Zemný tepelný výmenník vzduchu
Kontrolované vetranie moderných budov s vysokými hodnotami tepelných odporov sa stáva nevyhnutnosťou. Využívanie tepla zeme je technika, ktorá sa dnes už často zužitkováva v systémoch tepelných čerpadiel. V systémoch kontrolovaného vetrania možno využiť aj teplo zeme pomocou zemných kolektorov na vykurovanie budov v zimných obdobiach, ako aj zemný chlad na chladenie budov v stále väčších letných horúčavách.
Bežnou súčasťou tohto systému je rekuperačná výmena tepla, ktorá zaisťuje odvádzanie odpadového vzduchu a privádzanie čerstvého vzduchu s následným dohrievaním, respektíve dochladzovaním. Často sa buduje takzvaný zemný výmenník tepla (niekde sa označuje ako zemný register či zemný kolektor), ktorý vo vykurovacom období predhrieva čerstvý vzduch privádzaný k vetracej jednotke. V letnom období ho, naopak, možno využívať na ochladenie privádzaného vzduchu, pretože zemina v dvojmetrovej hĺbke má počas roka pomerne stálu teplotu.
214722
214722
Princíp zemného výmenníka je jednoduchý.
Privádzaný čerstvý vzduch sa vedie potrubím uloženým v zemi a počas prechodu vzduchu dochádza k výmene tepla medzi vzduchom a zeminou okolo potrubia. Vo vykurovacom (zimnom) období je prúdiaci vzduch okolo zeminy ohrievaný, v letných horúcich mesiacoch, naopak, ochladzovaný. Takto sa využíva skutočnosť, že teplota pôdnych vrstiev je v hĺbke okolo 2 m v zime i v lete približne konštantná (7 až 12 °C). Investor (nezriedka i projektant) majú však v mnohých prípadoch o zemnom výmenníku zjednodušenú predstavu – do výkopu položia kanalizačné potrubie, ktoré dovedú k domu, a problém je vyriešený – majú zemný výmenník bez akéhokoľvek počítania a za lacné peniaze. No skutočný prínos takéhoto „na kolene“ vyhotoveného zariadenia by ukázalo len seriózne meranie.
Pri návrhu a realizácii zemného tepelného výmenníka vzduchu treba dodržiavať niekoľko najdôležitejších zásad. Ako pri každom inom systéme, tak aj pri zemnom výmenníku je najdôležitejší práve správny návrh a použitie správneho materiálu. Pri návrhu treba zaistiť optimálny pomer medzi tlakovou stratou pri prúdení vzduchu, ďalej medzi hodnotou prestupu tepla, rýchlosťou prúdiaceho vzduchu a investičnými nákladmi.
| Systém tepelnej výmeny vzduchu s využitím teploty zeme na kontrolované vetranie objektu má nepochybne veľkú budúcnosť najmä pre svoju efektívnosť, úsporu energie a pre zabezpečenie čistoty vzduchu. Veď prečo nevyužívať lacnú energiu zo zeme vzhľadom na neustále stúpajúce ceny a nároky na energie? |
214718
214718
Výber materiálu
Na efektívnu funkčnosť a spoľahlivú prevádzku treba použiť rúrový materiál so zvýšenou tepelnou vodivosťou a vysokou pozdĺžnou tuhosťou, napríklad polypropylén. Materiál potrubia musí byť tesný proti nasávaniu radónu zo zeme do potrubia a taktiež by mal zamedzovať tvorbe baktérií. Pri návrhu celkovej dĺžky potrubia zemného výmenníka je potrebné počítať s rýchlosťou vzduchu pod 3 m/s. Ďalším parametrom návrhu je tepelná vodivosť materiálu použitého na potrubie a požadované množstvo vzduchu vychádzajúce z požadovanej intenzity výmeny vzduchu v objekte. Dôležitým parametrom je tiež priemer potrubia.
