Teoretická část

1. Parní otopné soustavy

Parní vytápění je takové vytápění, kdy v rozvodném potrubí a otopných tělesech jako teplonosná látka použita pára. Pro vytápění se nejčastěji používá pára sytá. Za sytou páru považujeme takovou, která je v termodynamické rovnováze se svou kapalinou. Pro vytápění parou obecně, bez ohledu na druh použitých otopných těles, tlak páry apod., platí, že pára o vhodném tlaku se zavede do otopných těles, zde předává své teplo, ochlazuje se a sráží v kondenzát. Ten protéká přes odvaděč kondenzátu do kotle buď přímo, nebo přes vhodné přečerpávací zařízení.

Výhody parního vytápění:

• rychlejší zátop díky malé akumulaci tepla
• nehrozí zamrznutí soustavy
• nižší pořizovací náklady než u soustav teplovodních
• lze využívat kondenzačního tepla
• pára se v soustavě dopravuje vlastní energií

Nevýhody parního vytápění:

• nesnadná regulace
• vyšší povrchová teplota otopných těles
• kratší životnost jednotlivých částí rozvodu
• vyšší tepelné ztráty
• hlukové rázy v potrubí (hlavně při zatápění)
• náročnější stavební provedení rozvodu (nutnost správného vyspádování)

Pára používaná ve vytápěcích soustavách může mít různě velký tlak a tím je pak dána i její vhodnost pro různé způsoby použití. Podle tlaku páry rozlišujeme 3 druhy parního vytápění, které jsou uvedeny v následující tabulce i s příkladem vhodného použití:

DRUH VYTÁPĚNÍ	TLAK PÁRY	VHODNOST POUŽITÍ
nízkotlaké	přetlak do 70 kPa	méně rozsáhlé objekty
středotlaké	přetlak nad 70 kPa	průmysl + dálkové rozvody
podtlakové	nižší než atmosférický	výškové budovy

1.1. Středotlaké soustavy

Středotlaké parní vytápění je vhodné především do průmyslových objektů. Používá se hlavně v takových objektech, kde je pára zapotřebí k technologickým účelům (např.gumárny, konzervárny apod.). Pro tyto účely je vhodná sytá pára, která se upraví  pro účely vytápění na vhodný přetlak. Vytápění obytných budov párou o vyšším tlaku než nízkém není vhodné.  Jako otopná tělesa se používají hady a registry z hladkých nebo žebrovaných ocelových trub nebo litinová otopná těles.
Výrobní, skladové a jiné prostorné  haly je možno vytápět pomocí sálavých panelů zavěšených pod stropem (obr. 1).

Obr. 1 Vytápění haly sálavými panely

Vytápěcí systém je podobný horkovodnímu systému se sálavými panely. Otopnou plochu při tomto způsobu vytápění tvoří v prostoru zavěšené panely vyrobené z ocelového plechu. Od trubek se ohřívá plech, který tvoří otopnou plochu celého systému. Plocha vytvořená sestavami plechů (panelů) je poměrně velká a k předávání tepla dochází z 80-90% sáláním, zbytek tvoří teplo sdílené konvekcí (prouděním). Hlavní výhodou vytápění zavěšenými sálavými panely je snížení spotřeby tepla (ve srovnání s teplovzdušným vytápěním může být až o 20–30 % nižší).
Středotlakou páru lze také využít pro teplovzdušné otopné soustavy a jako primární teplonosnou látku do výměníků tepla. 

1.2. Nízkotlaké soustavy

Jsou to soustavy o různém tlaku páry, který však nepřesahuje hodnotu 70 kPa. Použitý tlak páry se řídí především rozlehlostí otopné soustavy. Rozlehlost soustavy se určuje podle vzdáleností nejvzdálenějšího otopného tělesa od kotle. Pokud by v soustavě nebyl potřebný tlak, mohly by nastat problémy s odvaděči kondenzátu. Jednoduché a méně rozsáhlé nízkotlaké parní vytápěcí soustavy se skládají ze zdroje tepla (nejčastěji kotel), rozvodného (parního) potrubí, vratného (kondenzátního) potrubí, odvaděčů kondenzátu, otopných těles, příslušných armatur a pojistného zařízení. Každé parní potrubí se musí vést v minimálním spádu 0,5 % ve směru toku páry. Princip nízkotlakého parního vytápění je schematicky znázorněn na obr. 51.

Obr. 2 Princip nízkotlakého parního vytápění

Podle uspořádání rozvodu rozlišujeme několik základních druhů nízkotlakých parních otopných soustav:
Soustava se spodním rozvodem a suchým kondenzátním potrubím (obr. 3) – patří k nejpoužívanějším . Rozvodné potrubí páry má vedeno v nejnižším podlaží pod stropem se spádem asi 0,5 %. Na rozvodné potrubí jsou připojena stoupací potrubí tak, aby zkondenzovaná voda v místě napojení tekla do odvaděče kondenzátu (obr. 4).

Obr. 3 Nízkotlaká parní soustava se spodním rozvodem a suchým kondenzátním potrubím

Obr. 4 Odvaděč kondenzátu na ležatém potrubí

Připojovací potrubí od stoupaček k jednotlivým otopným tělesům se vede v protispádu. Je to proto, aby se kondenzát neshromažďoval v přípojce při uzavření kohoutu před otopným tělesem. Kondenzát vzniklý v rozvodném potrubí a v otopných tělesech je sbírán odvaděči kondenzátu. Z nich přetéká do kondenzátního (vratného) potrubí se spádem ke kotli (zase asi 0,5 %).Kondenzátní potrubí se nazývá suché, protože v něm není trvale kondenzát – je umístěno výš než je maximální úroveň hladiny vody v kotli.

Soustava se spodním rozvodem a mokrým (zatopeným) kondenzátním potrubím (obr. 5) – od předešlé soustavy se liší umístěním kondenzátního (vratného) potrubí. Výška hladiny vody v kondenzátním potrubí je stejná, jako je výška hladiny vody v kotli. Kondenzátní potrubí je tedy trvale zaplněno vodou nejen v době kdy se topí, ale také když se netopí.  Vytápěcí soustavy s mokrým (zatopeným) kondenzátním potrubím se provádí v případech, kdy není možno vést kondenzátní potrubí ke kotli s plynulým spádem. U kondenzátního potrubí musí být zajištěno odvzdušnění.

Obr. 5 Nízkotlaká parní soustava se spodním rozvodem a mokrým kondenzátním potrubím

Soustava s horním rozvodem a suchým kondenzátním potrubím (obr. 6) – volí se zpravidla při nedostatku prostoru (malá výška) v nejnižším podlaží budovy.

Obr. 6 Nízkotlaká parní soustava s horním rozvodem a suchým kondenzátním potrubím

Pára je vedena svislým přívodním potrubím pod strop nejvyššího podlaží nebo na půdu. Odtud se ležatým rozvodným potrubím rozvádí k jednotlivým stoupacím větvím. Stoupací potrubí se na rozvod připojuje shora, aby se do něj zbytečně nedostával kondenzát. Ten se zachytí na konci rozvodného potrubí v kondenzátní smyčce. Na stoupačky jsou připojena připojovací potrubí k otopným tělesům v jednotlivých podlažích. Kondenzátní potrubí je umístěno pod stropem nejnižšího podlaží. Aby veškerá voda spolehlivě odtékala do kotle, musí být potrubí vedeno v dostatečném spádu.
Soustava s horním rozvodem a mokrým kondenzátním potrubím (obr. 7) – od předchozího systému se liší umístěním vratného (kondenzátního) potrubí, které je umístěno níž než je hladina vody v kotli a tudíž je trvale „zavodněno“. Kondenzátní potrubí nemusí mít dodržen spád a může mít menší průměr než potrubí suché. Je však nutné zajistit jeho odvzdušnění.

