SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA POROVNANIE ENERGETICKEJ NÁROČNOSTI VYKUROVANIA RODINNÝCH DOMOV PRI RÔZNYCH TYPOCH KOTLOV

Transcription

1 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA POROVNANIE ENERGETICKEJ NÁROČNOSTI VYKUROVANIA RODINNÝCH DOMOV PRI RÔZNYCH TYPOCH KOTLOV Kód : SvF JURAJ FARKA

2 SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA POROVNANIE ENERGETICKEJ NÁROČNOSTI VYKUROVANIA RODINNÝCH DOMOV PRI RÔZNYCH TYPOCH KOTLOV Bakalárska práca Kód : SvF Študijný program : Pracovisko ( katedra/ústav ) : Vedúci diplomovej práce : Konzultant diplomovej práce : Inžinierstvo životného prostredia Katedra technických zariadení budov Doc. Ing. Daniel Kalús, PhD Ing. Martin Keszegh Bratislava 2010 JURAJ FARKA

3

4 Abstrakt v štátnom jazyku Cieľom danej bakalárskej práce bolo porovnať energetickú náročnosť pri rôznych typoch kotlov v rodinnom dome. Bakalársku prácu som rozdelil na päť častí. V úvode je popis analýzi súčasného stavu vo svete a u nás a taktiež plánov a výhľadov do budúcnosti. Druhá obsahuje rozdelenie a popis kotlov použitých v tejto práci. Tretia časť je venovaná návrhu rodinného domu a k nemu náležitým výpočtom. Veľká časť týchto výpočtov spočíva vo vyrátaní tepelnej bilancie rodinného domu. Štvrtá kapitola v sebe zahŕňa výpočet energetickej, ekonomickej a environmentálnej analýzi. V poslednej časti nachádzame samotný návrh vykurovacej sústavy. V prílohe sú uvedené pôdorysy, detaily a taktiež vzhľad celého rodinného domu. Kľúčové slová : nízkoenergetický dom, plynové kotly, energetický systém Abstrakt v cudzom jazyku The aim of the thesis was to compare the energy consumption for different types of boilers in a family house. Thesis I divided into five parts. The introduction is a description of the analysis of the current state of the world and in our country and also plans and future prospects. Second include description of generators used in this work. The third part is devoted to calculation thermal balance the family house. A large part of these calculations include thermal balance of the house. The fourth chapter involves calculating the energy, economic and environmentálnelnej analysis. In the last part we are making a proposal for the heating system. The attachment provides floor plans, details and appearance of the house. Key words: low-energy house, boilers, power system

5 Obsah Obsah...4 Úvod Analýza súčasného stavu problematiky Analýza súčasného stavu vo svete Analýza súčasného stavu v SR Vízie budúcnosti v energetike Zdroje tepla Rozdelenie zdrojov tepla a všeobecné požiadavky Klasifikácia zdrojov tepla Malé zdroje tepla Stredné zdroje tepla Malé zdroje tepla-charakteristika kotlov Druhy a rozdelenie malých kotlov Kondenzačné kotly Návrh pre rodinný dom Popis objektu Architektonicko dispozičné riešenie Energetická bilancia Výpočet tepelných strát skráteným spôsobom Výpočet potreby tepla na vykurovanie Výpočtové hodnoty súčiniteľov prechodu tepla Plošné a priestorové parametre budovy Tepelnotechnické vlastnosti konštrukcií a redukčné faktory Výpočet vplyvu tepelných mostov Merná tepelná strata prechodom tepla Priemerný súčiniteľ prechodu tepla teplovýmenného obalu budovy Merná tepelná strata vetraním Merná tepelná strata budovy Pasívny solárny zisk budovy Vnútorný tepelný zisk Celkové vnútorné zisky Teplo na ohrev vody... 29

6 3.4.5 Potreba tepla na vykurovanie domu Potreba tepla na krytie tepelných strát prechodom tepla Q t Potreba tepla na krytie tepelných strát vetraním Q V Potreba tepla na vykurovanie Merná potreba tepla na vykurovanie na celú vykurovaciu sezónu Faktor tvaru budovy Normové hodnoty E 1,N a E 2,N pre nové budovy Posúdenie podľa STN Stupeň potreby tepla na vykurovanie Výpočet potreby energie na vykurovanie Merná potreba energie na vykurovanie Energetická, ekonomická a environmentálna analýza Výpočet primárnej energie a emisií CO Výpočet predpokladaných investičných nákladov na palivo Záver Koncepčné riešenie vykurovacej sústavy v RD Popis zdroja tepla Distribučná sieť Odovzdávanie tepla Spôsob regulácie Zoznam použitej literatúry Príloha... 55

7 Úvod Súčasné problémy nás nútia hľadať cesty ako znížiť emisie a vôbec ako pomôcť životnému prostrediu. Jednou z týchto ciest je aj využívanie nízkoenergetických systémov, či už v rodinných domoch, alebo bytových domoch. Snažíme sa pomocou týchto systémov znížiť dodávky energií a odľahčiť životné prostredie a taktiež aj ušetriť financie. V tejto práci som sa venoval predovšetkým vykurovacím systémom, ako jedným z hlavných zariadení na ktorých sa dá najviac ušetriť energia. 1 Analýza súčasného stavu problematiky 1.1 Analýza súčasného stavu vo svete V súčasnosti vo svete, ale aj u nás panuje problém so zabezpečením ekologicky a ekonomicky výhodných zdrojov energie. Jedným z hlavných aspektov týchto obáv je neustále sa rozrastajúci počet obyvateľov Zeme. Stačí spomenúť, že na začiatku 70 rokov bola svetová spotreba prvotných zdrojov približne 221 EJ a o dvadsať rokov neskôr už 370 EJ. Taktiež dochádza k prechodu z uhlia na prevažujúci podiel ropy a zemného plynu. Konkrétne podiel uhlia v roku 1950 bol asi 60 % a momentálne je asi na 35%, a naopak podiel ropy a plynu vzrástol z 35% na 60%. [2] 6

8 Obr. 1.1 Celosvetovo energetické zdroje [12] Hlavným cieľom kongresov Svetovej energetickej rady WEC zostáva cesta trvalo udržateľného rozvoja. Ráta pri braní zreteľa na neodvratný rast svetovej populácie aj s nevyhnutnosťou rozvoja ekonomiky na vytvorenie dostatočnej kvality života pre všetkých obyvateľov. Práve na tieto momenty sa zameriavajú štúdie WORLD ENERGY COUNCIL WEC. Existujú štyri varianty opisujúce budúce alternatívy rozvoja pri zachovaní trendov v politike, ekonomike... Varianty sú závislé od technológie, finančných možností, ekonomického rozvoja a ekologických prístupov. Scenáre sa zakladajú na : Absencie väčších vývojových skokov Zvýšenie svetovej populácie, hlavne v rozvojových krajinách Pokračovanie urbanizácie 7

9 Ekonomický rast Voľný obchod, priaznivé podmienky pre investície, vysoká úroveň školstva a sociálne záruky Zníženie energetickej náročnosti a zlepšenie účinnosti Spotreba ropy a plynu podľa scenárov Záverom z týchto scenárov je to, že na svete je na najbližšie storočie dostatočne veľa primárnych zdrojov. Energetické zdroje, ktoré má ľudstvo k dispozícii na čerpanie: Trvalé obnoviteľné energetické zdroje: energia slnečného žiarenia, vietor, energia morských vĺn, geotermálna energia, príliv a odliv Vyčerpateľné neobnoviteľné energetické zdroje: uhlie, ropa, zemný plyn, prírodný urán. Fosílne palivá vydržia ľudstvu približne na sto rokov. Naproti tomu využiteľná slnečná energia je asi krát väčšia, než je v súčasnosti spotrebovávaná. [1] Referenčný scenár Scenár znižovanie uhlíka Rozdiel 8

