvB

L (m) 9,6 1,3 10,6 0,74 6,68 v (m) 6,3 1,35 - 1,03 - A' (m2) 60,48 1,755 - 0,762 - no (-) 4 2 - 2 - A0 (m2) 5,034 0 - 0 - A (m2) 55,446 3,51 - 1,524 - U (W·m-2·K-1) 0,1377 0,7 - 0,7 - (ti-tem) (K) 39 39 - 39 - Q0V’ (W) 297,8 95,8 - 41,6 - QVV (W) - - 28,04 - 17,67 ∑ Q0V’ (W) 435,19 p3 (-) 0,05 Q0V (W) 456,95

Celkový súčiniteľ prestupu tepla

( ) ( ) ( )( ) 1756,0182135,8048,6097,742

95,45689,64895,37595,44697,6760

=−−⋅++⋅++++

=−⋅

=∑

∑

iemii

ii

c ttA

QU W·m-2·K-1

Ak Uc = 0,1756 W.m-2.K-1 prirážka na vyrovnanie vplyvu chladných

konštrukcií p1 = 0,15·kc = 0,15·0,1756 = 0,0263 W·m-2·K-1. Prirážka p2 je prirážka na

urýchlenie vykúrenia domu a uvažuje sa 0,1. Keďže v dome je nepretržité vykurovanie

nebudem ju uvažovať a teda p2 = 0.

Celkové straty prestupom

( ) ( ) 47,303400263,0171,29561 210 =++⋅=++⋅= ∑ ppQQi

iP W.

Celkové straty vetraním

( ) 45,32407,28)67,172(6,4798,2624,6 93,082 =+⋅++++⋅== ∑i

ViVH QQ W,

čomu odpovedá objem vzduchu, ktorý sa vymení za jednu hodinu:

( ) ( ) 93,5136007,0866,1221021,03600 4∑ =⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= −

iLVVH MBLiV m3·h-1.

Minimálna výmena vzduchu za jednu hodinu daná hygienickými požiadavkami sa

nemení a jej hodnota je

17,1313600

,665245,05,03600

5,03600

minminminmin =

⋅⋅=

⋅⋅=

⋅= m

VVnVnV m3·h-1.

Potrebný objem výmeny vzduchu za hodinu sa rovná

,247993,5117,131min =−=−= VHVVD VVV m3·h-1.

Z objemu Vd som určila potrebný výkon na ohrev tohto vzduchu čo je dodatočná

strata:

( ) ( ) 19,4643600

6,321101024,792,13600

=−⋅⋅⋅

=−⋅⋅⋅

= eiVVDVVD

ttcVQ

ρ W,

kde Vρ (kg·m-3) je hustota vzduchu,

cV (J·kg-1·K-1) je merná tepelná a kapacita vzduchu.

Teda maximálna tepelné strata prestupom a vetraním je:

11,382319,46445,32447,3034 =++=++=+= VDVHPVP QQQQQQ W.

Spotreba tepelnej energie počas vykurovacieho obdobia

Celkovú spotrebu tepla som počítala použitím vzorca 3.3

( ) ( ) 25,108137,321

1028402411,38239,01024'33

=−

⋅⋅⋅⋅=

−⋅⋅⋅⋅

=−−

eiVO tt

DQQ ε kW·h.

Solárne zisky oknami

Priemerný tepelný zisk som stanovila zo vzťahu 4.1, pričom sa zmení

priepustnosť slnečného žiarenia (T1) na 0,73 pre trojsklo. Činiteľ využitia slnečného

žiarenia cm som odčítala z tab. 4.1 a globálne slnečné žiarenie pre rôzne mesiace Egm

z tab. 4.2.

Potom som určila solárny zisk cez južné okná pre mesiac december

0,532281,073,0321 =⋅=⋅⋅= TTTT ,

,3879,095,05322,041,3995,30 =⋅⋅⋅⋅⋅=ZmQ kW·h·mes-1.

Podobne som určila tepelné zisky aj v iných mesiacoch pre každú svetovú stranu.

Výsledky sú uvedené v tabuľkách 6.6, 6.7, 6.8 a 6.9.

