Ak sa aj uplatnia všetky zásady energeticky úspornej výstavby, najdôležitejšou časťou domu zostáva systém na získavanie tepelnej pohody - či v lete alebo v zime. Podstatný vplyv na určenie najvýhodnejšieho spôsobu vykurovania majú okrem rozmerov budovy a orientácie vzhľadom na svetové strany tiež technológia výstavby, kvalita izolácie strechy a obvodového plášťa ako aj tepelný odpor otvorov. Pri voľbe systému získavania tepla a prípravy teplej úžitkovej vody pre nízkoenergetické a pasívne domy teda vychádzame z nízkej hodnoty celkových strát objektu.

Nízkoenergetický dom dosahuje spotrebu energie na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody vzhľadom na úžitkovú plochu menej ako 50 kWh/m2/rok a pasívny dom menej ako 15 kWh/m2/rok. Nízkoenergetický dom by mal mať zdroj tepla, systém vetrania a spôsob využitia solárnych tepelných zdrojov prispôsobený presne na mieru svojej spotreby. Pri pasívnych domoch chceme pokryť zvyškovú potrebu tepla. Základnú získavame ohrevom privádzaného vzduchu, ktorý rozdelíme do jednotlivých miestností. Pasívny dom nemá vykurovací systém, žiaden kotol ani rozvody, a preto je tu dôležité, aby bolo zabezpečené efektívne riadené vetranie so spätným získavaním tepla s tepelnou účinnosťou nad 75 %, zároveň musia byť navrhnuté aj nízke vstupy primárnej energie.
Nízkoteplotné vykurovanie pre nízkoenergetické domy je navrhované so zámerom minimalizovať množstvo energie, ktoré je nutné dodávať z vonkajších zdrojov. Tento cieľ sa dosahuje v prvom rade obmedzením spotreby a strát energie, ďalej využitím energie z obnoviteľných zdrojov, vrátane využitia jej uskladnenia a prostredníctvom inteligentných rozvodov. Základných koncepčných riešení a jednotlivých variantov je naozaj veľa.

Nízkoteplotné spôsoby získavania tepla
Podľa spôsobu prípravy tepla môžeme nízkoteplotné systémy rozdeliť na monovalentné, bivalentné a kombinované. Monovalentné systémy majú jeden zdroj tepla, a to najčastejšie nízkoteplotný kotol. Pri bivalentných sa využívajú dva zdroje tepla, pričom jeden z nich je hlavný a druhý doplnkový. Pri kombinovanom systéme nízkoteplotného vykurovania sa druhý zdroj uvádza do prevádzky paralelne s prvým.
Pri výbere systému by sme mali zvoliť optimálny pomer vstupných investičných nákladov na zriadenie systému a nákladov na prevádzku vzhľadom na cenu energií, životnosť a údržbu zariadenia. Mali by sme sa rozhodnúť vždy pre moderný nízkoteplotný zdroj tepla, ako je napríklad kondenzačný kotol, tepelné čerpadlo s vysokým výkonovým číslom, termické solárne zariadenie na ohrev teplej vody a systém na kontrolované vetranie a odvetrávanie domu.

Pre priaznivcov alternatívnych zdrojov energie je vhodný hybridný systém, ktorý kombinuje tepelné čerpadlo, slnečné kolektory, elektrický ohrev, ale tiež využívanie odpadového tepla prostredníctvom vetracích zariadení so spätným získavaním energie, tepelnými čerpadlami typu odpadový vzduch - voda, ale tiež spaľovanie biomasy, ktorá je vzhľadom na vznik oxidu uhličitého ekologická.
Existuje veľa druhov nízkoteplotných systémov. Napríklad veľkoplošné vykurovanie či už podlahové, stropné alebo stenové, veľkoplošné vykurovanie s tepelným čerpadlom a solárnymi kolektormi, nízkoteplotné vykurovanie s tepelným čerpadlom alebo iné kombinácie.

