Zpětné získávání tepla (ZZT): účinnost a úspora
Jak vypočítat úspory energie ZZT rekuperátoru ve VZT. Teplotní účinnost, stav vzduchu v h-x diagramu, deskový vs. rotační výměník, normy.
Zpětné získávání tepla (ZZT) je přenos tepelné energie z odváděného vzduchu na vzduch přiváděný pomocí tepelného výměníku. Teplotní účinnost se vypočítá: , kde je teplota přiváděného vzduchu před výměníkem, za výměníkem a teplota odváděného vzduchu.
Kdy je ZZT povinné (legislativa)
Dle vyhlášky č. 264/2020 Sb. (o energetické náročnosti budov) musí být u nucené výměny vzduchu s intenzitou (resp. po dobu nejméně 8 h denně) osazeno zařízení ZZT s ověřenou celkovou účinností minimálně 60 %. Konkrétní typové hodnoty a výpočtové postupy dále upřesňují ČSN 73 0331-1 (dříve TNI 73 0331) a ČSN EN 16798-3.
Ecodesign: minimální účinnost ZZT ve VZT jednotce
Vyhláška č. 264/2020 Sb. se týká budovy. Na výrobek míří nařízení Komise (EU) č. 1253/2014, které provádí směrnici 2009/125/ES o ekodesignu a platí pro větrací jednotky s elektrickým příkonem od 30 W. Jednotku, která požadavky nesplní, nelze v EU uvést na trh – ať už ji projektant zvolí kdekoli.
Pro nebytové obousměrné jednotky se ZZT (NRVU) stanoví minimální teplotní účinnost zpětného získávání tepla:
| Platí od | Ostatní systémy ZZT (deskový, rotační…) | Kapalinový okruh (glykol/voda) |
|---|---|---|
| 1. 1. 2016 | 67 % | 63 % |
| 1. 1. 2018 (aktuální) | 73 % | 68 % |
- Systém ZZT musí mít tepelný bypass.
- Účinnost se podle přílohy IX nařízení stanovuje za referenčních podmínek a jde o suchou teplotní účinnost (bez kondenzace, při stejných hmotnostních průtocích obou proudů). Entalpická účinnost rotoru se do požadavku nezapočítává a katalogová hodnota ze zimních podmínek s kondenzací proto není srovnatelná.
- Ekodesign navíc omezuje měrný příkon ventilátorů (SFP), takže vyšší účinnost nelze „koupit“ libovolně velkým tlakovým spádem výměníku.
V praxi tak ecodesign určuje spodní hranici u každé dodané jednotky (73 %), kdežto vyhláška 264/2020 Sb. (60 %) rozhoduje o tom, zda ZZT v budově vůbec musí být. Pro dimenzování a energetický výpočet se použije vždy skutečná účinnost zvolené jednotky, nikoli zákonné minimum – mezi 73 % a 85 % se roční úspora z příkladu níže liší zhruba o 15 MWh.
Typy ZZT výměníků
Deskový rekuperátor (křížový nebo protiproudý)
Proudy vzduchu jsou odděleny kovovými nebo plastovými deskami - neprobíhá přenos vlhkosti, pouze citelného tepla.
- Teplotní účinnost: křížové uspořádání cca 50–70 %, protiproudé cca 80–93 %
- Výhody: nízká cena, jednoduchá údržba, žádný přenos zápachu
- Nevýhody: nutný bypass pro rozmrazování při t < −5 °C (přiváděný vzduch), kondenzát na straně odpadního vzduchu
Rotační entalpický výměník
Rotor ze sorpčního materiálu se otáčí (5–10 ot/min) mezi přiváděcím a odváděcím proudem - přenáší teplo i vlhkost.
- Celková (entalpická) účinnost: 75–85 %
- Výhody: přenos vlhkosti snižuje potřebu zvlhčování v zimě
- Nevýhody: přenos zápachu (max. 5 %) nutno zvažovat, vyšší cena; rozmrazování méně problematické
Glykol/voda okruh
Dva výměníky spojené potrubím s glykolovým okruhem - vzduchové proudy nejsou v kontaktu.
- Účinnost: 40–60 %
- Výhody: oddělení proudů (zápachy, hygienicky citlivé provozy)
- Nevýhody: nižší účinnost, pumpa
Výpočet ZZT
Teplotní účinnost (sensible)
Příklad (zima):
- °C (venkovní vzduch)
- °C (odváděný vzduch z místnosti)
Vzduch na vstupu do ohřívače je 13,5 °C místo −12 °C.