10 Dopyt po energii - svet (Gtoe) Dopyt do energii - EÚ (Gtoe) 17.1 (+1.8 % ročne) 2.0 (+0.4 % ročne) % % Fosílne palivá celkom - svet (Gtoe) % - ropa (Gtoe) % - uhlie (Gtoe) % - zemný plyn (Gtoe) % Atómová energia (Gtoe) % Obnoviteľné zdroje (Gtoe) % Fosílne palivá celkom - EU (Gtoe) % - ropa (Gtoe) % - uhlie (Gtoe) % - zemný plyn (Gtoe) % Atómová energia (Gtoe) % Obnoviteľné zdroje (Gtoe) % Emisie CO2 svet (GtCO2) Emisie CO2 - EU (GtCO2) % % 9

11 Gtoe: Ekvivalent gigatony ropy (= 42.7 gigajoule), GtCO2: gigatona CO2 Obr. 1.2 Dopyt po energii [ zdroj : Európska komisia, správa WETO ]: 1.2 Analýza súčasného stavu v SR Slovensko má nevýhodnú štruktúru spotreby, podškrtnutú slabým pokrokom a rozvojom primárnych energetických zdrojov. Taktiež je v nevýhodnej pozícii, keďže 90% palív si musí doviesť zo zahraničia. Z tohto pohľadu je veľmi dôležité vhodné hospodárenie s palivami a energiou. Dôležité je aj zabezpečenie strategických surovín a palív dlhodobými zmluvami a zmeniť štruktúru v spotrebe palív v prospech zvýšenia podielu ekologicky výhodnejších druhov. Momentálne nastavený systém už nespĺňa kritéria vývoja energetiky na SR a je nutné paralelne vytvoriť návrhy na novú koncepciu. Obr Vývoj štruktúry primárnych energetických zdrojov (primárnej produkcie) podľa palív v SR (1000toe) [1] 1.3 Vízie budúcnosti v energetike 10

12 PJ Nové technológie zohrajú v budúcnosti dôležitú úlohu. Sprevádza ich snaha o neustále znižovanie spotreby paliva. V blízkej budúcnosti sa budú zavádzať hlavne tieto technológie: Plynové turbíny s väčšími výkonmi, kombinované a paroplynové cykly s veľkými výkonmi so zvýšenou účinnosťou a nižším ekologickým vplyvom Čisté technológie s efektívnou konverziou uhlia a využitie alternatívnych palív z biomasy Geotermálne technológie po zlacnení hlbokých geotermálnych vrtov Ekonomicky efektívne technológie využitia ostatných obnoviteľných a iných alternatívnych zdrojov na výrobu elektrickej energie Nové jadrové technológie Elektrárne s palivovými článkami Zdokonalené fotovoltické, fototermálne technológie a využitie supravodivosti Zdokonalené technicko-organizačné systémy s využitím systémových efektov pri znižovaní energetickej náročnosti hospodárstva Pokusná elektráreň s termojadrovou fúziou [3] Veterná energia Vodná energia Geotermálna energia Slnečná energia Biomasa

13 Obr V roku 2020 sa predpokladá 12% podiel OZE [24] 2. Zdroje tepla V tejto práci som sa snažil porovnať rozličné kotly. Ako úvod do problematiky chcem preto uviesť samotné rozdelenie zdrojov tepla medzi, ktoré patria aj spomenuté kotly. 2.1.Rozdelenie zdrojov tepla a všeobecné požiadavky Zdroj tepla je technické zariadenie, v ktorom prebieha proces premeny chemickej energie obsiahnutej v palive na tepelnú energiu, schopnú odovzdať sa prostredníctvom teplonosnej látky do miesta spotreby. Zdrojom tepla býva najčastejšie kotol, tepelné čerpadlo a kogeneračná jednotka Klasifikácia zdrojov tepla Zdroje tepla sú určené predovšetkým na výrobu tepla na vykurovanie, prípravu teplej vody, vetranie a technologické účely. Odlišujú sa od seba hlavne druhom spaľovaného paliva, spôsobom spaľovania, konštrukčným riešením spaľovacieho zariadenia a taktiež veľkosťou tepelného výkonu. Zdroje tepla podľa veľkosti tepelného výkonu : [3] - malé zdroje tepla zásobujú teplom jednu bytovú jednotku, kanceláriu, nájomný priestor, celé podlažie - stredné zdroje tepla zásobujú teplom celý objekt alebo skupinu objektov - veľké zdroje tepla zásobujú teplom veľké územné celky Malé zdroje tepla Za malé zdroje tepla môžeme považovať kotolne so súčtovým výkonom do 50 kw, ktoré ak spaľujú plynné palivo, považujú sa za spotrebiče a navrhujú sa v súlade s PTN TPP Kombinované plynové kotle s ohrevom teplej vody môžu mať tepelný výkon najviac 70kW a navrhujú sa podľa STN EN 625. Zdroje tepla na tuhé a kvapalné palivá sa navrhujú podľa požiadaviek STN Taktiež sem patria aj kotle s výkonom od 50 do 500kW, ktoré sa zaraďujú do kategórie domových nízkotlakových kotolní a navrhujú sa 12

14 rozdielne vzhľadom na druh spaľovaného paliva podľa požiadaviek STN , STN a vyhlášky ÚBP č. 75 / 1996 Z. z. [3] Stredné zdroje tepla Sú definované ako domové zdroje tepla s tepelným výkonom od 500 do 3500 kw. Tieto zdroje tepla zásobujú tepelnou energiou na vykurovanie, prípravu teplej vody jednu poprípade dve budovy. Väčší počet budov môžu zásobovať teplom tzv. Blokové zdroje tepla. Najdôležitejším kritériom pre rozdelenie domových a blokových zdrojov tepla je druh spaľovaného paliva, výška prevádzkových tlakov, druh teplonosnej látky a spôsob obsluhy a riadenia zdrojov tepla. Podľa ustanovení STN rozdeľujeme domové kotolne podľa kategórií : - kotolne III. kategórie - kotolne s tepelným výkonom jedného kotla od 50 kw do súčtu tepelných výkonov 500 kw - kotolne II. kategórie kotolne so súčtom tepelného výkonu od 500 do 3500 kw - kotolne I. kategórie kotolne so súčtom tepelného výkonu nad 3500 kw Veľké zdroje tepla Veľké zdroje tepla s tepelným výkonom nad 3500 kw poznáme ako okrskové zdroje tepla, alebo teplárne a výhrevne. Okrskové zdroje zásobujú väčšie obytné celky alebo okrsky s polyfunkčnými objektmi, kde spotrebiteľské sústavy vyžadujú rôzne parametre teplonosnej látky a rozdielne podmienky na prevádzku počas pracovných dní a dní pracovného pokoja. Rozdeľujeme ich pre sústavy decentralizovaného a centralizovaného zásobovania teplom vzhľadom na požadovaný veľký tepelný výkon a druh energie na : - okrskové kotolne s menovitým tepelným výkonom od 2 do 20 MW - výhrevne, kde sa vyrába iba tepelná energia a súčet výkonov kotlov je od 20 do 35 MW - teplárne, kde sa vyrába spoločne tepelná energia a elektrická energia, ktorých menovitý tepelný výkon je od 20 do 60 MW 2.3 Malé zdroje tepla charakteristika kotlov 13