| Ako to funguje Zemný kolektor alebo zemný register je určený na prívod čerstvého vzduchu do obytných budov. Kolektor – systém rúr s vnútornou antibakteriálnou povrchovou úpravou – je uložený v hĺbke asi 2 m. Využíva akumulačnú schopnosť pôdy: v hĺbke asi 2 m je teplota konštantná v zime aj v lete. Cez sací box sa nasáva vonkajší vzduch do zemného tepelného výmenníka vzduchu a počas prechodu vzduchu dochádza k výmene tepla medzi zeminou a prúdiacim vzduchom v potrubí. Princíp zemného výmenníka je založený na tom, že teplota pôdy sa v zime využíva na predhriatie čerstvého vzduchu a v lete na ochladenie nasávaného vzduchu, pretože pôda je v zime teplejšia a v lete chladnejšia než vonkajší vzduch. |
Antibakteriálna úprava vnútorného povrchu potrubia
214721
Daniel Veselský
Ide o vlastnosť materiálu potrubia, ktorá je veľmi dôležitá. Na rozdiel od iných vlastností potrubného materiálu, ako je napríklad koeficient tepelnej vodivosti, ktorý sa dá kompenzovať iným spôsobom (avšak na úkor snahy o optimalizáciu nákladov), sa nedá použiť materiál bez tejto vlastnosti. Keďže pri letnej prevádzke systému zemného výmenníka vzniká kondenzát, vytvára sa v potrubí výmenníka optimálne prostredie na vývoj choroboplodných zárodkov (tmavé vlhké prostredie s teplotou 16 až 25 °C). Výsledkom je nepríjemný hnilobný pach privádzaný vetracím systémom a následné chronické ochorenia osôb zdržiavajúcich sa v objekte. Samozrejme, úplne to znehodnocuje celý systém a vyvoláva nové náklady na nápravu. Tá je zvyčajne veľmi nákladná alebo úplne nereálna (v prípade umiestnenia zemného kolektora pod základovou doskou objektu). Najčastejším riešením je potom odpojenie systému výmenníka. Preto sa vyvarujte použitia nevhodných materiálov, napríklad bežných kanalizačných rúr z PVC, pri ktorých problém s choroboplodnými zárodkami určite nastane. V takomto prípade bude lepšie systém tepelného výmenníka vzduchu s využitím zemného tepla vôbec nebudovať.
| Umiestnenie a veľkosť Svoju úlohu pri efektívnom fungovaní systému tepelnej výmeny vzduchu plní aj kvalitné podložie, do ktorého sa potrubné rozvody uložia. Ideálne sú íly, respektíve ílovité zeminy, menej priaznivé sú štrkovité a pieskové podložia. Potrubné vedenie môže byť podľa miestnej situácie navrhnuté ako priama alebo okružná trasa okolo objektu, prípadne formou registra. Možné sú i kombinácie obidvoch spôsobov. Celková dĺžka potrubného vedenia môže byť aj niekoľko sto metrov (počíta sa približne so 60 m na 1 kW v dostatočne vlhkej pôde). Ak dĺžka potrubia presiahne 400 m, odporúča sa rozvod rozdeliť na dve paralelné slučky po 200 metrov. Veľkosť plochy zemného kolektora na pozemku dosahuje približne dvoj- až trojnásobnú veľkosť vykurovanej plochy domu. Pre tvorbu kondenzátu v letnom období musí mať celý systém spád minimálne 2 % smerom k sifónu na odtok kondenzátu alebo ku kondenzačnej zbernej šachte. Nasávanie vzduchu do zemného kolektora by sa malo zabezpečiť filtračným boxom alebo nasávacou vežou, v ktorej sú umiestnené filtre zachytávajúce drobné nečistoty – prach a peľ. |
214720
Daniel Veselský
214720
Daniel Veselský
Kvalita vzduchu je najdôležitejšia
Najvyššiu kvalita vzduchu zo zemného výmenníka vzduchu zaručuje optimálna konštrukcia celého systému. Aby sa docielila optimálna hygiena a sviežosť vzduchu, je nutná predfiltrácia nasávaného vzduchu (odstránenie prachu, nečistôt, pachov atď.). Pre vznik kondenzátu v letnom období treba vyriešiť jeho odvod. Inak totiž skondenzovaná voda znečistí privádzaný vzduch hnilobným zápachom a vetrací systém bude potom tento zápach rozvádzať po celom objekte. Ešte horším následkom môžu byť baktérie, ktoré nájdu v tomto prostredí optimálne životné podmienky. Pri odvádzaní kondenzátu treba počítať pri potrubnom vedení so spádom k sifónu na odvod kondenzátu, prípadne ku kondenzačnej zbernej šachte. Aj pri použití potrubia s nedostatočnou pevnosťou sa prejavujú problémy so zhromažďujúcou sa vodou v najnižších miestach potrubia, pričom baktérie tam môžu spôsobiť hnilobný pach, ktorý sa rozšíri cez ventilačné zariadenie do celého domu. Samozrejmosťou je zaistenie vodotesnosti a plynotesnosti potrubia výmenníka od jeho vstupu až po vyústenie do rekuperačnej jednotky.
| Základným predpokladom funkčnosti systému zemného výmenníka je použitie správneho materiálu, ktorý by mal mať tieto charakteristiky: • hladký vnútorný povrch, • antimikrobiálna úprava vnútorného povrchu potrubia, • optimálny prestup tepla (vynikajúca tepelná vodivosť asi o 50 % vyššia ako pri bežnom PVC), • vysoká kruhová tuhosť a pozdĺžna pevnosť potrubia, • možnosť vysokotlakového preplachovania a čistenia s tlakom vody až 340 barov (!), • absolútna tesnosť systému proti vonkajším prejavom (prerastanie koreňmi, vlhkosť, spodná voda), • tesnosť systému proti zemným plynom (radón). |
Článok bol uverejnený v časopise Eko dom.