Obr. 7 Nízkotlaká parní soustava se horním rozvodem a mokrým kondenzátním potrubím

Jednotrubkové parní soustavy – mají více nevýhod než výhod, proto se v praxi neuplatnily a v současné době se prakticky nepoužívají. Podobně jako soustavy dvoutrubkové mohou být s horním nebo dolním rozvodem a se suchým nebo mokrým kondenzátním potrubím.

1.2.1. Zabezpečovací zařízení

Každá vytápěcí soustava musí mít zabezpečovací zařízení zajišťující její bezpečný provoz. U nízkotlakých parních soustav musí být kotel vybaven těmito prvky:

• tlakoměr s označením maximálního možného pracovního přetlaku
• vodoznak napojený přímo na kotel
• plnící a vypouštěcí kohout umístěný v nejnižším místě kotle
• přetlakové pojistné zařízení (obr. 8)
• signální zařízení upozorňující na případný nedostatek vody v kotli (není předepsáno, ale doporučuje se)

Obr. 8 Pojistné přetlakové zařízení

1.2.2. Regulace

Regulace parních otopných soustav je zcela odlišná od soustav teplovodních. U nízkotlakého parního vytápění není možno upravovat výkon zařízení regulací teploty páry. Nelze totiž „topit málo“ a vyrábět tak chladnější páru nebo „topit hodně“  a získat páru horkou. Pro správnou funkci a výkon soustavy je nutné udržovat konstantní tlak páry na potřebné výši.
Regulace u parních soustav spočívá ve změně množství dodávaného tepla. K tomu se používají ruční nebo automatické regulační ventily, které zajišťují plynulou regulaci. Přitom by měl být dodržen správný tlak páry, na který jsou nadimenzovány průměry potrubí, ventilů nebo velikosti otopných těles. Na rozdělovači (obr. 9)  se otvírá jen tolik větví, aby tlak páry neklesl pod přijatelnou hodnotu.

Obr. 9 Rozdělovač pro regulaci dodávky tepla do jednotlivých větví rozvodu

Pára se do jednotlivých větví dodává pouze určitou dobu a poté se otevřené větve uzavřou a otevřou se větve nové. Toto přerušování dodávky tepla do jednotlivých větví vyžaduje větší nároky na obsluhu kotle, ale projeví se hospodárnějším provozem a úsporou paliva.

1.3. Podtlakové parní vytápění

Podtlakové parní vytápění (obr. 10) je takové vytápění, kdy tlak páry v soustavě je nižší než tlak atmosférický. Čím je tlak nižší, tím voda začíná vřít při nižší teplotě. Tlak v soustavě snižujeme vývěvou, která se zapojuje do kondenzátního potrubí. 

Obr. 10 Schéma podtlakového parního vytápění

U podtlakových parních otopných soustav je možné ústředně regulovat jejich tepelný výkon změnou tlaku a tím i teploty páry. Dalšími výhodami těchto soustav je to, že mají nízkou povrchovou teplotu otopných těles, malou tepelnou setrvačnost a umožňují regulaci v závislosti na venkovní teplotě. Podtlakové parní vytápění je výhodné zejména pro moderní výškové budovy (40 a více metrů).

1.4. Kombinované vytápění

Pokud je potřeba vytápět určitou část budovy parou a jinou část teplou vodou, použije se kombinovaný způsob vytápění. Z rozdělovače se může vést pára např. několika potrubími do topné sítě a další potrubí vede páru jako primární teplonosnou látku do výměníku tepla. Sekundární okruh je pak již řešen jako teplovodní vytápění. Schéma možného provedení je na obr. 11.

Obr. 11 Schéma kombinovaného vytápění párou a teplou vodou

1.5. Zařízení kotelen

Zařízení a vybavení kotelen parních otopných soustav závisí na několika okolnostech. Rozhodujícími činiteli jsou druh používaného paliva, požadované parametry páry a celkový tepelný výkon.

1.5.1. Rozdělení kotelen

Kotelny pro parní otopné soustavy lze rozdělit z několika různých hledisek, z nichž nejdůležitější jsou rozdělení podle paliva a rozdělení podle výkonu.

Rozdělení podle paliva – v minulosti se používalo hlavně tuhé palivo (uhlí). Ve srovnání se zemním plynem má však tolik nevýhod, že většina kotelen byla přebudována nebo již nově postavena jako kotelny plynové. V parních kotlích však lze spalovat také zkapalněné topné plyny nebo kapalná paliva.

Rozdělení podle výkonu – pro výrobu páry se používají převážně kotle o tepelném výkonu větším než 50 kW Kotelny s parními kotli se dělí do tří kategorií:

• I. kategorie – kotelny s celkovým výkonem nad 3,5 MW
• II. kategorie – kotelny s celkovým od 0,5 MW do 3,5 MW
• III. kategorie – kotelny s celkovým výkonem do 0,5 MW

Celkovým výkonem kotelny se rozumí součet jmenovitých výkonů jednotlivých kotlů používaných v kotelně. Výkony parních kotelen jsou poměrně velké, proto pro ně platí přísné bezpečnostní předpisy.

1.5.2. Příslušenství kotelen

Jak bylo uvedeno v předchozím odstavci, používají se převážně kotelny plynové, proto i zde uváděné příslušenství se bude týkat kotelen plynových. K příslušenství patří tlaková stanice plynu, regulační a odběrové měřící zařízení kotelny, úpravna vody, strojovna, výměníková stanice a zařízení pro odvod spalin.
Tlaková regulační stanice plynu – slouží k přečištění plynu a hlavně k jeho úpravě na potřebný tlak nutný pro dokonalé spalování. Běžně se používají stanice dvoustupňové dvouřadé (obr. 12).

Obr. 12 Zjednodušené schéma dvouřadé dvoustupňové regulace

Dvoustupňová znamená, že vysoký tlak přicházející do stanice se snižuje na požadovanou hodnotu nadvakrát. Dvouřadá vyjadřuje dvě řady potrubí vedle sebe včetně všech regulátorů tlaku,  armatur a dalších zařízení. Řady jsou na sobě nezávislé a v případě poruchy může plyn proudit druhou řadou. Malé regulační stanice se umísťují v budově kotelny, velké bývají v samostatné budově v blízkosti kotelny.

Regulační a odběrové měřící zařízení –  umísťuje se vždy v samostatné místnosti. Musí být vybaveno bezpečnostním uzávěrem, regulátorem tlaku plynu, pojistným ventilem, příslušnými uzavíracími armaturami a tlakoměry na vstupní a výstupní straně regulátoru.

Úpravna vody – upravuje složení vody tak, aby nebyla agresivní vůči použitým materiálům a aby se z ní netvořil vodní kámen. Upravená voda zpravidla ochraňuje pouze kotel. Kondenzátní a parní systém se musí ochraňovat samostatně.