Úspora tepelného výkonu
Příklad: kg/s → 51,3 kW. O tolik je ohřívač odlehčen v nejchladnějším dni roku – je to číslo pro dimenzování, ne pro roční bilanci.
Roční úspora energie
Roční úsporu nelze získat vynásobením tohoto výpočtového výkonu počtem provozních hodin: výpočtový stav odpovídá nejchladnějšímu dni roku, kdežto po zbytek topného období je rozdíl teplot mnohem menší. Výpočet musí vycházet z průměrné venkovní teploty v topném období :
kde = roční počet hodin provozu v topném období (typicky 3 000–4 500 h/rok v ČR).
Příklad: pro Prahu (Karlov) uvádí ČSN 38 3350 průměrnou venkovní teplotu otopného období 4,3 °C při jeho délce 225 dní (hranice vytápění 13 °C). Pro h:
Naivní násobení (51,3 kW × 3 500 h ≈ 180 MWh) by úsporu téměř zdvojnásobilo. I tak je výsledek pro budovu provozovanou jen přes den mírně optimistický: průměr 4,3 °C zahrnuje i noci a v pracovní době je venku tepleji.
ZZT v Mollierově diagramu
Deskový rekuperátor (bez přenosu vlhkosti)
Přiváděný vzduch: posun svisle nahoru (konstantní ) od bodu 1 (venkovní vzduch) směrem k teplotě odváděného vzduchu.
Odváděný vzduch: posun svisle dolů - možná kondenzace na lamelách pod rosným bodem odváděného vzduchu. Oba posuny se dají ověřit tužkou na prázdném listu k tisku — u ZZT je nejrychlejší kontrola právě ta grafická, protože nesmyslný sklon čáry je vidět dřív než chyba v tabulce.
Rotační výměník (s přenosem vlhkosti)
Přiváděný vzduch: posun diagonálně - roste i (přidává se vlhkost z odváděného vzduchu).
Kondenzace v ZZT a rozmrazování
V zimě kondenzuje vlhkost z odváděného vzduchu na studených lamelách - je nutný odtok kondenzátu (sifon, odvod do kanalizace).
Při venkovní teplotě pod přibližně −5 °C (závisí na stavu odváděného vzduchu) hrozí namrzání kondenzátu na lamelách. Řešení:
- Bypass venkovního vzduchu - část studeného venkovního (přiváděného) vzduchu obteče výměník, odváděný vzduch se tak méně ochladí a teplota lamel stoupne
- Elektrický předehřev přiváděného vzduchu - předehřev před rekuperátorem
- Rotační výměník - přirozeně odolnější díky rotaci (rozmrazování mechanické)
Praktické doporučení pro výběr
| Aplikace | Doporučení |
|---|---|
| Rodinný dům, bytová jednotka | Protiproudý deskový (η > 85 %) |
| Kancelář, škola, hotel | Deskový nebo rotační |
| Restaurace (zápachy) | Glykol okruh nebo deskový se vzduchovou mezerou |
| Velká výrobní hala | Rotační (velké průtoky, výrazná vlhkostní bilance) |
| Nemocnice, čistý provoz | Deskový (žádný přenos mezi vzduchy) |
Normy a předpisy
- ČSN EN 16798-3 - teplovzdušné systémy, požadavky na ZZT
- ČSN 73 0331-1 (dříve TNI 73 0331) - energetická náročnost budov: typické hodnoty pro výpočet
- Nařízení Komise (EU) č. 1253/2014 (ekodesign větracích jednotek) - minimální teplotní účinnost ZZT 73 % (kapalinový okruh 68 %) a tepelný bypass
- EN 308 - tepelné výměníky, metody zkoušení výkonu
- VDI 3803 - větrání a klimatizace, základní požadavky
Vyzkoušejte PsychroView zdarma
Interaktivní Mollierův diagram přímo v prohlížeči. Bez registrace.
Otevřít aplikaci →Nebo si prohlédněte ukázky projektů se skutečnými vzduchotechnickými výpočty.
Klíčová slova: zpětné získávání tepla, ZZT rekuperátor, rekuperace tepla výpočet, VZT úspory energie, deskový rekuperátor