Aktuality

Bez vytápění, chlazení, větrání a klimatizace nebo přípravy teplé vody si již nelze prakticky představit provoz žádné budovy. Cílem těchto systémů je vytvářet zdravé vnitřní prostředí pro uživatele budov, zajistit tepelný komfort pro zvýšení produktivity nebo vytvořit vhodné prostředí pro výrobní procesy. Ve většině případů je k tomu zapotřebí strojní zařízení. Zmíněné dílčí disciplíny zastřešuje vědní obor Technika prostředí, který je vyučován přes 70 let na Fakultě strojní ČVUT v Praze.

Podle dostupných informací činí spotřeba energie v budovách cca 40 % z celkové spotřeby energie. Pokud však chceme v budovách energií šetřit, musíme mít energetické toky tzv. „pod kontrolou“. V posledních letech se stále více prosazují opatření pro snížení energetické náročnosti budov a zvýšení využitelnosti energetických zdrojů. Z pohledu budovy se většinou zaměřujeme na kvalitu obálky budovy ke snížení tepelných ztrát a maximální účinnost využití konvenčních i alternativních zdrojů. Do popředí zájmu se dostává zpětné využití tepla, které často opouští budovu bez užitku. Ústav techniky prostředí Fakulty strojní spolupracuje na řadě projektů věnujících se právě využití odpadního tepla.

Snižování energetické náročnosti na přípravu teplé vody v budovách

Potenciální úspora při přípravě teplé vody je limitována požadavkem na minimální teplotu teplé vody 55 až 60 °C. To je dáno především hygienickými požadavky na kvalitu teplé vody i komfortními požadavky. Při ohřevu teplé vody lze uplatnit podobné energetické úspory na zdroji tepla jako například pro vytápění budov. Zcela jiný pohled, ale nabízí využití odpadní vody. Odpadní voda, je voda, jejíž kvalita byla člověkem ovlivněna. Charakter znečištění pak silně ovlivňuje možné využití a definuje podmínky, jak s danou vodou nakládat. Pro běžnou domácnost platí, že celková produkce odpadní vody je průměrně 65 l/osobu za den. Z toho na osobní hygienu (sprcha, vana) připadá až 40 l/osobu za den. To znamená, že pro čtyřčlennou domácnost se jedná o produkci 160 litrů odpadní vody každý den, která bez dalšího využití volně odtéká do kanalizačního potrubí.

Ústav techniky prostředí od roku 2015 spolupracuje na vývoji deskového výměníku pro zpětné získávání tepla ve sprchách. Vývoj vycházel z požadavku na zlepšení účinnosti stávajícího běžně na trhu dostupného sprchového výměníku. Výsledná inovace měla přinést jak vyšší účinnost přenosu tepla, tak i minimální geometrii vnějších rozměrů skříně výměníku a návrh vhodných materiálů výměníku tepla. Použité materiály teplosměnné plochy výměníku tepla mají přímý vliv na hodnotu součinitele prostupu tepla a také udávají korozní odolnost a přilnavost povrchu použitých materiálů. Výsledný návrh byl zaměřen na vliv polohy teplosměnné plochy, velikost teplosměnné plochy výměníku a usměrnění průtoku odpadní vody ve skříni sprchového výměníku. Pro potřeby testování byla v laboratořích sestavena experimentální trať splňující požadavky na testování výměníků pro zpětné získávání tepla z odpadní vody dle standardů Passive House Institute. V rámci řešení diplomové práce byl sestaven model sprchového výměníku, na kterém byla testována jak poloha teplosměnné plochy, tak i vliv tvaru a umístění přepážek uvnitř skříně výměníku. Výsledný prototyp dosáhl účinnosti sdílení tepla výměníku až 62 % v běžných provozních podmínkách, což představuje zvýšení účinnosti sdílení tepla až o 20 % oproti standardně na trhu dostupných sprchových výměníků. Diplomová práce získala v soutěži Český energetický a ekologický projekt (ČEEP 2016) 1. místo Ceny ENVIROS a dále také cenu rektora ČVUT v Praze.

Zpětné získávání tepla ve větrání a klimatizaci

V období snah o snížení spotřeby energie, zejména v podobě zateplování a utěsňování obálek budov bychom stále měli mít na paměti, že prioritní je zajištění kvalitního vnitřního prostředí pro uživatele – osoby pobývající v daných prostorách. Přirozené (nekontrolovatelné) větrání je často nahrazováno větráním nuceným a zpětné získávání tepla je tak dnes nedílnou součástí větracích a klimatizačních systémů. Energie obsažená v odváděném vzduchu se v zimě využívá pro předehřev vzduchu venkovního přiváděného.

Příkladem úspěšné spolupráce ČVUT v Praze s průmyslovým partnerem - společností Recuair je vývoj nového typu lokální větrací jednotky s otočným rekuperačním výměníkem v rámci projektu OPPIK. Větrací jednotka je určena k instalaci přímo do obytné místnosti. Při vývoji nového typu větrací jednotky bylo využito počítačové simulace proudění CFD, měření hluku v akustické laboratoři a měření výkonu v laboratorních podmínkách. Cílem výzkumu bylo optimalizovat proudění vzduchu jednotkou s cílem zabránit negativním zvukovým projevům. Výsledkem je patentované řešení a ocenění v projektu Vizionáři 2020 za technologický a ekonomický přínos v oblasti zdraví, stavebnictví a ochrany životního prostředí.

Větrací a klimatizační zařízení pro rozsáhlé administrativní budovy nebo průmyslové provozy často využívají rotační regenerační výměníky. Tyto výměníky dosahují poměrně vysoké účinnosti přenosu tepla a mají kompaktní rozměry. V rámci projektu TAČR byla navázána spolupráce se společností KASTT, předním výrobcem rotačních výměníků v ČR. Cílem projektu bylo vyvinout výměník s vysokým teplotním faktorem a nízkou tlakovou ztrátou. V rámci projektu vznikl prototyp výměníku s by-passovými klapkami, jehož technické řešení je chráněno užitným vzorem. Řešení projektů podobného typu umožňuje částečné zapojení studentů do výzkumu a vývoje. I díky tomu vznikla oceněná diplomová práce v soutěži Český energetický a ekologický projekt 2021.

 
Ing. Roman Vavřička, Ph.D.
doc. Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D.
Ústav techniky prostředí, FS ČVUT v Praze