Teplonosné látky
Základné rozdelenie vykurovacích systémov je podľa teplonosnej látky a môže byť teplovodné alebo teplovzdušné. Pri teplovodnom ide najčastejšie o nízkoteplotné a kondenzačné systémy.
Moderné nízkoteplotné vykurovacie systémy majú nízke straty, a to hlavne preto, že sa prevádzkujú s plynulo klesajúcou teplotou vody v kotle. Povrchové straty majú len okolo 2 až 3 %, pričom sú kvalitne kompozitne tepelne izolované a ich účinnosť využitia je nad 90 %. Treba si uvedomiť, že sa to nedá dosiahnuť bez modernej regulačnej techniky, ktorá umožňuje zistenie aktuálnej tepelnej potreby. Tento údaj sa následne používa ako riadiaca veličina pre teplotu kotlovej vody.
Moderné kondenzačné vykurovacie kotly majú krivku stupňa využitia tepla ešte výhodnejšiu, a to najmä pri nízkej záťaži, t. j. pri nízkych teplotách vody, ktorá sa vracia späť do kotla. Preto je energetický zisk pri týchto zariadeniach v dôsledku kondenzačného účinku mimoriadne vysoký. Systémy využívajú latentné teplo, ktoré vzniká vo vykurovacom plyne jeho kondenzáciou v rámci kotla, a preto môžu tieto systémy dosiahnuť stupeň využitia nad 100 %. Čím je nižšia teplota kotlovej vody, tým lepšie prebieha kondenzácia a z toho vyplýva mimoriadne dobré využitie pri podlahovom vykurovaní.
Pri teplovzdušnom vykurovaní je teplonosnou látkou vzduch. Pri tejto sústave teda nie sú vo vykurovaných miestnostiach nijaké vykurovacie telesá, ale pribudnú rôzne murované alebo plechové rozvodné a aj spätné kanály. Tento spôsob je vhodný na vykurovanie priestorov s častými vykurovacími prestávkami, kde sa vyžaduje krátka doba zakurovania a kde sú v miestnostiach veľké tepelné výkyvy.
Systém sa väčšinou rieši súčasne aj s vetraním miestností a v letnej prevádzke aj s ich chladením. Teplonosnou látkou môže byť vzduch z miestností alebo čerstvý vzduch z atmosféry. Z tohto pohľadu poznáme tri druhy teplovzdušného vykurovania, a to vykurovanie recirkulačné, kde je vzduch odoberaný z miestnosti, výmenné, kde sa privádza čerstvý zvonka a zmiešané.
Pri aplikácii podlahového vykurovania s tepelným čerpadlom a solárnymi kolektormi sa pri správne navrhnutom systéme dá pokryť energetická potreba domu na 100 %. No projektanti zvyčajne navrhujú aj doplnkové zdroje tepla, napríklad elektrickú energiu na dohrev vody alebo kozub, z ktorého sa zvyškové teplo odvádza do centrálneho zásobníka tepla.

Využitie odpadového tepla
Ďalší spôsob získavania tepla je použitie odpadového tepla prostredníctvom vetracích zariadení s jeho spätným získavaním. Cieľom tohto systému je vrátiť z odpadového vzduchu čo najväčšiu časť jeho tepelnej kapacity a preniesť ju do nasávaného čerstvého vzduchu.
Proces môže prebiehať buď samočinne tzv. rekuperáciou, ktorá pracuje na základe teplotného rozdielu medzi prúdiacimi vzdušnicami, alebo ide o prívod energie z iného zariadenia, napr. tepelného čerpadla. Riadeným vetraním so spätným získavaním tepla dokážeme z tepelnej bilancie domu vylúčiť stratu vetraním, čo napríklad pri objekte s celkovou stratou 9 kW môže byť až 30 % ročných nákladov na vykurovanie a pri dome so stratou okolo 6 kW to môže dosiahnuť aj 50 % ročných nákladov.
Použitie spôsobov rekuperácie je veľa. Často sa pri nízkoenergetických domoch využíva aj riadený spôsob vetrania s rekuperáciou a vhodne riešený spôsob kontrolovaného prirodzeného vetrania.
Celý systém prívodu a odvodu vzduchu je veľmi jednoduchý. Vydýchaný vzduch sa vedie cez výmenník. V tomto zariadení sa studený vonkajší vzduch od použitého teplého ohreje, a tým sa môže získať až 90 % tepla. Ak je systém na spätné získavanie tepla kvalitne navrhnutý, je jeho nadbytok možné využívať na dodatočný ohrev privádzaného vzduchu alebo na ohrev teplej vody v tepelnom čerpadle. K tomuto systému je tiež bez problémov možné pripojiť aj solárne zariadenie na podporu ohrevu teplej vody, čo sa najčastejšie využíva pri riešení pasívnych domov.