Tab. 6.6. Výpočet solárnych ziskov na južnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmJ (kW·h) 71,57 41,07 30,95 41,94 53,31 89,73 88,42 416,99 Cm (-) 0,67 0,81 0,95 0,95 0,95 0,81 0,67 0,83

QZmJ (kW·h) 127,703 88,594 78,3 103,906 134,873 193,559 157,785 921,71

Tab. 6.7. Výpočet solárnych ziskov na západnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmZ (kW·h) 32,23 15,87 11,18 15,01 22,21 48,89 65,84 211,23 Cm (-) 0,85 0,95 1 1 1 0,95 0,85 0,94286

QZmZ (kW·h) 70,333 38,706 28,703 38,536 57,020 119,241 143,678 535,517

Tab. 6.8. Výpočet solárnych ziskov na východnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmV (kW·h) 32,23 15,87 11,18 15,01 22,21 48,89 65,84 211,23 Cm (-) 0,85 0,95 1 1 1 0,95 0,85 0,94286

QZmV (kW·h) 27,556 15,165 11,245 15,098 22,340 46,718 56,292 209,811

Tab. 6.9. Výpočet solárnych ziskov na severnej strane

Mesiac X XI XII I II III IV spolu

QqmS (kW·h) 10,36 5,52 4,03 5,21 7,26 15,6 4,04 52,02 Cm (-) 0,95 0,98 1 1 1 0,98 0,95 0,98

QZmS (kW·h) 11,540 6,343 4,725 6,108 8,513 17,926 4,500 59,776

Celkové solárne zisky za vykurovacie obdobie získame sčítaním ziskov zo

všetkých stien

8,17268,598,2095,5357,921 =+++=+++= ZmSQZmVQZmZQZmJQZmQ kWh

.

Tieto solárne zisky sa mierne znížili, kvôli použitiu tretieho skla, ktoré znižuje

priepustnosť slnečného žiarenia.

Odčítanie tepelných ziskov od tepelných strát a bilancia spotreby tepelnej

energie na kúrenie

Od celkovej spotreby tepelnej energie za vykurovacie obdobie odpočítame

tepelné zisky a získame skutočnú spotrebu energie na vykurovanie:

3,763313,441101282,172625,10813 =−−−=−−−= LPSmVO QQQQQ kW·h.

Z toho som určila ukazovatele a to spotrebu tepelnej energie na m2 a m3. Úžitková

plocha je S = 160,7 m2 a vnútorný objem je V = 433,89 m3

59,1789,433

3,7633)( 3 ===V

Qmukazovateľ VO kW·h·m-3·rok-1,

5,477,1603,7633)( 2 ===

SQ

mukazovateľ VO kW·h·m-2·rok-1.

Pri použitý zvolených tepelných izolácií a okien mi ukazovateľ spotreby

tepelnej energie vyšiel v rozmedzí 30 – 50 kW·h·m-2·rok-1 z čoho vyplýva, že

navrhovaná izolácia spĺňa izolačné parametre pre nízkoenergetický dom.

6.2. Ekonomické vyhodnotenie zvoleného riešenia

Tepelné izolácie som volila podľa výpočtu, aby som dosiahla 8-násobné

zníženie tepelnej vodivosti. Celková izolovaná plocha má 400 m2. Cenu izolácie som

určila približne na základe cenníkov výrobcov izolačných materiálov (viď. tab. 6.10).

Cena sa môže líšiť v závislosti od ponúkaných izolácií konkrétneho výrobcu a od

služieb a prác ktoré ponúka.

Tab. 6.10. Cena izolácie

Izolácia 1 m2 400 m2

Cena priemerne (Sk) 800,- 320000,-

Solárna zostava s piatimi kolektormi zabezpečí v priebehu 7 až 9 mesiacov

v roku prípravu ohriatej pitnej vody pre 4-6 osôb a vo vykurovacom období podporuje

vykurovací systém [12]. Cena celej zostavy je iba orientačná, môže sa meniť

v závislosti od použitých komponentov. V tabuľke 6.11 je uvedený energetický zisk

kolektora a celková cena celej solárnej zostavy.