15 V rodinných domoch, bytových domoch alebo budovách občianskej vybavenosti sa na zabezpečenie optimálnej tepelnej pohody používajú najčastejšie kotly s výkonom do 50 až 70 kw, ktoré spaľujú tuhé, kvapalné, alebo plynné palivá a ich tepelná účinnosť je spravidla okolo 90 %. Tieto malé zdroje tepla môžu byť rôzneho technického vyhotovenia, používané pri rekonštrukcií objektov. Rozdeľujeme ich podľa technického a konštrukčného zhotovenia, druhu spaľovaného paliva, odvodu spalín, polohy umiestnenia a prívodu spaľovacieho vzduchu. Navrhujú sa ako: [10] - nástenné kotly môžu sa osadiť na voľne prístupnú stenu a sú určené výhradne na spaľovanie plynných palív a na ohrev teplej vody. Konštrukčne sa rozdeľujú podľa spôsobu prívodu spaľovacieho vzduchu, odvodu spalín a podľa účelu aplikácie. Nástenné kotly s tepelným výkonom do 50 kw sa podľa účelu využitia energie technicky konštruujú na vykurovanie, vyrábajú tepelnú energiu len pre vykurovaciu sústavu a na vykurovanie a ohrev vody. - stacionárne kotly musia byť umiestnené v miestnosti na to určenej ( kotolňa ). Určené sú pre teplovodné vykurovacie sústavy väčších dispozičných priestorov a na prípravu teplej vody môžu spaľovať všetky druhy palív. Musia byť však pripojené na komínové teleso. 2.4 Druhy a rozdelenie malých kotlov Malé zdroje tepla ústredného vykurovania môžeme rozdeliť z viacerých hľadísk: [3] Podľa druhu spaľovaného paliva : - tuhé palivá - kvapalné palivá - plynné palivá - elektrické palivá Podľa teploty teplonosnej látky sa kotly delia : - klasické teplovodné s teplotou vody do 90 0 C - nízkoteplotné s teplotou vody okolo 60 0 C 14

16 - kondenzačné s teplotou vody pod 60 0 C Podľa odberu tepla sa kotly delia na : - jednokruhové - dvojkruhové Podľa pripojenia sa delia kotly na : - zaústené do komínového telesa - bez komína Podľa spôsobu odvodu spalín poznáme kotly : - s prirodzeným odvodom - s núteným odvodom Podľa teploty spalín sa kotly rozdeľujú na : - klasické - nízkoteplotné - kondenzačné Podľa spôsobu prívodu spaľovacieho vzduchu a odvodu spalín rozlišujeme kotly : - otvorené -uzavreté Podľa materiálu, z ktorého sú zhotovené delíme kotly na: - z klasickej liatiny - zo špeciálnej liatiny s prímesami grafitu - z medi - z nehrdzavejúcej ocele Podľa druhu horáka rozoznávame kotly : 15

17 - s atmosférickým horákom a prerušovačom ťahu - s atmosférickým tlakovým horákom s pretlakom na odvode spalín alebo na prívode spaľovacieho vzduchu - s tlakovým horákom Podľa stupňa regulácie delíme kotly na : - poloautomatické - automatické Podľa spôsobu prípravy teplej vody rozlišujeme kotly : - prietokové - zásobníkové s vnútorným alebo vonkajším zásobníkom vody 2.5 Kondenzačné kotly Ich hlavnou devízou je fakt, že využívajú skupenské teplo vodnej pary v spalinách aj citeľné teplo obsiahnuté v spalinách. Väčšia účinnosť spaľovania je daná tým, že kondenzačné kotly využívajú teplo zo spalín. Klasické plynové kotle teplo plameňa plynového horáka ohrieva rúry výmenníka a v nich vykurovacie médium, ktoré je potrubným rozvodom dopravované do vykurovacích priestorov. Z komína odchádzajú spaliny vzniknuté horením do okolitého prostredia. Na rozdiel od klasického kotla prechádza vykurovacia voda výmenníkom kondenzačného kotla celkovo dvakrát. Vysokú účinnosť dosahuje predovšetkým dochladením spalín, pri ktorom sa uvoľňuje kondenzačné teplo spalín, čo je vlastne rozdiel medzi spalným teplom a výhrevnosťou paliva. 16

18 Obr Stupne využitia pri rôznom zaťažení kotla pre starý, nízkoteplotný a kondenzačný kotol [18] Kondenzačné kotly sú vhodné na použitie pre nové a aj staršie vykurovacie systémy. Taktiež sú vhodné jednak pre moderné podlahové vykurovania a jednak do starších systémov s radiátormi. Veľkou výhodou kondenzačných kotlov pri radiátorovom vykurovaní je hlavne v prechodných obdobiach jar - jeseň, keď stačí vykurovať na teplotu okolo 50 º C, čo je pod teplotou rosného bodu, čím bude dosiahnutá tepelná pohoda v miestnostiach. [18] 17

19 Obr Princíp fungovania kondenzačného kotla [18] 18

20 Obr Využitie energie ukrytej v plyne a v stratách u kondenzačného kotla. [17] Obr Využitie energie ukrytej v plyne a v stratách u klasického kotla. [17] 19

21 Obr.2. 4 Porovnanie ročných tepelných strát u nízkoteplotných a kondenzačných kotlov [18] 3. Návrh pre rodinný dom 3.1 Popis objektu Rodinný dom, ktorý som navrhoval je situovaný v okolí Bratislavy. Jedná sa o samostatne stojaci dvojpodlažný rodinný dom, umiestnený na pozemku s garážou. Prízemie slúži na reprezentatívne účely, zatiaľ čo na druhom poschodí sú umiestnené spálne. Obývateľný je štyrmi ľuďmi a dočasne aj piatym, keďže na prízemí sa nachádza hosťovská izba. Na obidvoch poschodiach sa nachádzajú sociálne zariadenia ako záchod a sprcha. Kuchyňa s jedálňou je spojená s obývacou izbou. Tvoria aj plochou najväčšiu časť domu. V technickej miestnosti sú umiestnené vykurovacie zariadenia. Stavba je nepodpivničená. Pôdorysy pre lepšiu orientáciu pridávam v prílohe. 20

22 Obr Ideálna hrúbka izolácie pre nízkoenergetický dom [13] 3.2 Architektonicko dispozičné riešenie Navrhovaný rodinný dom je prízemného tvaru, ktorý má umožniť dostatočne oslnenie vzhľadom na okolitú výstavbu. Objekt ma prízemné podlažie a nadzemné podlažie. Zastrešený je sedlovou strechou so sklonom 15,rovnako orientovanou ako susedne objekty. Pozemok je od komunikácie oddelený oplotením a chodníkom. Oplotenie zo západnej, východnej a severnej strany sa nebude meniť a ostane podľa zhotoveného oplotenia patriaceho susediacim objektom. Okolité terénne úpravy budú zhotovene podľa možnosti pozemku. Západnú časť pozemku bude tvoriť záhrada s rovinatým terénom, ktorý sa bude pozvoľne zvažovať smerom ku komunikácii a prednej časti pozemku v južnej časti pozemku. Predná východná časť pozemku bude vyspádovaná k odtokovým kanalizačným vpustiam. Jej povrch bude tvoriť betónová dlažba. Pri návrhu objektu bol zvolený taký tvar a vyraz budovy, aby harmonicky zapadal do okolitej zástavby. Voľba tradičných materiálov umocni architektonicky vyraz objektu. 21

23 3.3 Energetická bilancia Energetická bilancia, je súhrn niekoľkých parametrov a faktorov, ktoré ovplyvňujú spotrebu a potrebu energie na prevádzku, je dôležitá na návrh zdroja tepla. Výpočet tepelných strát som rátal pre svoj rodinný dom prostredníctvom metódy skráteným spôsobom. [20] Výpočet tepelných strát skráteným spôsobom V tejto časti ide najmä o hodnoty, ktoré nám pomôžu určiť spotrebu paliva, veľkosť kotla a sú údajmi pre návrh ústredného vykurovania a investičných nákladov. [3] Výpočet tepelných strát podľa obostavaného priestoru je zo vzorca : Qo = Vo. Qo [W] (3.1) Qo = 613,8. 58 Qo = W kde Vo je obostavaný priestor [m 3 ] Qo je merná tepelná strata obostavaného priestoru [W.m -3 ] Pre výpočet obostavaného priestoru Vo sa uvažujú vonkajšie rozmery stavebnej konštrukcie. Nevykurované priestory sa pri výpočte neriešia. Merná tepelná strata obostavaného priestoru Qo sa určí buď odhadom na základe skúseností, alebo z tabuliek Výpočet potreby tepla na vykurovanie Energetická bilancia je súhrn niekoľkých parametrov a faktorov, ktoré vplývajú na spotrebu a potrebu energie na prevádzku, je dôležitá na návrh zdroja tepla. Skladá sa z z bilancie energie, z tepelných strát budovy, z tepelného príkonu systému, z prípojných hodnôt a zo spotreby paliva. [3] Výpočtové hodnoty súčiniteľov prechodu tepla : Velmi dôležitou vlastnosťou je súčiniteľ prechodu tepla so symbolom U v jednotkách W/(m 2.K). Udáva tepelný tok (tepelnú stratu v zimnom období) cez 1 m 2 pri jednotkovom 22