Rekuperácia
Základná rekuperačná jednotka sa skladá z doskového alebo rotačného výmenníka tepla, ventilátorov, filtra a ovládania, ktoré sú umiestnené v skrinke, tepelnotechnicky a akusticky prispôsobenej. Týmto systémom sme schopní získať naspäť energiu, vloženú do vykurovania, ktorú by sme stratili nekontrolovaným vetraním. Rekuperačné jednotky sa líšia svojimi rozmermi i výkonmi. Menšie sa môžu montovať aj na vnútorné steny miestností a tie väčšie je vhodné umiestniť do medzistropu.
Existuje aj decentrálny kombinovaný prístroj na vetranie i vykurovanie, ktorý nám zaistí v miestnosti čerstvý filtrovaný a predhrievaný vzduch, ale aj temperovanie priestoru elektrickým vykurovacím telesom. Táto jednotka je vhodná aj ako doplnok akejkoľvek vykurovacej sústavy alebo ako doplnok solárneho vykurovania. Dá sa inštalovať aj dodatočne bez potrebných rozvodov vzduchu. Ďalším riešením je využitie centrálnej vetracej jednotky pre celý dom, napríklad aj s možnosťou napojenia a spoločného spínania s kozubom.
Ďalší spôsob predstavuje spojenie vetrania, vykurovania a ohrevu teplej vody do jednej jednotky. Základom tohto systému je tepelné čerpadlo vzduch - voda. Teplý vzduch odsávaný z kuchyne, kúpeľne a WC odovzdáva svoje teplo priamo vo výparníku tepelného čerpadla. Teplo vytvorené tepelným čerpadlom je k dispozícii napríklad pre podlahové vykurovanie a tiež ohrieva vodu vo vnútornom zásobníku. Tento systém sa dá ešte doplniť a pripojiť na solárne kolektory, a tak môžeme cca 30 % ročnej spotreby tepla na vykurovanie a ohrev teplej vody pokryť slnečnou energiou.