Strojovna – může být součástí kotelny nebo může být řešena jako samostatná místnost. Bývají zde umístěny rozdělovače, sběrače, čerpadla a další zařízení nutné pro provoz kotelny.

Úpravna parametrů teplonosné látky – slouží k předávání tepla. Přímo v kotelně může být umístěna malá výměníková stanice nebo pouze výměník tepla pro místní potřebu.

Zařízení pro odvod spalin – je nezbytnou součástí každé plynové kotelny. Provedení komínů a připojení kotlů na komíny musí být provedeno v souladu s předpisy. Každý plynový kotel je opatřen usměrňovačem tahu a každý kotel musí být napojen do samostatného komínového průduchu.

1.5.3. Přečerpávání kondenzátu

Kondenzát se vrací zpět do kotelny buď samospádem nebo pomocí zařízení na přečerpávání kondenzátu. Pokud to dovolí výškové poměry, je lepší odvod samospádem. Je-li však některé otopné těleso položené nízko nebo poloha trubního rozvodu neumožní stékání kondenzátu samospádem, musí být kondenzát přečerpávám. Příklad řešení je znázorněn na obr. 13.

Obr. 13 Přečerpávání kondenzátu

Svařování kyslíko-acetylénovým plamenem

2. Vytápění průmyslových staveb

Průmyslové stavby mají obvykle slabší tepelnou izolaci než stavby obytné. Jejich spotřeba tepelné energie je proto často vysoká. Jedná se například o výrobní haly, opravárenské dílny nebo sklady. Vytápění tak velkých budov je poměrně náročné. Podle místních podmínek a možností se mohou pro vytápění rozsáhlých budov použít různé otopné soustavy nebo přímotopné sálavé soustavy.

V průmyslových stavbách může být vytápění parní, teplovodní s dálkovou dodávkou tepla, teplovzdušné kombinované s větráním, vytápění plynové apod. Rozhodující pro zvolený způsob použité otopné soustavy bývají často pořizovací a provozní náklady a v poslední době má významnou roli i hledisko ekologické. Velmi často se zde setkáváme s přímotopnými sálavými soustavami.

Přímotopné sálavé soustavy – sálavé vytápění průmyslových, ale i jiných velkých objektů se provádí často pomocí infrazářičů, kterých je několik druhů. Nejčastěji jsou plynové nebo elektrické.  Plynové infrazářiče se rozdělují na tmavé, kompaktní (supertmavé) a světlé. Podle možnosti přemístění máme zářiče pevné a mobilní.

Princip vytápění spočívá v jednoduchém systému tzv. sálání. Zdroj vyzařuje infračervené paprsky (elektromagnetické vlnění). Tyto paprsky se šíří přímočaře prostorem a teplo vzniká teprve při dopadu na těleso. Na člověka působí sálavé vytápění v halách převážně nepřímo, neboť se nejdříve ohřívá podlaha, spodní část obklopujících zdí, předměty v hale, a ty potom vyzařují na základě své zvýšené teploty dlouhovlnné záření. Vzduch, kterým prochází infrazáření nepohlcuje žádné záření, pouze nepatrná část záření ohřívá vodní páry, částice prachu. Nedochází proto k výrazným ztrátám vlivem ohřevu okolního vzduchu.

Plynové infrazářiče patří z hlediska předávání tepla sáláním k nejefektivnějším způsobům vytápění. Zemní plyn je spalován a vzniklé záření se odráží do požadovaného prostoru pomocí reflexních ploch.

Tmavé zářiče (obr. 14) -  nazývají se též trubicové, protože se z nich teplo dostává do vytápěného prostoru z povrchu sálavých trubic. Je to uzavřený spotřebič s povrchovou teplotou sálavé trubice 200–500 °C (trubice obvykle varu U). Plyn je spalován v hořácích, odkud jsou spaliny vyvedeny do trubic opatřených reflexními zákryty. Konstrukčně je tmavý infrazářič složitější a podstatně těžší. Protože spalování probíhá za přítomnosti plamene jako u klasického hořáku (vyšší teplota, delší doba zdržení), vzniká oproti světlým infrazářičům větší množství emisí a spaliny je proto nutné odvádět spalinovým potrubím nebo komínky mimo vytápěný prostor. Nahřívací doba tmavých infrazářičů je delší než světlých. Oblast použití tmavých infrazářičů je v halách výšky 5–8 metrů pod střešní plášť. Ve vyšších halách se účinnost tmavých zářičů snižuje. Tmavé infrazářiče vyžadují vzhledem k vyšší váze nákladnější instalaci a mají větší nárok na místo na stropě haly. Jsou nabízeny v rozsahu výkonů 10 až 70 kW.

Obr. 14 Funkční schéma tmavého infrazářiče

Světlé zářiče (obr. 15) – jsou otevřené spotřebiče s povrchovou teplotou keramické desky cca 800–900 °C, poměrně jednoduché konstrukce, malé váhy. V důsledku nižších teplot v plameni a kratších dobách zdržení molekul plynu a spalovacího vzduchu v zóně plamene se tyto spotřebiče vyznačují velmi nízkými emisemi. Proto lze u nich spaliny odvádět z vytápěného prostoru nepřímo zároveň s větráním např. haly. Provoz světlých infrazářičů je tedy zapotřebí vázat na chod ventilátorů nebo otevření větracích otvorů. Světlé infrazářiče jsou použitelné v halách výšky 5–20 metrů. Jsou nabízeny v rozsahu výkonů 5 až 40 kW.

Obr. 15 Světlý infrazářič

Kompaktní zářiče – nazývají se též supertmavé. Jejich konstrukce je částečně odlišná oproti tmavým zářičům a mají podstatně vyšší výkon. V hořáku obsahujícím větší množství trysek (nízkoemisní hořák) se spaluje plyn. Spaliny se ředí přisávaným vzduchem a současně se míchají s částí odváděných spalin. V topném potrubí tak v režimu podtlaku cirkuluje směs s teplotou nastavenou regulátorem v rozmezí 100–300 °C.

Hlavní výhody plynových infrazářičů jsou velmi rychlá doba ohřevu (plynové infrazářiče najíždějí velmi rychle na jmenovitý výkon, při práci je lze rychle zapnout, mezi směnami vypnout), možnost vytápět jen vybrané pracoviště ve velké hale, nízké koncentrace oxidů dusíku ve spalinách. K nevýhodám patří nutnost vybavení prostor zvláštním systémem větrání, omezení systému na pouhou funkci vytápění a nemožnost jejich použití v hořlavém prostředí.

3. Dálkové vytápění

Dálkové vytápění je takové, kdy se z velkého zdroje tepla vytápí větší počet budov. Zdroj tepla je přitom umístěn mimo tyto vytápěné budovy. Velikost zdroje tepla a soustava dálkového vytápění je závislá na rozsahu zásobovaného území a na množství tepla, které má dodávat. Princip dálkového vytápění je znázorněn na obr. 16.

Obr. 16 Princip dálkového vytápění

Soustava centrálního zásobování teplem sestává z několika samostatných celků:

Zásobování palivem – palivem může být uhlí, mazut, lehký topný olej (LTO) nebo zemní plyn. Z hlediska zásobování je nejvýhodnější zemní plyn, který nevyžaduje prostor pro uskladnění. Musí však mít správný tlak a čistotu, proto se budují regulační tlakové stanice. V nich se upraví tlak plynu na požadované parametry.