24 rozdiele teplot. Z toho vyplýva, že čím nižšia je táto hodnota, tým má konštrukcia lepšie tepelnoizolačné vlastnosti. [3] Steny : U = 1 / ( 0,13 + 2, ,04) = 0,340 W/ (m 2. K ) (3.2) Strechy : U = 1 / (0,1 + 4, ,04) = 0,150 W/ (m 2. K ) (3.3) Plošné a priestorové parametre budovy : Obostavaný objem budovy [3] V b = a. b. v (3.4) V b = ,3 = 613,8 m 3 Kde : a dĺžka budovy [m] b šírka budovy [m] v výška budovy [m] Merná plocha budovy A b = v k. a. b (3.5) A b = ,3 = 306,9 m 2 Kde : v k konštrukčná výška [m] a dĺžka budovy [m] b šírka budovy [m] Tepelnotechnické vlastnosti konštrukcií a redukčné faktory : Plocha konštrukcií A i, hodnoty U i na tepelnovýmennom obale budovy a k nim prislúchajúce redukčné faktory b x som zapísal do tabuľky. Redukčný faktor v sebe zahŕňa šírenie tepla z interiéru cez nevykurovaný priestor do exteriéru. S jeho pomocou dokážeme počítať tepelnú stratu z rozdielu teploty medzi interiérom a exteriérom. [3] 23

25 Konštrukcia Ui (W/ m2. K ) Ai (m2) bx,i Ui.Ai.bx,i W/K Stena 0,34 219,3 1 74,562 Strecha 0,15 102,3 1 15,345 Okná 0,8 21,7 1 17,36 Vonkajšie dvere 2 2,6 1 5,2 Podlaha na teréne 0, ,3 1 29,5647 Súčty 448,2 142,0317 Tab. 3.1 Tepelnotechnické vlastnosti konštrukcií Kde : U i - hodnoty na tepelnovýmennom obale budovy [W/ m 2. K] A i - plocha konštrukcií [m 2 ] B x,i - redukčný faktor [-] 24

26 Tab. 3.2 Typické redukčné faktory [3] Vypočet vplyvu tepelných mostov : Vplyv tepelných mostov som nezanedbal nakoľko systém európskych výpočtových technických špecifikácií ho explicitne určuje pomocou lineárnych stratových súčiniteľov mostov na zníženie vnútornej povrchovej teploty a zvýšenie tepelnej straty v STN EN ISO a STN EN ISO U som navrhol 0,1 W / ( m 2. K ) vzhľadom na konštrukčné detaily. [3] U = 0,1 W / ( m 2. K ) H TM = 0,1. A i (3.6) H TM = 0,1. 448,2 = 44,82 W / K Kde : U zvýšenie súčiniteľa prechodu tepla vplyvom tepelných mostov [W/ m 2. K] A i plocha konštrukcie určená vonkajšími rozmermy [m 2 ] Merná tepelná strata prechodom tepla : Merná tepelnú stratu prechodom tepla pri výpočte potreby tepla na vykurovanie podľa STN môžeme po zavedení redukčných faktorov vyrátať zo vzťahu [3] H T = A i. b x. U i + U. A i (3.7) H T = 142, ,82 = 186,8517 ( W / K ) Kde : b x,i redukčný faktor [-] U zvýšenie súčiniteľa prechodu tepla vplyvom tepelných mostov [W/ m 2. K] A i plocha konštrukcie určená vonkajšími rozmermy [m 2 ] U i - hodnoty na tepelnovýmennom obale budovy [W/ m 2. K] U zvýšenie súčiniteľa prechodu tepla vplyvom tepelných mostov [W/ m 2. K] Priemerný súčiniteľ prechodu tepla teplovýmenného obalu budovy Teplovýmenný obal budovy uzamyká vykurovaný objem zo všetkých strán. Obsahuje súhrn konštrukcií, ktoré chránia vykurovaný priestor proti exteriéru a proti nevykurovaným 25

27 pristavným priestorom, nevykurovaného suterénu alebo susediacej budove. Priemerný súčiniteľ prechopdu tepla teplovýmenného obalu budovy obsahuje nielen súčiniteľa prechodu tepla jednotlivých stavebných konštrukcií podľa ich plôch, ale aj vplyv tepelných mostov a vplyv nevykurovaných priestorov. Zahŕňa: - tepelný tok cez obvodové konštrukcie teplovýmenného obalu následkom rozdielu vnútornej teploty a teploty vonkajšieho vzduchu - tepelný tok do nevykurovaných priestorov následkom rozdielu vnútornej teploty a teploty v nevykurovanom priestore - tepelný tok následkom všetkých tepelných mostov na teplovýmennom obale budovy [3] U m = HT / A i (3.8) U m = A i. b x. U i + U. A i / A i U m = 186,8517 / 448,2 = 0,416 W / ( m 2. K ) Kde: A i - súčet teplovýmenných plôch na teplovýmennom obale budovy, ktoré uzatvárajú vykurovaný objem zo všetkých strán [ m 2 ], zahŕňa vonkajšie a vnútorné konštrukcie H T merná tepelná strata prechodom tepla [W / K] Merný tepelná strata vetraním Pod pojmom tepelná strata vetraním rozumieme tepelný tok potrebný na ohriatie vonkajšieho vzduchu vnikajúceho do miestnosti pri infiltrácii alebo nútenom vetraní. [3] H v = 0,264. n.v b (3.9) H v =0,264. 0,5. 613,8 = 81,0216 W / K Kde : n - priemerná intenzita výmeny vzduchu [l / s] ; n = 0,5 h -1 vo všetkých vnútorných priestoroch nebytových a bytových domov je minimálnym kritériom výmeny vzduchu V b - obostavaný objem budovy [m 3 ] 3.4. Merná tepelná strata budovy Merná tepelná stratu sa udáva tepelným tokom z vykurovaného priestoru do vonkajšieho prostredia predeleným rozdielom teploty medzi vnútorným a vonkajším prostredím. Merná 26

28 tepelná strata H sa určí pomocou súčtu merného tepelného toku prechodom tepla H T a merného toku vetraním H v. Určuje sa podľa STN EN ISO [3] H = H T + H V (3.10) H = 186, ,0216 = 267,8733 W / K Kde : H T merná tepelná strata prechodom tepla [W / K] H V merná tepelná strata vetraním [ W / K] Pasívny solárny zisk budovy Pôsobenie slnečného žiarenia vplýva na solárne zisky. Na výpočet potreby tepla na vykurovanie podľa normy STN sa pasívny solárny zisk Q s počas výpočtového obdobia vykurovacej sezóny zjednodušene určí vzťahom Q s = I sj. 0,50. g n,j. A n,j. Pre jednotlivé orientácie okien som vyrátal čiastkové pasívne solárne zisky, ktoré som kvôli prehľadnosti zapísal do tabuľky. Po zrátaní týchto čiastkových ziskov som dostal celkový pasívny solárny zisk Q s = 2059,96 kwh. [3] Kde : I sj je celková energia slnečného žiarenia na jednotku plochy s nasmerovaním j počas výpočtového obdobia v kwh/m 2 ] A n,j je plocha priesvitnej otvorovej konštrukcie [ m 2 ] g n,j celková priepustnosť slnečnej energie zasklením s nasmerovaním j Orientácia Isj (kwh/m2) Anj (m2) gj Qsj (kwh) Okná na juh ,48 0,7 1509,76 Okná na východ 200 3,6 0,7 252 Okná na sever 100 0,72 0,7 25,2 Okná na západ 200 3,9 0,7 273 Q s = 2059,96 Tab. 3.2 Pasívny solárny zisk budovy Vnútorný tepelný zisk pre rodinný dom Pri určovaní tepelných ziskov pre teplo na vykurovanie som rátal taktiež aj s teplom získaným z vnútorných zdrojov. Vnútorný tepelný zdroj sa počíta pre normalizované 27