Elektrické vykurovanie
Dnes už je bežným druhom získavania tepla elektrické vykurovanie, ktoré sa navrhuje ako hlavný zdroj alebo v kombinácií s inými druhmi vykurovania. Medzi jeho výhody patrí predovšetkým ekologická prevádzka, vysoká účinnosť, bezpečnosť, možnosť dobrej regulácie, spoľahlivosť, presné meranie a pod. Základné delenie tohto druhu predstavuje ústredné alebo individuálne vykurovanie. Ďalej sa rozdeľuje na akumulačné, priame a zmiešané.
Akumulačné poznáme s akumuláciou do vody, do pevného materiálu, napr. do blokov magnezitu alebo mramoru, alebo akumulačné kachle, ktoré môžu byť dynamické s ventilátorom, statické s regulačnou klapkou alebo statické bez tejto klapky.
Medzi priame systémy elektrického vykurovania patria elektrokotol, teplovodný systém s vykurovacími telesami, ktorý môže byť riešený ako podlahový alebo kombinovaný. Ďalej teplovzdušné systémy s rozvodmi vzduchotechniky a konvektory. Zaujímavé je tiež použitie sálavého vykurovania vo forme panelov, a to s riešením do stropov alebo do stien, či už elektrickými termokáblami, rohožami alebo infračervenými lúčmi elektrických zdrojov.
Dnes sa často využíva zmiešané elektrické vykurovanie, ktoré je vlastne kombináciou akumulačného a priameho. Poznáme viacero druhov zmiešaného vykurovania. Patrí sem napríklad vykurovanie hybridnými kachľami, elektrické podlahové poloakumulačné vykurovanie odporovými káblami, kombinované s elektrickými konvektormi, alebo hybridná elektrokotolňa, čo znamená kombináciu akumulácie s elektrokotlom na priame vykurovanie, alebo si môžeme vybrať akumulačné kachle v kombinácii s elektrickými konvektormi.
Existujú aj iné kombinácie elektrického vykurovania so systémami, ktoré používajú obnoviteľné zdroje energie, napr. teplovodné podlahové vykurovanie v kombinácii s konvektormi a tepelným čerpadlom.
Ak sa rozhodujeme pre elektrické vykurovanie a je nám jedno, pre ktorý druh, či už ide o elektrický kotol, podlahové vykurovanie pomocou odporových drôtov alebo iné druhy, mali by sme vedieť, že pri odoberaní elektrickej energie potrebujeme mať sadzbu D11, ktorá je zložená z 20 hodín na nízku tarifu a zo 4 hodín na tarifu vysokú. Nemali by sme tiež zabúdať na inštaláciu veľmi dobrej regulácie.
Jedno z ďalších riešení predstavuje použitie akumulačnej pece, ktorá je založená na báze akumulačného jadra z magnezitových tehál nabíjaných nočným prúdom. Jadro po nabití uvoľňuje teplo hlavne sálaním, ale v prípade potreby aj prúdením teplého vzduchu z vnútra prostredníctvom ventilátora, ktorý je súčasťou akumulačnej pece. Nevýhodou akumulačných pecí sú ich pomerne veľké rozmery, čo znamená zníženie úžitkovej pôdorysnej plochy.

Kotly a solárne systémy
Pre nízkoenergetický dom sa ako zdroj tepla dá použiť kotol na drevo a solárny systém z vákuových kolektorov s automatickým riadením pri vybavení domu teplovzdušným vykurovaním a vetraním s rekuperáciou odpadného tepla. Cirkulačný vzduch sa nasáva do rekuperačnej jednotky, kde sa filtruje a mieša s vonkajším vzduchom. Predhrieva sa v teplovodnom ohrievači a je rozvádzaný v podlahe do každej miestnosti.

V letnom období môže byť vzduch v zemnom kolektore ochladený a systém sa v lete dá používať ako klimatizácia. Vzduch z WC, kúpeľne a kuchyne odovzdá svoje teplo v rekuperačnom výmenníku a je odvádzaný von z budovy. Dvojstupňový systém akumulačných nádrží zaisťuje akumuláciu solárnych ziskov a pomocou prietokových vložiek ohrieva teplú úžitkovú vodu.