Zdroj tepla – teplo se získává spalováním paliva v kotlích. Mimo kotle sem můžeme zařadit další technická zařízení sloužící k předávání tepla do teplonosné látky (vody nebo páry).

Rozvod tepla – patří sem rozvody potrubí a úpravny parametrů. Rozvody jsou tvořeny primární a sekundární částí sítě. Primární část sítě je mezi zdrojem a úpravnou parametrů, sekundární část sítě mezi úpravnou parametrů a odběratelem. V úpravně parametrů dochází k úpravě parametrů nebo druhu použité teplonosné látky.

Odběr tepla – tento pojem zahrnuje otopnou soustavu umístěnou ve vytápěné budově (obvykle ústřední vytápění) a úpravu parametrů teplonosné látky v místech spotřeby tepla. 

3.1. Tepelné zdroje pro dálkové vytápění

Zdroj tepla je zařízení, v němž se teplo vyrábí. Toto teplo je v místě výroby předáváno teplonosné látce. Pro dálkové vytápění se používají jako tepelné zdroje nejčastěji kotle spalující uhlí nebo zemní plyn. Na zdroje tepla jsou kladeny náročné požadavky pro zajištění jejich hospodárného a hlavně bezpečného provozu. Jedná se především o:

• spolehlivost a bezpečnost
• investiční a provozní náklady
• energetickou účinnost
• vhodnost umístění
• hygienu provozu a ekologii

Výrobny tepla se rozdělují podle několika různých hledisek. Nejdůležitější jsou rozdělení:

Podle účelu – rozlišujeme výrobny určené pouze pro výrobu tepla (výtopny) a výrobny  pro kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie (teplárny).

Podle výkonu – rozlišujeme výrobny malé (do 200 kW), střední (200 kW-5 MW) a velké (nad 5 MW).

Podle umístění – rozlišujeme výrobny stabilní (nepřemístitelné) a výrobny mobilní (s možností přemístění).

K nejčastěji používaným výrobnám tepla pro dálkové vytápění patří blokové kotelny, horkovodní výtopny a teplárny.

Bloková kotelna (obr. 17) – slouží pro výrobu tepla k vytápění a ohřev teplé vody. Nevyrábí se v ní elektrická energie. Tvoří základní, nejnižší, stupeň dálkového vytápění. Blokové kotelny dodávají teplo pro několik velkých objektů. Budují se v těsné blízkosti vytápěných objektů. V blokové kotelně jsou umístěny kotle, rozdělovače, sběrače, čerpadla, pojišťovací zařízení, měřící přístroje, úpravna vody a další zařízení. V blokových kotelnách bývají zpravidla osazeny 2-3 kotle. Teplonosnou látkou bývá zpravidla teplá voda.

Obr. 17 Schéma blokové kotelny

Horkovodní výtopna (obr. 18) – je centrální zdroj tepla určený pro vytápění více budov.

Obr. 18 Schéma horkovodní výtopny

Rozlišujeme výtopny s malými zdroji tepla (do výkonu 200 kW), výtopny se středně velkými zdroji tepla (do 5 MW) a výtopny velké (nad 5 MW). Uspořádáním je horkovodní výtopna značně podobná blokové kotelně, slouží pro výrobu tepla k vytápění a ohřev teplé vody. Její  provoz je plně automatický.Teplonosnou látkou je horká voda.

Teplárna – je průmyslový závod, který se zabývá výrobou tepelné energie pro technologické účely, otop a výrobu páry či horké užitkové vody. Dále se v takovém závodě většinou kombinovaně vyrábí i elektrická energie a je poskytováno know-how při řešení zásobování teplem. Zdrojem tepla v podmínkách České republiky je většinou hnědé uhlí, černé uhlí, zemní plyn nebo mazut, méně pak biomasa či geotermální energie.

3.2. Úpravny parametrů

Ve výrobnách tepla  se vyrábí teplonosná látka - pára nebo horká voda, popřípadě teplá voda. Tyto teplonosné látky nemají požadované parametry pro hospodárné vytápění, proto se musí v úpravnách parametrů měnit jejich teplota, popřípadě i jejich tlak. Teplo teplonosné látky přichází z primárního okruhu tepelné sítě do okruhu sekundárního. Teplonosnou látkou v sekundárním okruhu je obvykle teplá voda s tepelným spádem dle potřeby daného objektu.

Úpravny parametrů se rozdělují:

Podle teplonosné látky v primárním a sekundárním okruhu rozlišujeme čtyři základní kombinace: pára-pára, pára-voda, voda-voda nebo voda-pára. Úpravny parametrů pára-pára a voda-pára se zřizují pouze zřídka, zpravidla podle specifických požadavků zákazníka. V současné době patří k nejběžnějším úpravnám parametrů varianta horká voda-teplá voda.
Podle tlaku mezi primární a sekundární teplonosnou látkou – jsou dvě možnosti připojení – připojení tlakově závislé (přímé)  nebo připojení tlakově nezávislé (nepřímé).

Připojení tlakově závislé (obr. 19) je přes armatury, pojišťovací zařízení a rozdělovač + sběrač tepla. Přímé úpravny parametrů používají k úpravě teploty vody například ejektory nebo směšovací čerpadla.
Připojení tlakově nezávislé se provádí přes teplosměnnou plochu výměníku tepla (obr. 20) . Je častější než připojení přímé.

Obr. 19 Schéma ejektorové úpravny parametrů

Obr. 20 Válcový výměník tepla

Podle použité regulace – máme úpravny s regulací ruční, úpravny s přímočinnou regulací na stálou teplotu, s elektrickou regulací na stálou teplotu, s elektronickou čidlovou regulací ekvitermní, úpravny s programovou ekvitermní regulací nebo se speciální regulací s monitorováním. S ohledem na pořizovací a provozní náklady se k nejpoužívanějším způsobům regulace řadí ekvitermní elektronická regulace a regulace programová.

Podle určení použití – rozlišujeme úpravny pro přípravu vody k topení, pro přípravu teplé vody, pro výrobu a technologické použití nebo úpravny pro kombinované použití.

3.3. Teplonosné látky v dálkovém vytápění

Teplonosná látka je látka, která slouží k přenášení a předávání tepla. U dálkového vytápění je v primárním okruhu teplonosnou látkou pára nebo horká voda. V sekundárním okruhu topné sítě je to zpravidla teplá voda.

Pára – pro dálkové vytápění se v potrubí primárního kruhu (od zdroje tepla do předávací stanice) používá pára, ale její využití je vázáno na její tlak. Pro dálkovou dopravu tepla se používá pára vysokotlaká (zpravidla 0,6 MPa až 1,5 MPa). Se zvyšujícím se tlakem se snižuje potřebný průměr potrubí, ale potrubí je více namáháno, více ohroženo korozí a dochází k větším tepelným ztrátám. Pára jako teplonosná látka pro rozvod tepla je vhodná tehdy, pokud se nachází blízko meze sytosti.