29 podmienky hodnotenia, charakterizované počtom dní d = 212, pričom vnútorné zdroje tepla sa charakterizujú priemernými tepelnými výkonmi vnútorných zdrojov tepla q i. Pre môj rodinný dom som uvažoval s q i = 4 W / m 2. [3] Q i =212. q i. A b. 24 / (3.11) Q i =5.q i. A b Q i = ,9 = 6138 kwh Kde : A b je merná plocha budovy [ m 2 ]; určí sa pôdorysnou plochou vykurovaných podlaží, pričom plocha sa určuje zo sústavy vonkajších rozmerov. q i priemerný tepelný výkon vnútorných zdrojov vo [ W / m 2 ] Celkové vnútorné zisky Tepelné zisky z vnútorných zdrojov tepla a z pasívnych solárnych ziskov sú časovo premenlivé veličiny, preto sú vo výpočtoch zahrnuté aj ich priemerné hodnoty počas výpočtového obdobia. Uvažujeme iba nad tepelnými ziskami, ktoré môžu kompenzovať potrebný vykurovací výkon. Zrátal som pasívny solárny zisk budovy a vnútorný tepelný zisk, aby som zistil celkové vnútorné zisky. [3] Q g = Q i + Q s = ,96 = 8197,96 kwh (3.12) Kde : Q i - vnútorný tepelný zisk [kwh] Q s pasívny solárny zisk [kwh] Teplo na ohrev vody Potreba tepla na ohrev vody sa určí zo vzťahu [3] Q w = ρ. c. V w. (θw θ 0 ) (3.13) Q w = ,3. (45 10) Q w = J = 12,16 kwh Kde: ρ je hustota vody [kg/m 3 ], ρ = 1000 kg / m 3 28

30 c merná tepelné kapacita vody [J / (kg. K)], c = 4180 J / (kg. K) V w množstvo teplej vody, ktoré sa vyžaduje počas výpočtového obdobia [m 3 ],V=300l θ w teplota dodávanej teplej vody [ 0 C], θ w = 45 0 C θ 0 teplota vody pri vstupe do zásobovacieho system [ 0 C], θ w = 10 0 C Potreba tepla na vykurovanie domu Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov sa určujú výpočtom tepelnotechnických vlastností. Nezahŕňa vlastnosti zdroja tepla a vykurovacej sústavy. Postup určenia týchto veličín uvádza STN EN 832. Tento postup treba konkretizovať vzhľadom na klimatické podmienky, definovanie referenčnej vykurovacej sezóny a spôsobu preukázania normovej hodnoty mernej potreby tepla v STN Výpočet potreby tepla na vykurovanie sa určuje pre porovnávacie normalizované podmienky a referenčnú vykurovaciu sezónu. Cieľom výpočtu potreby tepla je : [3] - porovnať niekoľko variantov riešenia tepelnej ochrany budovna výber optimálneho riešenia tepelnotechnických vlastností konštrukcií - znázorniť úroveň existujúcej budovy - preukázať výsledok možných opatrení pri obnove existujúcej budovy - posúdiť súlad s predpismi STN Uvažoval som nad hodnoteniami vzťahujúcich sa na celú vykurovaciu sezónu, pričom som bral v úvahu : - Počet dní normalizovanej vykurovacej sezóny d = 212 dní - Mernú tepelnú stratu budovy - Mernú tepelnú stratu prechodom tepla - Vnútorný tepelný zisk - Pasívny tepelný zisk - Intenzitu výmeny vzduchu n = 0,5/h 29

31 - Obstavaný objem budovy V b na základe vonkajších rozmerov - Mernú tepelnú plochu budovy Potreba tepla na krytie tepelných strát prechodom tepla Q t Určí sa na celú vykurovaciu sezónu zo vzťahu : [3] Q t = 82,1. H t (3.14) Q t = 82,1. 186,8517 Q t = 15311,65 W / K Kde : H t je merná tepelná strata prechodom tepla [W / K] Potreba tepla na krytie tepelných strát vetraním Q v Určí sa na celú vykurovaciu sezónu zo vzťahu : [3] Q v = 82,1. H v (3.14) Q v = 82,1. 81,0216 Q v = 6651,873 W / K Kde : H V je merná tepelná strata vetraním [ W / K] Potreba tepla na vykurovanie Určí sa na celú vykurovaciu sezónu zo vzťahu : [3] Q h = Q t + Q v 0,95 ( Q s + Q i ) (3.15) Q h = 82,1. 267,8733 0, ,96 = 21992, ,062 = 14204,33593 kwh Kde : Q t je potreba tepla na krytie tepelných strát prechodom tepla [W / K] Q v - potreba tepla na krytie tepelných strát vetraním [W / K] Q i - vnútorný tepelný zisk [kwh] Q s pasívny solárny zisk [kwh] Merná potreba tepla na vykurovanie na celú vykurovaciu sezónu 30

32 Merná potreba tepla na vykurovanie E 1 na celú vykurovaciu sezónu sa určí zo vzťahu : [3] E 1 = Q h / V b (3.16) E 1 = 14204,33593 / 613,8 = 23,04 kwh/m 2 Kde : Q h je potreba tepla na vykurovanie [kwh] V b - obostavaný objem budovy [m 3 ] Merná potreba tepla na vykurovanie E 2 na celú vykurovaciu sezónu sa určí zo vzťahu : E 2 = Q h / A b (3.17) E 2 = 14204,33593 / 306,9 = 46,28 kwh/m 2 Kde : Q h je potreba tepla na vykurovanie [kwh] A b - merná plocha budovy [ m 2 ] Faktor tvaru budovy Poznáme ho ako pomer plochy povrchu teplovýmenného obalu budovy k obostavanému objemu budovy. Faktor tvaru budovy v 1 / m som určil zo vzťahu: [3] = = 0,73 1 / m (3.18) Kde: A i - súčet teplovýmenných plôch na teplovýmennom obale budovy, ktoré uzatvárajú vykurovaný objem zo všetkých strán [ m 2 ] V b - obostavaný objem budovy [m 3 ] Normové hodnoty E 1,N a E 2,N pre nové budovy podľa lineárnej závislosti STN E 1N = 10, ,476 A i / V b (3.19) E 1N = 28,84 kwh / m 3 Kde : A i - súčet teplovýmenných plôch na teplovýmennom obale budovy, ktoré uzatvárajú vykurovaný objem zo všetkých strán [ m 2 ] V b - obostavaný objem budovy [m 3 ] 31