Veľkoplošné vykurovanie
Medzi najčastejšie systémy, ktoré sú vhodné pre nízkoenergetické domy, patrí nízkoteplotné sálavé vykurovanie. Tento systém pracuje s nižšími teplotami teplonosného média, a preto je vhodný najmä na využívanie energie získanej z nízkoenergetických zdrojov, ako je solárna energia, energia z prostredia alebo odpadné teplo. Podlahové vykurovanie a tiež vykurovanie stenové a stropné patria do skupiny veľkoplošného vykurovania, kde sa podstatná časť tepla dostáva do vykurovacieho priestoru sálaním a len menšie množstvo tepelného toku sa odvádza konvekciou. Podiel tepelného toku sálaním je pri stropnom vykurovaní 80 %, pri stenovom 65 % a pri podlahovom 55 %.
Veľkoplošné sálavé vykurovanie veľmi dobre dokáže využívať nízkopotenciálne zdroje energie (ako je napríklad energia slnečného žiarenia), pretože prenos tepla z vykurovacej sústavy do miestností sa uskutočňuje najmä sálaním pri nízkych teplotách média. Tieto zariadenia sú preto minimálne energeticky náročné.
Podlahové vykurovanie môže byť teplovodné alebo elektrické. Pri teplovodnom je zdrojom najčastejšie kondenzačný, nízkoteplotný kotol alebo kotol na biomasu, pričom vykurovacím médiom je teplá voda s teplotou do 55 °C. Pri podlahovom vykurovaní sú rúrky, v ktorých prúdi teplonosná látka, súčasťou podlahovej konštrukcie, v ktorej je dobrá možnosť akumulácie tepla s tepelnou zotrvačnosťou cca 4 až 8 hodín. Z podlahy zohriatej na teplotu približne 26 - 28 °C sála teplo do okolitého prostredia.
Pri stropnom vykurovaní sú rúrky súčasťou stropnej konštrukcie, a to vo veľkej časti stropu, aby sa zabezpečila rovnomernosť prenosu tepla. Pri stenovom vykurovaní sú rúrky súčasťou steny a teplota nosného média neprevyšuje 45 °C. Pri týchto spôsoboch veľkoplošného vykurovania možno miestnosti vykurovať na teplotu o 2 - 3 °C nižšiu ako pri iných systémoch, čo predstavuje úsporu cca 10 - 15 % energie.
Elektrické podlahové vykurovacie systémy sa z hľadiska konštrukcie delia na akumulačné, poloakumulačné a doplnkové. Akumulačný systém je zabudovaný do vrstvy betónu a termostat automaticky určí čas, kedy je nutné vykurovanie zapnúť, aby bolo čo najhospodárnejším spôsobom možné dosiahnuť potrebnú teplotu v určenej dobe pri odoberaní nízkej tarify elektrickej energie.
Poloakumulačné sa používajú často ako doplnkový zdroj k priamo výhrevným elektrickým telesám, ktoré ohrievajú vzduch stúpajúci nahor, pričom pri podlahe je pomerne chladno. Poloakumulačné podlahové vykurovanie naopak teplo sála, a tak sa vytvára veľmi dobré rozloženie teplôt. Doplnkové podlahové vykurovanie sa používa najčastejšie pod keramickú dlažbu v menších priestoroch, napríklad kúpeľniach, WC a pod.

Teplo zo Slnka
Solárna energia patrí medzi alternatívne zdroje. Prakticky je k dispozícii takmer stále, je nevyčerpateľná, čistá a jej využívanie vo vykurovacích systémoch predstavuje úsporu. Solárne zariadenia sa dajú použiť na podporu nových inštalácií, ale aj existujúcich vykurovacích systémov, a to aj na ohrev teplej úžitkovej vody alebo vody na vykurovanie.
Solárne systémy, ktoré sa u nás realizujú najčastejšie, rozoznávame bivalentné alebo trivalentné. Kombinujú slnečné kolektory na získavanie energie zo slnečného žiarenia s doplnkovým zdrojom tepla, napr. s vykurovacou vodou z kotla, prípadne využívajú elektrické vykurovacie teleso na prípravu teplej úžitkovej vody a tepelné čerpadlo. V letných mesiacoch sa s výhodou využíva solárna energiu aj na ohrev vody pre bazény.
Systém je jednoduchý - ak svieti slnko celý systém pracuje na solárnu energiu. V čase, keď slnko poskytuje málo tepelnej energie, zapojí sa klasický vykurovací systém. V podstate sa dá každé vykurovacie zariadenie doplniť solárnym systémom. Je jedno, či ide o vykurovací systém, ktorý spaľuje plyn, olej alebo pevné palivo.
Pri solárnom ohreve je najdôležitejšie akumulovať v zásobníkoch čo najväčšie množstvo energie, aby počas denného a večerného odberu nedochádzalo k štartovaniu doplnkového zdroja. Voľba typu zásobníka závisí od spôsobu použitia, či ide o ohrev teplej úžitkovej vody, podporu vykurovania alebo ohrev bazénu, od potrebnej veľkosti jeho objemu i od počtu nainštalovaných kolektorov. Aby sa solárna energia účelne využila, musia všetky komponenty vykurovacieho systému spolupracovať: kolektory, regulačné zariadenia, kotly, horáky a vykurovacie telesá.