Voda – v primárním okruhu dálkového vytápění se používá horká voda, tj. voda, jejíž teplota je vyšší než 110 °C. Aby mohla mít voda teplotu vyšší než 100 °C, musí být v uzavřeném okruhu pod tlakem. Velikost tlaku musí odpovídat její teplotě. Tepelné spády u horké vody se pohybují v rozmezích 115/70 až 150/70. Teplá voda, tj.voda s teplotou do 110 °C, se používá v sekundárních rozvodech a má tepelné spády v závislosti na druhu budovy a způsobu vytápění. 

3.4. Připojení budov na dálkové vytápění

Připojení spotřebitelů na potrubí dálkového rozvodu tepla může být provedeno jako tlakově závislé nebo jako tlakově nezávislé.

Tlakově závislé – propojení tepelné sítě (primárního vedení) a spotřebitelské soustavy (sekundárního vedení) je propojením přímým. Tlakové změny z primárního vedení se přenášejí do vytápěcího okruhu. Propojení obou částí sítě může být provedeno buď beze změny parametrů teplonosné látky nebo se změnou parametrů teplonosné látky. Změny parametrů se provádějí u parních sítí snížením tlaku páry a u vodních sítí snížením teploty vody. Příklady tlakově závislého připojení jsou na obr. 21–23.

Obr. 21 Princip tlakově závislého připojení na primární okruh parní sítě

Obr. 22 Tlakově závislé připojení na vodní síť

Obr. 23 Tlakově závislé připojení na síť směšováním

Tlakově nezávislé – spotřebitelský okruh (sekundární síť) je od tepelného okruhu (primární síť) oddělen výměníkem tepla. Rovněž tlakově nezávislé připojení spotřebitelů může být provedeno na parní nebo horkovodní síť. Příklady tlakově nezávislého připojení jsou zobrazeny na obr. 24 a obr. 25.

obr. 24 Tlakově nezávislý sekundární okruh připojený na parní primární okruh

obr. 25 Tlakově nezávislý sekundární okruh připojený na horkovodní primární okruh

3.5. Regulace sítí

Předpokladem hospodárného provozu celé vytápěcí soustavy dálkové dopravy tepla je dobrá regulace. Jedná se o rozsáhlý systém, který se dá regulovat ve všech částech soustavy.

Rozlišujeme několik druhů a způsobů regulace:

Regulace podle úpravy parametrů – regulace kvalitativní (upravuje se teplota a tlak teplonosné látky) a regulace kvantitativní (upravuje se množství dodávané teplonosné látky)

Regulace podle závislosti na zdroji tepla – regulace přímá (reguluje se přímo ve zdroji tepla) a regulace nepřímá (teplota vody ve vytápěcí soustavě se reguluje odděleně od zdroje tepla)

Regulace podle závislosti regulátorů na energii – přímočinná (funguje bez potřeby dodávání vnější energie) a regulace s pomocnou energií

Regulace podle teploty vzduchu se kterou regulační zařízení pracuje – regulace podle venkovní teploty (tzv. ekvitermní regulace) nebo regulace podle vnitřní teploty ve vytápěných místnostech.
K součástem regulační techniky patří regulátory, armatury, servomotor, měřící a signalizační technika a potřebné příslušenství. K nejčastěji používaným regulačním armaturám patří regulační ventily nebo směšovací ventily, z měřících přístrojů se nejčastěji setkáváme s teploměry nebo tlakoměry.

4. Centralizované zásobování teplem (CZT)

Centralizované zásobování teplem v sobě zahrnuje dálkovou dodávku tepla pro vytápění, teplé vody, výrobu nebo technologické účely apod. Výroba, dodávka a spotřeba tepla dodávaného CZT je podobná jako u dálkového vytápění.
Soustavy CZT zahrnují jeden nebo více vzájemně propojených centrálních zdrojů o tepelném výkonu větším než 5 MW. Primární rozvod je realizován dálkovým potrubím dopravujícím teplonosnou látku o vyšších parametrech a končí ve úpravně parametrů. Sekundární rozvod začíná v úpravně parametrů  a končí u spotřebitelů – rozvod topné vody do otopných těles, teplá voda k zařizovacím předmětům, rozvod vody o vyšší teplotě pro výrobní a technologické účely apod.
Schéma centralizovaného zásobování teplem zobrazuje obr. 26. Pro zjednodušení zde nejsou zakreslena zabezpečovací zařízení, regulace a další vybavení, bez kterého se soustava neobejde.

Obr. 26 Schéma CZT

Teplo vyrobené ve zdroji tepla (blokové kotelně, horkovodní výtopně, teplárně) se vede dálkovým potrubím do úpravny parametrů tepla. Podle rozsáhlosti soustavy to může být do několika úpraven parametrů velkých (blokových) a z nich pak ještě do malých domovních nebo bytových úpraven. U CZT jsou v nezávislých úpravnách parametrů běžně umístěny dva druhy výměníků tepla. V jednom se připravuje teplá voda o konstantní teplotě (zpravidla 55 °C) a ve druhém výměníku se připravuje topná voda, jejíž teplota se mění podle potřeby (běžně v závislosti na venkovní teplotě).
Význam CZT spočívá hlavně v jeho hospodárnosti, možnosti využít méněhodnotná paliva nebo v ekologickém provozu zdrojů tepla.

5. Obnovitelné a netradiční zdroje tepla

Obnovitelné přírodní zdroje jsou nevyčerpatelnou zásobárnou tepla. Jejich efektivní využití ale umožnily až moderní technologie. Perspektivní je zejména biomasa, slunce a teplo ukryté v zemi, vodě a vzduchu. V otopné soustavě bytů a domů se uplatní především kotle na dřevo a biomasu, sluneční kolektory a tepelná čerpadla. Topit lze i elektřinou vyrobenou ve vodních a větrných elektrárnách, biomasu mohou využívat také centrální kotelny.

5.1. Biomasa

Biomasa je téměř jakákoli hmota organického původu, ať už rostlinného či živočišného. V kontextu s energetickými zdroji se většinou jedná o dřevní odpad, slámu a další zemědělské zbytky a odpad, ale i exkrementy užitkových zvířat.
Zřejmě nejdůležitějším obnovitelným zdrojem je dřevo a biomasa. Zvláštním druhem je dřevní štěpka, získaná drcením odpadního dřeva, nebo krátké kusové dřevo, vyrobené drtičem větví přímo v lese. Stále oblíbenější jsou pelety a brikety.

Pelety (obr. 27) - jsou granule získané vysokotlakým lisováním dřevního odpadu. Tím se rozumí nejen nejčastěji používané piliny, ale například i sláma nebo třeba šťovík. Protože se jedná o nenákladný a obnovitelný zdroj energie, obecně se pelety považují za palivo budoucnosti.Hodně diskutovaným palivem je odpadní obilí a kukuřice, ale v praxi se osvědčuje.

Obr. 27 Pelety

Dřevem a biomasou lze dobře topit i v klasickém kotli, ale ekologicky nejvhodnější jsou zplyňovací a automatické kotle. Předností zplyňovacích kotlů je komfortní obsluha a účinnost 81 až 89 procent v regulačním rozsahu zhruba 30 až 100 procent výkonu, což přináší značnou úsporu paliva. Do ovzduší přitom uniká jen málo škodlivých zplodin. Automatické kotle (obr. 28) mají automatizovaný přísun paliva pomocí šnekového podávacího zařízení ze zásobníku. Spalují především pelety ze dřeva, z energetických plodin a slámy, ale také odpadní obílí. U některých typů lze speciální hořáky vyjmout, nahradit víkem a topit klasicky, kusovým dřevem. Provoz je řízen regulátorem, který v nastaveném režimu ovládá podávací dopravník, ventilátor a čerpadlo otopného média. Pro obsluhu to znamená téměř stejný komfort, jako u plynového či olejového kotle. Účinnost automatických kotlů je zhruba 80 až 85 procent.