33 E 2N = h k,pr. E 1N = 3,0. 28,84 (3.20) E 2N = 86,52 kwh / m 2 Kde : h k,pr je priemerná konštrukčná výška vykurovaných podlaží [m] Posúdenie podľa STN Budova spĺňa z hľadiska potreby tepla na vykurovanie vtedy keď je splnená nerovnosť [3] E 1N >E 1 28,84 > 23,04 Budova podľa STN vyhovuje požiadavke energetického kritéria Stupeň potreby tepla na vykurovanie Pre vyjadrenie stupňa potreby tepla SPT v % sa používa vzťah [3] SPT = E 1 / E 1N. 100 % (3.21) SPT = ,04 / 28,84 = 79,88 % Výpočet potreby energie na vykurovanie Pri prevádzke vykurovanej budovy dochádza k vzájomnému pôsobeniu tepelnotechnických vlastností stavebných konštrukcií, budovy a systému vykurovania pri určtiom stave vnútorného a vonkajšieho prostredia pri ktorom sa spotrebuváva energia. Túto energiu dodávame do vykurovaných miestností tak, aby sme zachovali preddefinovaný stav vnútorného prostredia aj napriek vonkajším klimatickým podmienkam. Treba brať do úvahy samozrejme aj tepelnoizolačné a tepelnoakumulačné vlastnosti budovy. [3] 32

34 Obr Bilančné položky uvažované vo vykurovanom priestore [3] Q = Q h + Q w = 14204, ,16 = 14216,5 kwh (3.22) Q vyk = Q h / η vs = 14216,5 / 0,9 = ,6 kwh / rok kde Q h je potreba tepla na vykurovanie [kwh] Q w potreba tepla na ohrev vody [kwh] η vs - predpokladaná účinnosť vykurovacej sústavy Merná potreba energie na vykurovanie Merná potreba tepla na vykurovanie E 1 v kwh / m 3 na celú vykurovaciu sezónu sa určí zo vzťahu: [3] E 1 = Q vyk / Vb = ,6 / 613,8 = 25,713 kwh / ( m 3. rok ) (3.23) Merná potreba tepla na vykurovanie E 2 v kwh / m 2 na celú vykurovaciu sezónu sa určí zo vzťahu: E 2 = Q vyk / Ab = ,6 / 306,9 = 51,426 kwh / ( m 2. rok ) (3.24) kde Q vyk je potreba energie na vykurovanie [kwh] A i - súčet teplovýmenných plôch na teplovýmennom obale budovy, ktoré uzatvárajú vykurovaný objem zo všetkých strán [ m 2 ] 33

35 V b - obostavaný objem budovy [m 3 ] Pri porovnaní výsledku mernej potreby energie na vykurovanie s tabuľkou škál energetických tried pre jednotlivé kategórie budov zo Zbierky zákonov č. 311/2009 sme došli k záveru, že sa jedná o triedu B pre rodinné domy. 34

36 Tab. 3.3 Škála energetických tried [3] 4. Energetická, ekonomická a environmentálna analýza Táto časť je venovaná zo začiatku výpočtu primárnej energie, emisií, nákladov na palivo a výpočtu investičných nákladov a následné porovnanie získaných hodnôt Výpočet primárnej energie a emisií CO 2 Vypočítanú primárnu energiu a emisie CO 2 som sa snažil porovnať s tabuľkou Transformačné a prepočítavacie faktory, výhrevnosť palív, účinnosť výroby tepla a súčiniteľ emisií oxidu uhličitého zo Zbierky zákonov č. 311/2009. Podľa tejto tabuľky som zistil veľkosť primárnej energie a emisií CO 2 pre kondenzačný nový kotol. [3] Primárna energia: E primarna = f p. Q vyk = 1, ,6 = 17360,86 kwh / rok (4.1) kde Q vyk je potreba energie na vykurovanie f p je faktor primárnej energie Emisie CO 2 : E co2 = K. Q vyk = 0, ,6 = 3172,3 kg (4.2) kde Q vyk je potreba energie na vykurovanie K je súčiniteľ emisií CO 2 35

37 Tab Transformačné a prepočítavacie faktory, výhrevnosť palív, účinnosť výroby tepla a súčiniteľ emisií oxidu uhličitého [3] 4.2. Výpočet predpokladaných investičných nákladov na palivo 36

38 V tejto časti som sa snažil najskôr porovnať kotle na zemný plyn s kotlami na pevné palivo a elektrickými kotlami. Na splnenie tohto cieľa mi najlepšie poslúžila www stránka tzbinfo.cz, na ktorej sa nachádza tabuľka na porovnanie nákladov na vykurovania podľa druhu paliva. Do tejto tabuľky som zadal spotrebu tepla 15, 7826 MWh a následne mi vyšli hodnoty pre cenu paliva, cenu tepla, spotrebu paliva za rok a náklady na vykurovanie za rok. Kvôli lepšiemu prehľadu som k tejto tabuľke ručne pridal ešte súčiniteľa emisií CO 2 a cenu kotlov. V prvej tabuľke som porovnal klasický kotol ( 89% ) na plyn s kotlami na pevné palivo LOGANO G211. Zvolil som kotol PROTHERM PANTHER 25 KOO. Vo finančnej otázke na nákup vyšiel najlacnejšie, ale zároveň mal veľmi vysoké náklady a taktiež aj vysoké emisie. Najnižšie vykurovacie náklady mal kotol na štiepku. Náklady na vykurovanie - výpočtová spotreba tepla 56,8 GJ Druh paliva (Výhrevnosť) Spalovacie zariadenie Cena tepla Spotreba Náklady Súčiniteľ Cena kotlov pre jednotlivé (Volba tarifu) (Priemerná účinnosť) /GJ paliva / rok na vykurovanie emisií CO2 druhy paliva /kwh / rok K (kg/kwh) Čierne uhlie 0, ,192/kg Klasický kotol na uhlie (55%) 0, kg 858,- Koks (27,5 MJ/kg) 0,34/kg Klasický kotol na koks (62%) 0, kg 1133,- 0, Drevo (14,6 MJ/kg) 0,6/kg Kotol na zplynovanie (75%) 0, kg 622,- 0, Devené brikety (17,0 MJ/kg) 0,192/kg Kotol na zplynovanie (75%) 0, kg 855,- 0, Drevené pelety (17,0 MJ/kg) 0,188/kg Kotol na drevené palety (85%) 0, kg 739,- 0, Štepka (12,5 MJ/kg) 0,08/kg Kotol na štepku (80%) 0, kg 454,- 0, Rastlinné pelety (16 MJ/kg) 0,146/kg Kotol na rastlinné pelety (90%) 0, kg 576,- 0, Obilie (18 MJ/kg) 0,128/kg Automatický kotol (85%) 0, kg 475,- 0, Zemný plyn 0,047/kWh Kotol bežný (89%) 0, kwh 918 0, Propan (46,4 MJ/kg) Lahký topný olej ELTO Elektrina akumulácia Cena paliva v 1874 m 3 0,84/kg Kotol kondenzačný (102%) 0, kg 1008,- 0,616/kg Kotol na ľahký topný olej (89%) 0, kg 1124,- 16,224 / mesiac S akumulačnou nádržou (93%) + 0, kwh 1483 NT: 0,075/kWh Elektrina priamotop 16,32 /mesiac + Priamotopné panely (98%) 0, kwh ,2365 0,3232 0,62 0, NT: 0,096/kWh Tepelné čerpadlo 13,44 /mesiac + Priemerný ročný topný faktor 3 0, kwh 667 0,62 - NT: 0,096/kWh Centrálné zásobovanie teplom 400 Účinnosť (98%) 0, GJ 927 0,62 - Tab Náklady na vykurovanie u klasického kotla Pri druhej tabuľke som porovnal nízkoteplotný kotol značky LOGAMAX U052K s kotlami na pevné palivo LOGANO G211. Obstarávacia cena nízkoteplotného kotla bola najnižšia. Najnižšie náklady na vykurovanie mal kotol na štiepku. 37