Tab. 6.11. Cena kolektora a celej zostavy

Kolektor Jeden Päť Celá zostava Energetický zisk 700 - 930 kWh·rok-1 3500-4650 kWh·rok-1

Cena (Sk) 10990,- 54950,- 125000,-

Podlahové kúrenie šetrí až 20 % tepelnej energie a znížením potrebnej teploty

vzduchu o 3 – 5 °C, naviac klesnú prevádzkové náklady o 20 – 30 %. Takisto je

podlahové kúrenie vhodné na aplikáciu netradičných zdrojov energie. Cena

podlahového vykurovania (viď. tabuľka 6.12. ) sa môže meniť v závislosti od použitých

materiálov a od spôsobu tvarovania vykurovacej plochy.

Tab. 6.12. Cena podlahového kúrenia

Podlaha 1 m2 100 m2

Cena (Sk) 600 - 800,- 60000 – 80000,-

V tabuľke 6.13 je terajšia spotreba energie bežného domu a vypočítaná spotreba po

použitý tepelných izolácií, výmene okien a dverí. Ďalej sú zhrnuté ceny za slnečné

kolektory a prerobenie kúrenia.

Tab. 6.13. Spotreba energie a náklady spojené na jej zníženie

NED Spotreba energie (kW·h) 6376,4 Izolácia (Sk) 400000,- Okná a dvere (Sk) 300000,- Kolektor (Sk) 125000,- Podlahové kúrenie (Sk) 80000,-

Po sčítaný všetkých nákladov, ktorú by bolo treba investovať do navrhovaného

riešenia je orientačná suma rovná 905000,- Sk.

Záver Táto diplomová práca sa zaoberá aktuálnou problematikou nízkoenergetických

budov, s cieľom existujúci rodinný dom vhodnými technickými úpravami

rekonštruovať na dom zodpovedajúci charakteristikám nízkoenergetickej budovy.

Hlavným parametrom charakterizujúcim energetickú náročnosť budovy je koeficient

energetickej spotreby, ktorý je podľa [13] 30 – 50 kW·h·m-2. Mnou analyzovaná

budova, postavená v 70 – rokoch (20-teho storočia) vtedy dostupnými materiálmi

a technológiami, dosahuje hodnotu koeficientu energetickej náročnosti až

380 kW·h·m-2. Teda rekonštrukcia existujúcej budovy na budovu nízkoenergetickú

vyžaduje minimálne osemnásobné zníženie koeficientu energetickej náročnosti, aby sa

dosiahla horná hranica intervalu charakterizujúceho nízkoenergetickú budovu.

V prvom kroku výpočtu som analyzovala stavebné materiály a ich hodnoty

tepelných vodivostí, z ktorých je budova postavená. Samotný postup výpočtu tepelných

strát bol vykonaný podľa normy [5]. Výpočtom energetických (tepelných) strát

budovy, jednotlivých obvodových múrov, strechy a podlahy som vypočítala, že

najväčšie množstvo tepelnej energie „uniká“ cez okná. Ide o klasické drevené okná

s dvojsklom charakterizované vysokou hodnotou tepelnej vodivosti U = 3,5 W·m-2·K-1.

Ďalším dôvodom vysokého koeficientu energetickej náročnosti boli „úniky“ tepla

podlahou a obvodovými stenami, kde sa hodnota tepelnej vodivosti nachádzala

v rozmedzí

U = 1,315 ÷ 0,65 W·m-2·K-1. Najnižšie „úniky“ tepla boli stropom, nakoľko tento už bol

zaizolovaný sklenou vatou s výslednou tepelnou vodivosťou U = 0,19 W·m-2·K-1.

Nevyhovujúce hodnoty koeficientov tepelných vodivostí plášťu budovy bolo následne

potrebné upraviť.

Ako hlavné opatrenie na obmedzenie tepelných strát som navrhla dodatočné

zateplenie obvodových múrov, podlahy a čiastočne aj stropu. Zvolila som 20 cm

izolačného materiálu (na báze sklených a minerálnych vlákien) na obvodové múry

a podlahu, čím sa hodnota tepelnej vodivosti plášťa budovy znížila na U = 0,15 ÷

0,137 W·m-2·K-1 (8,8 násobne). Prídavným zaizolovaním stropu sa dosiahol koeficient

tepelnej vodivosti U = 0,05 W·m-2·K-1 . Najdôležitejším faktorom opatrení je však

výmena okien a dverí. Navrhla som okná s trojitým zasklením plneným plynom, čím sa

dosiahol celkový koeficient tepelnej vodivosti rámu aj skla U = 0,8 W·m-2·K-1, čo

zodpovedá 4,4 násobnému zníženiu.