Obr. 28 Kotel na spalování biomasy

5.2. Energie slunečního záření

Podmínky pro využití sluneční energie jsou na území České republiky poměrně dobré. Slunečního záření lze využít přímo prostřednictvím solárního tepelného kolektoru, nebo přeměnou na elektrickou energii ve fotovoltaickém článku.
Hlavní částí solární otopné soustavy je solární kolektor, který absorbuje tepelnou energii slunečních paprsků, ohřívá teplonosné médium v kolektorovém okruhu a to ji pak předává do otopné soustavy. Kolektor může být konstruován jako plochý či trubicový, médiem je buď kapalina, nebo vzduch (teplovzdušný kolektor). Instaluje se do přenosného rámu, nebo přímo do konstrukce střechy nebo fasády. Může být i součástí střešního okna: tzv. lineární Fresnelova čočka soustřeďuje sluneční záření na absorbér, takže prostor pod kolektorem je osvětlen, ale nepřehřívá se. Absorpční plocha běžných kolektorů je asi 1 až 2,5 m², maximální účinnost (sluneční absorptivita) až 90 procent, průměrná účinnost během celého roku až 70 procent. Nejvyšší účinnost, hlavně v zimním období, mají vakuové kolektory.

V našich přírodních podmínkách slouží solární systémy především pro ohřev pitné vody (viz. kapitola Příprava teplé vody), kde může nahradit 50 až 80 procent roční spotřeby klasické energie. Pro zapojení do otopné soustavy se většinou používá dvouokruhový systém, kde kolektorový okruh ohřívá vodu v akumulačním zásobníku (výměníku), který je pak přímo napojen na otopná tělesa. Zásobník je obvykle vybaven ještě ohřevem z tradičního zdroje, například elektrickým topným tělesem (bivalentní zásobník) nebo elektrickým tělesem a výměníkem z kotle na pevná nebo plynná paliva (trivalentní zásobník). Multivalentní zásobníky mohou být napojeny na různé typy kotlů a na tepelné čerpadlo. Trendem v zapojení kolektoru do ústředního vytápění je integrace ovládání solárního okruhu a dalšího zdroje (kotle). Významným prvkem tohoto systému je akumulační zásobník, schopný tzv. stratifikace, tj. vrstvení vody s různou teplotou. Regulátor řídí otáčky oběhového čerpadla solárního okruhu v závislosti na rozdílu teplot mezi výstupem z kolektoru a zásobníkem a současně spolupracuje s digitální regulací hlavního zdroje, například plynového kotle.

5.3. Tepelná čerpadla

Tepelné čerpadlo podstatnou část energie čerpá z okolního prostředí. Při jeho provozu platíme pouze elektrickou energii, která pohání jeho motor. Princip přenosu energie (obr. 29) je vcelku jednoduchý a je založený na pochodech spojených se změnou skupenství v závislosti na tlaku chladiva (přenosového média).

Obr. 29 Princip provozu tepelného čerpadla

Teplo z okolního prostředí (tzn. z venkovního vzduchu o teplotě -20 ÷ +30 °C případně ze zemních vrtů nebo zemního kolektoru o teplotě okolo 0 °C) je přivedeno do výparníku. Zde se jeho chladivo o nízkém pracovním tlaku ohřeje. Páry chladiva jsou nasáty do kompresoru a stlačeny. Změnou tlaku vzroste silně teplota chladiva. Horké stlačené páry chladiva jsou přivedeny do kondenzátoru, kde předají teplo topné soustavě a zkapalní. Cyklus končí na expanzním ventilu, kde zchlazené kapalné médium prudce sníží tlak a tím se silně ochladí. A může zpět do výparníku převzít teplo z okolního prostředí.
U tepelného čerpadla je důležitým ukazatelem topný faktor. Je to je koeficient, který říká, kolikrát méně spotřebujeme elektrické energie pro motor tepelného čerpadla než čerpadlo dodá pro vytápění domu. Podle provedení čerpadla a provozních podmínek se průměrně pohybuje mezi 2 až 5, tj. z 1 kWh odebrané z elektrické sítě vytvoříme 2–5 kWh tepla pro dům. Topný faktor závisí na vstupní a výstupní teplotě, typu kompresoru a dalších faktorech. Důležité také je, aby byla započítána spotřeba energie oběhových čerpadel nutných pro provoz tepelného čerpadla.
Zdrojem tepla pro provoz tepelného čerpadla může být vzduch, země nebo voda (obr. 30).

Obr. 30 Zdroje tepla pro tepelné čerpadlo

Vzduch – obsahuje tepla poměrně málo, proto TČ používající za zdroj tepla vzduch je nutný výkonný ventilátor. Ten je zdrojem zvýšené hladiny hluku a je třeba zvolit vhodné místo pro venkovní jednotku, aby nerušila obyvatele objektu. Také při nízkých teplotách se tvoří na výparníku námraza, kterou je nutné odstranit. TČ by odstranění námrazy měla zvládnout automaticky ovšem energie k tomu potřebná zhoršuje topný faktor. Podle toho, jaké teplonosné látce se teplo předává, rozlišujeme dvě varianty tepelných čerpadel: vzduch-vzduch nebo vzduch-voda.

Vzduch-vzduch - TČ odebírá teplo z venkovního vzduchu bez omezení venkovní teplotou a předává teplo vzduchu uvnitř objektu. Tento systém se hodí pro přitápění v domech nebo bytech vytápěných přímotopy, temperace chat, vytápění a klimatizace zimních zahrad. Výhoda je nízká vstupní cena, možnost klimatizace v létě, čištění vzduchu. Při nižších teplotách je nutné zapnout další bivalentní zdroj.

Vzduch-voda - TČ odebírá teplo z venkovního vzduchu do teplot až -10 °C. Tepelným čerpadlem je ohřívána topná voda až na 55 °C. vhodné na vytápění rodinného domu, ohřev teplé vody, ohřev vody v bazénu. Výhodou je nižší pořizovací cena, rychlá a levná instalace.

Země - odebírat teplo pro provoz tepelného čerpadla ze země je poměrně rozšířené. Používají se dva typy tepelných čerpadel s tímto tepelným zdrojem:

Země-voda (zemní kolektor) - polyethylenové potrubí plněné nemrznoucím médiem se uloží do výkopu v nezámrzné hloubce poblíž vytápěného objektu. Trubky se pokládají na souvislou plochu nejblíže však 0,6 m od sebe. Velikost plochy je asi trojnásobek vytápěné plochy. Používají se i jiné systémy výkopů například potrubí ve tvaru smyček do hlubokých rýh. Tímto způsobem lze vytápět a ohřívat teplou vodu v objektech všech velikostí.