39 Náklady na vykurovanie - výpočtová spotreba tepla 56,8 GJ Druh paliva (Výhrevnosť) Spalovacie zariadenie Cena tepla Spotreba Náklady Súčiniteľ Cena kotlov pre jednotlivé (Volba tarifu) (Priemerná účinnosť) /GJ paliva / rok na vykurovanie emisií CO2 druhy paliva /kwh / rok K (kg/kwh) Čierne uhlie 0,192/kg Klasický kotol na uhlie (55%) 0, kg 858,- 0, Koks (27,5 MJ/kg) 0,34/kg Klasický kotol na koks (62%) 0, kg 1133,- 0, Drevo (14,6 MJ/kg) 0,6/kg Kotol na zplynovanie (75%) 0, kg 622,- 0, Devené brikety (17,0 MJ/kg) 0,192/kg Kotol na zplynovanie (75%) 0, kg 855,- 0, Drevené pelety (17,0 MJ/kg) 0,188/kg Kotol na drevené palety (85%) 0, kg 739,- 0, Štiepka (12,5 MJ/kg) 0,08/kg Kotol na štepku (80%) 0, kg 454,- 0, Rastlinné pelety (16 MJ/kg) 0,146/kg Kotol na rastlinné pelety (90%) 0, kg 576,- 0, Obilie (18 MJ/kg) 0,128/kg Automatický kotol (85%) 0, kg 475,- 0, Zemný plyn 0,047/kWh Kotol nízkoteplotný (95%) 0, kwh 860 0, Propan (46,4 MJ/kg) Lahký vykurovací olej ELTO Elektrina akumulácia Cena paliva v 1756 m 3 0,84/kg Kotol kondenzačný (102%) 0, kg 1008,- 0,616/kg Kotol na ľahký topný olej (89%) 0, kg 1124,- 16,224 / mesiac S akumulačnou nádržou (93%) + 0, kwh 1483 NT: 0,075/kWh Elektrina priamotop 16,32 /mesiac + Priamotopné panely (98%) 0, kwh ,2365 0,3232 0,62 0, NT: 0,096/kWh Tepelné čerpadlo 13,44 /mesiac + Priemerný ročný topný faktor 3 0, kwh 667 0,62 - NT: 0,096/kWh Centrálné zásobovanie teplom 400 Účinnosť (98%) 0, GJ 927 0,62 - Tab Náklady na vykurovanie u nízkoteplotného kotla V poslednej tabuľke porovnania podľa paliva som porovnal kondenzačný kotol JUNKERS CERAPURCOMFORT ZSBR 28-3 A s kotlami na pevné palivo LOGANO G211. Náklady na obstarávanie mal najvyššie aj keď mu náklady na vykurovanie poklesli v porovnaní s klasickým kotlom a nízkoteplotným kotlom. 38

40 Náklady na vykurovanie - výpočtová spotreba tepla 56,8 GJ Druh paliva (Výhrevnosť) Spalovacie zariadenie Cena tepla Spotreba Náklady Súčiniteľ Cena kotlov pre jednotlivé (Volba tarifu) (Priemerná účinnosť) /GJ paliva / rok na vykurovanie emisií CO2 druhy paliva /kwh / rok K (kg/kwh) Čierne uhlie 0, ,192/kg Klasický kotol na uhlie (55%) 0, kg 858,- Koks (27,5 MJ/kg) 0,34/kg Klasický kotol na koks (62%) 0, kg 1133,- 0, Drevo (14,6 MJ/kg) 0,6/kg Kotol na zplynovanie (75%) 0, kg 622,- 0, Devené brikety (17,0 MJ/kg) 0,192/kg Kotol na zplynovanie (75%) 0, kg 855,- 0, Drevené pelety (17,0 MJ/kg) 0,188/kg Kotol na drevené palety (85%) 0, kg 739,- 0, Štepka (12,5 MJ/kg) 0,08/kg Kotol na štepku (80%) 0, kg 454,- 0, Rastlinné pelety (16 MJ/kg) 0,146/kg Kotol na rastlinné pelety (90%) 0, kg 576,- 0, Obilie (18 MJ/kg) 0,128/kg Automatický kotol (85%) 0, kg 475,- 0, Zemný plyn 0,047/kWh Kotol kondenzačný (102%) 0, kwh 801 0, Propan (46,4 MJ/kg) Lahký topný olej ELTO Elektrina akumulácia Cena paliva v 1635 m 3 0,84/kg Kotol kondenzačný (102%) 0, kg 1008,- 0,616/kg Kotol na ľahký topný olej (89%) 0, kg 1124,- 16,224 / mesiac S akumulačnou nádržou (93%) + 0, kwh 1483 NT: 0,075/kWh Elektrina priamotop 16,32 /mesiac + Priamotopné panely (98%) 0, kwh ,2365-0,3232-0,62-0,62 - NT: 0,096/kWh Tepelné čerpadlo 13,44 /mesiac + Priemerný ročný topný faktor 3 0, kwh 667 0,62 - NT: 0,096/kWh Centrálné zásobovanie teplom 400 Účinnosť (98%) 0, GJ 927 0,62 - Tab Náklady na vykurovanie u kondenzačho kotla Pri porovnaní emisi najlepšie obstály kotle na rastlinné pelety, na štiepku a drevené brikety. Najhoršie skončili kotle na elektrinu. ; Obr Porovnanie emisií CO 2 39

41 V tejto tabuľke som porovnal nízkoteplotný a kondenzačný kotol s klasickým kotlom. Kondenzačný kotol reprezentoval JUNKERS CERAPURCOMFORT ZSBR 28-3 A, nízkoteplotný LOGAMAX U052K a klasický kotol PROTHERM PANTHER 25 KOO. V prvom rade som porovnal obstarávaciu cenu. Ceny kotlov som našiel na internete v E- shopoch. U kondenzačného kotla JUNKERS to bolo 1201, čo je aj najvyššia cena medzi spomenutými kotlami, u nízkoteplotného to bolo 735 a u klasického kotla bola najnižšia cena 620. Taktiež som porovnal spotrebu plynu na hodinu, deň a tiež rok. V týchto štatistikách jednoznačne dominoval kondenzačný kotol. Kondenzačný kotol v porovnaní s klasickým kotlom ušetrí ročne 239 m 3, čo vo finančnom ponímaní predstavuje 117. Z toho vyplýva aj návratnosť vloženej investície, ktorá sa navráti do 5 rokov. Porovnanie plynových kotlov typ kotla Klasický kotol Nízkoteplotný kotol Kondenzačný kotol počet kotlov cena v rozdiel nákupných cien výkon kotlov 27 kw 7,7-28 kw 9-26 kw cena plynu v 0,49 0,49 0,49 prevádzková doba kotla hod/den prevádzková doba kotla dni/rok spotreba plynu m3/h 1,74 1,63 1,51 spotreba plynu m3/deň 10,41 9,76 9,08 spotreba plynu m3/rok náklady za plyn za rok v rozdiel v spotrebe plynu za rok v m rozdiel v spotrebe plynu za rok v návratnosť vloženej investície (roky) 2 5 Tab Porovnanie plynových kotlov 40

42 Obr Náklady na plyn Obr Spotreba plynu 41

43 Na záver som porovnal ešte kondenzačný kotol na plyn s klasickým kotlom spaľujúcim koks, drevené brikety a čierne uhlie. Značky aj ceny kotlov ostali nezmenené. V spotrebe paliva dopadol najlepšie kondenzačný kotol s najnižšou ročnou spotrebou paliva, čo predstavovalo ročné náklady 801. Najnižšie náklady dosiahol aj napriek tomu, že m 3 plynu je relatívne dosť drahý s cenou 0,49 za m 3. Najhoršiu spotrebu dosiahol kotol na čierne uhlie. Pri nákladoch na palivo dosiahol najvyššiu sumu klasický kotol spaľujúci koks. Porovnanie kotlov typ kotla Klasický kotol na koks Klasický kotol na uhlie Kotol na zplynovanie Kotol na plyn (kondenzačný) druh paliva koks čierne uhlie drevené brikety zemný plyn cena v rozdiel nákupných cien v 110 výkon kotlov 8-27 kw 8-27 kw 8-27 kw 9-26 kw cena paliva v 0,34/kg 0,192/kg 0,192/kg 0,49/m3 prevádzková doba kotla hod/den prevádzková doba kotla dni/rok spotreba paliva na h 3,08 4,14 3,64 1,51 spotreba paliva na deň 18,51 24,84 21,84 9,08 spotreba paliva na rok náklady za palivo na rok v Tab Porovnanie kotlov Obr Spotreba paliva 42