V ďalšom kroku som vykonala kontrolný výpočet tepelných strát budovy

so zmenenými koeficientami tepelných vodivostí, opäť podľa normy [5]. Spolu so

započítaním tepelných ziskov od slnečného žiarenia, spotrebičov a obyvateľov budovy,

klesla hodnota koeficientu energetickej spotreby dodatočnými opatreniami (zateplením

a výmenou okien) na hodnotu 47 W·m-2·K-1, čo zodpovedá charakteristike

nízkoenergetickej budovy.

Prevádzka nízkoenergetických budov nie je len o znížení tepelných strát, resp.

o zvyšovaní tepelného odporu obvodového plášťa dodatočnou izoláciou, ale tiež je

potrebné sa zaoberať ekologickou prevádzkou po realizácií samotného zateplenia

objektu. Dodatočná izolácia znížila náklady na vykurovanie. Avšak idea

nízkoenergetických budov spočíva aj v obmedzení spotreby energie zo zdrojov ako sú

elektrina, plyn, a tým pádom aj ostatných neobnoviteľných zdrojov energií. Ako jednou

z možností a zároveň podmienok sa naskytuje využívať obnoviteľné zdroje energií, v

konkrétnom prípade môjho návrhu energiu slnečného žiarenia. Navrhla som kompletný

systém piatich kolektorov a prídavných zariadení určených na ohrev TÚV a podpory

vykurovania (nízkoteplotné podlahové kúrenie) s energetickým (tepelným) ziskom

3500 – 4650 kW·h·rok-1. Ako hlavný zdroj tepelnej energie potrebnej najmä na kúrenie

a podporu TÚV som zachovala už doteraz používaný splynovací kotol na palivové

drevo. Týmto riešením je možné úplne vylúčiť používanie zemného plynu a spotrebu

elektrickej energie obmedziť na nutnú potrebu prevádzky elektrických spotrebičov

v domácnosti (s orientáciou na elektrické spotrebiče energetickej triedy A).

Posledným bodom bolo technicko-ekonomické zhodnotenie celého návrhu. Po

spočítaní nákladov navrhovaného riešenia (vyššie spomenutého) som sa dopracovala

k orientačnej sume 905 000 Sk. Aj napriek vysokým nákladom netreba túto sumu

považovať za „vyhodené peniaze“, ale ako dobrú investíciu do budúcnosti vo forme

kvalitného, energeticky nenáročného a ekologického bývania.

Zoznam použitej literatúry

[1] LORENCOVÁ, D.: Alternatívne vykurovanie, Pekné BÝVANIE 7/2004

[2] www.eeb.sk

[3] http://www.ekodomy.sk

[4] Tywoniak, J.: Nízkoenergetické domy, Grada 2005

[5] STN 06 0210: 1995 Výpočet tepelných strát budov pri ústrednom vykurovaní

[6] Janouš, A., Kučera, P., Šafránek, J., Řehánek, J.: Tepelně-energetické vlastnosti

budov, Grada 2002

[7] www.efilip.sk

[8] http://sparknet.info/goto.php/view/2/glossary.htm

[9] STN 73 0540: 2002 Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a

budov. Tepelná ochrana budov.

[10] www.brickon.sk

[11] STN EN 13 829: 2001 Tepelnotechnické vlastnosti budov. Stanovenie vzduchovej

priepustnosti budov. Metóda pretlaku pomocou ventilátora

[12] www.thermosolar.sk

[13] Tywoniak, J.: Nízkoenergetický štandard, Nízkoenergetické bývanie, MediaST,

apríl 2005

ŽILINSKÁ UNIVERZITA V ŽILINE

Elektrotechnická fakulta

DIPLOMOVÁ PRÁCA Prílohová časť

2006 Simona Vaňková

Zoznam príloh

Príloha č. 1: Pôdorys prízemia obytného domu

Príloha č. 2: Pôdorys poschodia obytného domu