Slnečné kolektory
Najdôležitejším komponentom systému je slnečný kolektor, ktorý premieňa slnečné žiarenie na tepelnú energiu odovzdávanú prostredníctvom teplonosnej látky do rozvodnej potrubnej siete. Množstvo energie, ktoré možno získať, závisí od klimatických podmienok, geografickej polohy miesta, správneho umiestnenia kolektorovej plochy a od technického vyhotovenia celého slnečného energetického zariadenia, ako sú regulačné a bezpečnostné zariadenia, čiže poistný ventil a expanzná nádoba. Dôležitou súčasťou je regulácia solárnych zariadení. Snímače merajú teplotu kolektoru aj zásobníka, a keď sa teplota kolektoru zvýši nad nastavenú diferenčnú hodnotu - nad teplotu kolektoru, zapne sa obehové čerpadlo. Vytvorí sa uzavretý okruh a dochádza k ohrevu vody v zásobníkovom ohrievači.
Slnečné systémy efektívne pracujú s dodatkovým zdrojom tepla čiže bivalentnými systémami. Dodatkový zdroj tepla zabezpečí potrebnú dodávku tepla v období zníženej intenzity slnečného svitu. Kolektory sú dobrá voľba pre nízkoteplotné energetické systémy, a to hlavne na ohrievanie teplej úžitkovej vody počas sezóny, ale aj na ohrievanie teplej úžitkovej vody v okrajových slnečných mesiacoch, prípadne na temperovanie vykurovaných miestností nízkoteplotnými systémami v okrajových mesiacoch vykurovacieho obdobia.

Montáž a upevnenie
Rôznorodosť stavieb si vyžaduje rôzne prvky na inštaláciu i montáž ako aj viaceré spôsoby upevnenia kolektorov. Solárne kolektory môžu byť montované na sedlovú, ale aj plochú strechu. Na sedlovú sú montované priamo, čím sa dá zmenšiť medzera medzi hranami panelu a strechou na minimum. Pre montáž na plochú strechu je nutné používať montážny rám. Avšak nepotrebujeme ho vždy montovať pevne k strešnej konštrukcii - stačí ich napríklad zaťažiť betónovými blokmi. Strešná krytina sa tým nepoškodí a nie je preto nutná ani ďalšia izolácia.

Ak montujeme doskové kolektory nad strešnú krytinu, máme k dispozícii rôzne druhy uchytávacích konzol, a to pre každý druh strešnej krytiny. Pri montáži doskových kolektorov do strešnej krytiny sa využíva najčastejšie strešná vaňa - pre každý slnečný kolektor osobitne. Pri plochých strechách sú to rôzne druhy nastaviteľných stojanov pre doskové kolektory. Tieto prvky na umiestnenie kolektorov umožňujú variabilnú skladbu kolektorov tak v zvislom ako aj vo vodorovnom vyhotovení.

Ploché kolektory pozostávajú zo selektívne povrstvenej absorbérovej plochy s integrovanými rúrkami. Zmes nemrznúceho prípravku a vody prúdi cez rúrky, prijíma teplo slnečného žiarenia a odvádza ho na miesto spotreby. Kolektory na princípe vákuových trubíc sú zaujímavé tým , že dokážu ešte znížiť tepelné straty. Trubice sa smerom k slnku dajú otáčať.

Musíme spomenúť aj doplnkové vykurovanie k slnečným kolektorom, ktoré je potrebné, keď nesvieti slnko alebo vo veľmi chladných mesiacoch. Doplnkové zdroje sú najčastejšie zabezpečené lokálnymi elektrickými kotlami, plynovými kotlami, tiež kotlami na tuhé palivo alebo aj kachľovými pecami.
Trh ponúka kompletnú paletu produktov na využitie všetkých dôležitých obnoviteľných zdrojov tepelnej energie na zásobovanie nízkoenergetických či pasívnych domov. Kvalitná a dobre navrhnutá systémová technika zaručuje vzájomné prispôsobenie všetkých potrebných komponentov. Takto možno bez technických problémov kvalitne skombinovať kotly, slnečné kolektory, riadené bytové vetranie a zásobníkové ohrievače vody na riešenie konkrétnej aplikácie pre konkrétny dom, a to ako pri sanácii tak aj pre novostavbu.

Ing. Mária Kostolná
Snímky: archív redakcie