44 Obr Náklady na palivo Záver : V tejto práci som sa snažil porovnať moderný kondenzačný kotol JUNKERS CERAPURCOMFORT ZSBR 28-3 A so staršími klasickými kotlami na zemný plyn a taktiež kotlami spaľujúcimi koks, čierne uhlie a drevené brikety. Už len pohľad na účinnosť jednotlivých kotlov naznačuje, ktorý bude mať nižšie prevádzkové náklady. Úlohou už bolo len vyrátať návratnosť investície. Z danej tabuľky vyšla návratnosť investície do päť rokov v porovnaní s klasickým kotlom. Myslím si, že ušetrené náklady majú perspektívu do budúcnosti, nakoľko neustále rastie záujem a dopyt po energeticky efektívnejších riešeniach. Základnou nevýhodou daných systémov je ich počiatočná vstupná cena. Avšak tento fakt pomaly stráca svoje opodstatnenie, keďže ceny daných zariadení klesajú a v budúcnosti budú dostupné aj širšej verejnosti. Vzhľadom aj k šetrnosti k životnému prostrediu sa jedná o veľmi cenný poznatok. 43

45 5. Koncepčné riešenie vykurovacej sústavy v rodinnom dome Vykurovacie sústavy slúžia na zabezpečenie tepelnej pohody v interiéroch. Vykurovacia sústava sa skladá zo zdroja tepla, charakteristickej rúrkovej sústavy na rozvod tepla a vykurovacieho telesa. V celom mnou navrhnutom objekte je zrealizovaný nízkoteplotný radiátorový systém so spodným napojením vykurovacích telies zo steny. Odovzdávanie tepla do vykurovaných priestorov je cez ocelové panelové radiátory KORAD VENTIL KOMPAKT. V kúpelni je rebríkové kúpelňové vykurovacie teleso KORADO KORALUX RONDO. Teplo som zabezpečil pomocou plynového závesného kondenzačného kotla JUNKERS CERAPURCOMFORT ZSBR 28-3 A. Umiestnenie plynového kotla je riešené v zmysle STN EN 1775 a pri navrhovaní sa vychádzalo v zmysle STN EN Teplá voda je zas pripravovaná v zásobníku JUNKERS SK ZB. Objem tohoto zásobníku je 152 l. 5.1 Popis zdroja tepla Ako zdroj tepla som vybral kondenzačný kotol JUNKERS CERAPURCOMFORT ZSBR 28-3 A. Medzi hlavné výhody týchto kotlov patrí vysoká účinnosť až 109 %, elektronika BOSCH HEATRONIC tretej generácie, elektronicky riadené čerpadlo a taktiež aj obehové čerpadlo s elektronickou reguláciou výkonu. Motorický prepínací ventil zaisťuje prepnutie z jednotlivých polôch. Prepínací ventil je riešený ako komplet včetne poistného ventilu o tlaku 3 barov a ďalej s možnosťou odvzdušnenia alebo dopusteniu systému. Firma JUNKERS ponúka štandartne program pre plnenie sifónu. Táto funkcia, v prípade kondenzačných kotlov JUNKERS zabraňuje tomu, aby spaliny unikli suchým sifonom do miestnosti. To samozrejme prispieva k ešte vyššej bezpečnosti kotlov JUNKERS. [21] 44

46 Obr Technické údaje kotla JUNKERS ZSBR 28 3 [21] 45

47 Obr Schéma zapojenia - vykurovacie systémy s ohrevom teplej vody prostredníctvom ne-priamoohrievaného zásobníka [21] 46

48 Obr Konštrukcia a elektrické zapojenie kotla JUNKERS ZSBR 28 3 [21] Zo zásobníkov som si vybral JUNKERS ST 160-1E/C1. Objem tohto zásobníka je 152 l. Nepriamo ohrievané zasobníky slúžia na prípravu teplej vody v spojení s plynovým závesným kotlom, vodou v zásobniku ohrieva pripojené vykurovacie zariadenie. K dispozícii sú v rôznych výkonoch a tvarových prevedeniach hranaté, alebo oválne, s možnosťou inštalácie ako závesne, alebo stacionárne umiestnené pod kotlom alebo vedľa neho. Majú široké využitie v domácnostiach a iných objektoch, kde sú vyššie nároky na množstvo teplej vody na viacerých odberných miestach súčasne. Obr Montážne a pripájacie rozmery zásobníka JUNKERS ST 160-1E/C1 [25] 47

49 Obr Technické údaje zásobníka JUNKERS ST 160-1E/C1 [25] 5.2 Distribučná sieť Napojenie bude prevedené na rozvod studenej vody vedený do objektu. Potrubie sa prevedie z rúr oceľových pozinkovaných izolovaných, prípadne plastové napr. HERZ rúrka Pe-Al-Pe. 48

50 Obr Rúry HERZ [26] Obr Mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti rúrok [26] 5.3 Odovzdávanie tepla Z pomedzi vykurovacích telies som zvolil KORAD VK - Ventil Kompakt s výškou 400 mm a dĺžkou 600 mm. KORAD VK - Ventil Kompakt sú radiátory so 6-bodovým pripojením s integrovanou ventilovou vložkou. Prednostne je ventilová garnitúra umiestnená na pravej strane a označuje sa VKP. Umožňuje pripojenie radiátora na spodnej strane. Konštrukčné riešenie garnitúry ale umožňuje aj klasické bočné pripojenie radiátora. Na požiadanie sa vyrábajú tieto modely aj s garnitúrou na ľavej strane a označujú sa VKL, prípadne modely VKS s garnitúrou v strede. Radiátory s pripojením VK sú vyrábané do dĺžky mm. [23] 49

51 Obr Rozmerové údaje KORAD VK [23] 5.4 Spôsob regulácie Regulátor je rozhranie medzi človekom a kotlom. Stará sa o ideálnu tepelnú pohodu a o splnenie každého individuálneho požiadavku. Exterierové teploty sa v priebehu dňa i vo vykurovacom období neustále menia. Je určený na ekvitermickú reguláciu teploty vykurovacej vody zmiešavacím ventilom podľa vonkajšej teploty a nastavenej krivky. Ďalšou jeho funkciou je ovládanie obehového čerpadla podľa týždenného programu s cieľom zabezpečiť požadovanú tepelnú pohodu v regulovanom objekte. Prostredníctvom integrovaného časovacieho zariadenia je automaticky zapínaný nočný útlm. Ja som vybral ekvitermický regulátor značky JUNKERS FW 200. [21] Obr Technická špecifikácia regulátora JUNKERS FW 200 [21] 50

52 LITERATURA: Odborné publikácie, skriptá [1] PETRAŠ, D. -- LULKOVIČOVA, O. -- TAKACS, J. -- BAŠTA, J. -- KABELE, K. Vykurovanie rodinnych a bytovych domov. Bratislava: Jaga, 2005 [2] LULKOVIČOVA, O. -- TAKACS, J. Netradične zdroje energie. Bratislava: STU v Bratislave,2003 [3] CHMÚRNY, I.: Tepelná ochrana budov. Bratislava: Jaga, 2003 [4] TAKÁCS, J. MACKO, P. PETRÁŠ, D. Technické zariadenia budov II. Bratislava: STU v Bratislave,2003 [5] CENEK, M a kol.: Obnovitelné zdroje energie. Praha: FCC Public, s.r.o., 2001, ISBN [6] PETRÁŠ, D. a kol.: Nízkoteplotné vykurovanie a obnoviteľné zdroje energie. Bratislava: Jaga Group, v.o.s., 2001, ISBN