Země-voda (hlubinné vrty) - využívá teplo hornin v podloží. Jedná se o rozšířený způsob. Vrty hluboké až 120 m nejméně 10 m od sebe se vrtají v blízkosti objektu. Na 1 kW výkonu TČ je potřeba 12–18 m hloubky vrtu podle geologických podmínek. Výhodou je stabilní teplota zdroje tepla z vrtu (cca 8 °C), vysoký topný faktor a možnost instalovat téměř ve většině lokalit ČR. Nevýhodou je vysoká pořizovací cena. Je taky vhodné zajistit si hydrologický průzkum, aby nedošlo k narušení hydrologických poměrů.

Voda - zdrojem tepla u těchto typů tepelných čerpadel je voda. Také zde máme dvě základní varianty provedení:
Povrchová voda-voda - zde se využívá vody v řece či rybníku pomocí výměníku umístěným přímo ve vodě nebo zapuštěným v břehu. Vždy se umisťuje tak, aby nedošlo k promrznutí. Teoreticky lze přivádět vodu přímo k TČ a vypouštět ji zpět, v praxi je to však spojeno nejen s technickými, ale i administrativními překážkami. Pro rodinný dům rodinný dům je potřebná plocha 150 až 350 m². Výhodou jsou nižší investiční náklady v porovnání s vrty a plošnými kolektory, vysoký topný faktor. Nevýhodou je potenciální riziko poškození potrubí v případě povodně, výlovu nebo jiné pohromy.

Podpovrchová voda-voda - tepelné čerpadlo odebírá teplo ze spodní vody. Spodní voda je vyčerpávána z jedné studny, v tepelném čerpadle je ochlazena a pak zavedena do druhé vsakovací studny. Podmínkou je geologicky vhodné podloží umožňující čerpání i vsakování vody. Výhodou je nižší pořizovací cena v porovnání s vrty, velmi vysoký topný faktor. Nevýhodou je, že spodní voda musí mít teplotu min. 7 °C a musí vyhovět její chemický rozbor. Větší riziko poruch, nutnost instalace a čištění filtrů.

Tepelná čerpadla je dlouhodobým a trvalým řešením, které přináší dlouhodobé úspory. Používá se velice jednoduše a nepotřebuje mnoho místa, obvykle zabírá méně než půl metru čtverečního podlahové plochy. Výhodou je, že tepelným čerpadlem můžeme nejen vytápět, ale i chladit. 

5.4. Využití bioplynu

Bioplyn je hořlavý plyn, který se vyrábí z odpadu některých zemědělských, potravinářských a jiných provozů nebo z biomasy rostlinného původu. Skládá se zejména z metanu (CH₄) a oxidu uhličitého (CO₂). Výroba bioplynu je možná z různých zdrojů, nejvýhodnější je jeho získávání z materiálů, které jsou označeny jako odpad. Jeho likvidací se zlepší životní prostředí a využije energetická hodnota materiálu. K takovým odpadům patří např. komunální odpad, kal v čistírnách odpadních vod nebo výkaly zvířat v zemědělských provozech.

Samotná výroba bioplynu se uskutečňuje v bioplynových stanicích (BPS), jejichž výstavbu dnes nabízí celá řada firem. Většinou se jedná o odzkoušené technologie ze sousedních států, kde již mají s výrobou bioplynu dlouholeté zkušenosti. Vlastní metanizační proces probíhá v anaerobních reaktorech (uzavřené velkoobjemové nádoby) různých tvarů, velikostí a způsobu míchání. Vzniklý plyn je jímán a lze jej efektivně využít k výrobě elektrické energie a tepla v kogeneračních jednotkách, kdy slouží k pohonu spalovacích motorů spojených s agregátem na výrobu elektrické energie. Odpadní teplo z chlazení motoru a spalin se využívá zpětně k ohřevu anaerobních reaktorů či k výrobě teplé vody, vytápění, sušení apod. Elektřina je pak opět využita buď pro vlastní spotřebu, anebo je dodána do sítě centrálního dodavatele za výkupní cenu.

5.5. Využití odpadového tepla

V průmyslových podnicích, opravárenských provozech, službách apod. může vznikat například prací strojů větší množství tepla. Toto tzv.odpadové teplo se může využít pro vytápění několika způsoby. Nejznámějším způsobem je rekuperace odpadního tepla.

Rekuperace - neboli zpětné získávání tepla je děj, při němž se přiváděný vzduch do budovy předehřívá teplým odpadním vzduchem (obr. 31). Teplý vzduch není tedy bez užitku odveden otevřeným oknem ven, ale v rekuperačním výměníku odevzdá většinu svého tepla přiváděnému vzduchu. Rekuperace tepla je prováděna tepelným rekuperačním výměníkem. Tento výměník je většinou deskový nebo lamelový. Teplo, které v sobě obsahuje odpadní vzduch, který odchází z objektu ven, je v tepelném výměníku předáváno novému, čistému vzduchu zvenčí. Součástí je tedy nezbytně ventilátor, vzduchové filtry a ovládají prvky.

Obr. 31 Princip rekuperace

Základním kritériem hodnocení rekuperačních jednotek je jejich účinnost. V praxi se účinnost rekuperačních jednotek pohybuje mezi 60 a 90 %. Rekuperační systémy se zpravidla nevyplatí instalovat ve starých budovách, kde nelze zajistit těsnost obvodového pláště a zamezit tak úniku teplého vzduchu jinými cestami než větráním. Nejvhodnějším místem pro jejich použití jsou proto nové nízkoenergetické nebo pasivní domy nebo byty, kde se do rekuperačního systému umisťuje topné těleso, které s malým výkonem (a náklady) dokáže vytápět dům, který pak již nepotřebuje další topný systém.
Jinou možností využití odpadního tepla je, že se teplý, ale zkažený vzduch pročistí od prachu a jiných nečistot a takto přečištěný se vrací zpět do místnosti. Zařízení, která se k tomuto účelu používají, nazýváme  čističe vzduchu.

6. Větrání a vytápění teplým vzduchem

Větráním se zajišťuje výměna vzduchu v určených prostorech. Větrání je téměř vždy spojováno s ohřevem vzduchu, protože prostou výměnou vzduchu by v chladnějším období mohlo dojít k nežádoucímu ochlazování místnosti. Úkolem větrání je přispět k vytvoření pohody prostředí. Pohoda prostředí je takový stav, který umožňuje zdravotně nezávadný život a práci člověka s co největším výkonem. Vnitřní prostředí v budovách je vytvářeno mnoho složkami. Mezi zásadní patří tepelně vlhkostní, odérová, aerosolová, mikrobiální a akustická složka. Zásadní vliv na člověka mají tepelně vlhkostní parametry obytné místnosti. Z hlediska dopadu na lidské zdraví se zdá, že nejdůležitějším faktorem je kvalita vzduchu. Většinu těchto složek prostředí ovlivňujeme větráním.

6.1. Rozdělení větracích systémů a základní pojmy

Podle toho, zda hnací silou pro pohyb vzduchu pro větrání jsou síly přírodní (vztlakové), popsané fyzikálním zákonem, nebo ventilátor, který je poháněn motorem, rozdělujeme větrání na přirozené a nucené.

Základním výkonovým parametrem vzduchotechnického zařízení je vzduchový výkon (též objemové množství nebo objemový průtok vzduchu) v jednotkách m³/h, nebo m³/s. Nejčastějším parametrem větrání místnosti je výměna vzduchu, která určuje, kolikrát za hodinu se vzduch v místnosti nahradí (vymění) čerstvým vzduchem. Minimální hodnota (je vyžadována hygienickými předpisy a platí i pro bytové jednotky) je 0,5 (tj. v místnosti se plně vymění vzduch za 2 hodiny) a ve stavbách občanské vybavenosti, kde se shromažďuje větší počet osob, může nucené větrání dosáhnout 5-ti až 10-ti násobné výměny vzduchu.

Přirozené větrání – funguje na základě stejných fyzikálních zákonů, které způsobují pohyb vzduchu v atmosféře - vítr. Jejich znalost umožňovala zejména našim předkům navrhovat složité větrací soustavy, které byly využívány dokonce jako teplovzdušné vytápění. Různé průduchy a větrací šachty takového systému můžeme dodnes vidět na některých našich hradech. Přirozený pohyb vzduchu vzniká v důsledku působení gravitačních (vztlakových sil), vyvozených rozdílem hustot vzduchu venkovního a vnitřního a tlakovými rozdíly, vznikajícími při obtékání budovy větrem. Působením vztlakových sil vzniká v horní části budovy přetlak, v dolní podtlak (vůči atmosférickému tlaku). Vzhledem k tomu, že hustota vzduchu závisí na jeho teplotě a ta se ve venkovním prostředí během roku významně mění, mění se i průtok větracího vzduchu. Nejúčinnější je takový systém v zimě, kdy je velký rozdíl teplot mezi vnějším a vnitřním prostředím. Typickým prvkem přirozeného větrání v obytných budovách jsou větrací šachty a světlíky. Nejběžnější využití přirozeného větrání je infiltrace okenními spárami.

Nucené větrání – využívá k dopravě vzduchu ventilátor. Stěžejní výhodou těchto systémů je právě nezávislost na klimatických podmínkách, přesné nastavení průtoku vzduchu a také možnost vzduch filtrovat, ohřívat nebo chladit a dopravovat na libovolné místo. Vzduch se dopravuje potrubím a do prostoru přivádí přes koncové elementy, které mohou být různé konstrukce a mohou v místnosti navozovat různé obrazy proudění vzduchu. Odvod vzduchu je řešen obdobně, vzduch se v místnosti sbírá pomocí koncových elementů pro odvod vzduchu, které jsou potrubím spojeny s ventilátorem, který odpadní vzduch odvádí mimo budovu.

Zjednodušená varianta tohoto systému je podtlakové nucené větrání. Základním prvkem je ventilátor, který zajišťuje odvod vzduchu. V prostoru vzniká podtlak, množství vzduchu odebrané z místnosti tímto ventilátorem musí být nahrazeno vzduchem z okolních prostorů, který se přisaje netěsnostmi, příp. přes elementy k tomu vhodnými, jako jsou stěnové nebo dveřní mřížky.Podle toho, zda vzduchotechnické zařízení obsluhuje více místností (např. všechny koupelny v bytovém domě), nebo pouze jednu místnost, rozdělujeme soustavy na centrální a lokální.

Hybridní větrání –  představuje systém, ve kterém je kombinován účinek přirozených (vztlakových) sil se silou mechanickou (nucené větrání). Cílem této koncepce je systém, který poskytuje komfortní vnitřní prostředí s minimální spotřebou elektrické energie. Základní filozofií hybridního větrání je udržet uspokojivé vnitřní prostředí střídáním a kombinací obou režimů (přirozeného a nuceného) tak, aby to nebylo na úkor spotřeby energie. To znamená použít přesně definované množství vzduchu v letním a zimním období, použití elektrické energie pouze, pokud je to nezbytné a elektrickou energii dodávat pokud možno z obnovitelných zdrojů. Nezbytnou součástí je tedy řídicí systém, který na základě aktuálních hodnot směrodatných veličin nastavuje provozní režim systému. Z hlediska kvality obytného prostředí je podstatnou veličinou koncentrace CO₂.

6.2. Kombinace větrání s vytápěním

Nejprve je třeba uvědomit si rozdíl mezi teplovzdušným větráním a teplovzdušným vytápěním:

teplovzdušné větrání - do místnosti či celého objektu se přivádí minimálně množství čerstvého vzduchu dané doporučenou intenzitou výměny vzduchu I (m³/hod) a o stejné teplotě jako je teplota vnitřní t_i. Tepelné ztráty Q_ztr hradí jiný systém, nejčastěji otopná soustava s otopnými tělesy nebo podlahová otopná soustava.

teplovzdušné vytápění - do místnosti či celého objektu se přivádí minimálně množství čerstvého vzduchu dané doporučenou intenzitou výměny vzduchu I (m³/hod). Teplota přiváděného vzduchu t_p je o tolik vyšší, aby bylo zajištěno také krytí tepelných ztrát (čím menší bude hodnota potřebné energie kWh/m².rok, tím bude menší potřebný teplotní rozdíl).
Teplovzdušné otopné soustavy (obr. 32) se rozlišují podle několika základních kriterií:

Obr. 32 Příklad teplovzdušného vytápění podlahovým konvektorem

Podle způsobu oběhu vzduchu – mohou být se samočinným oběhem vzduchu nebo s nuceným oběhem vzduchu (pomocí ventilátoru).

Podle umístění zdroje tepla pro ohřev vzduchu – rozlišujeme soupravy lokální (každá má vlastní zdroj tepla) a soupravy centrální (z jednoho zdroje se rozvádí ohřátý vzduch na více míst).

Podle způsobu ohřevu vzduchu – jsou soupravy s přímým ohřevem a soupravy s nepřímým ohřevem (pomocí výměníků tepla).

Podle podílu čerstvého vzduchu – dělíme soustavy na cirkulační (vzduch se přivádí z vytápěné místnosti), soupravy s větráním (vzduch se přivádí z venkovního prostředí) a kombinované (vzduch pro ohřev je směsí vnitřního a venkovního vzduchu).

Podle využití tepla odváděného vzduchu – soupravy bez rekuperace (nevyužívají odváděné teplo) a soupravy s rekuperací (využívají odpadní teplo).

Pro teplovzdušné vytápění je k dispozici velké množství různých zdrojů tepla a způsobů rozvodu tepla. Mohou to být vzduchotechnické jednotky, teplovzdušné podlahové vytápěcí soustavy, teplovzdušné podokenní, nástěnné nebo podstropní  vytápěcí soustavy, popřípadě vzduchové clony.

Teplovzdušné soustavy mohou být mobilní s možností přemístění nebo pevně zabudované.

7. Klimatizace

Klimatizací se rozumí úprava vzduchu na požadované vlastnosti. Úprava teploty a vlhkosti vzduchu a větrání patří k historicky nejsledovanějším parametrům prostředí, které ovlivňují bezprostředně fyzický i psychický stav člověka i funkci technologií. Počátky klimatizace, založené na přirozených principech proudění, přenosu tepla a vlhkosti, nalezneme již v minulosti. Klimatizační technika v průběhu minulého století až do dnešní doby prodělala výrazný rozvoj jak v oblasti metod úpravy vzduchu, tak v konstrukci prvků a systémů. V zásadě se klimatizace zaměřuje na dvě cílové skupiny: na osoby a na technologie.

Klimatizace pro osoby (komfortní klimatizace) – upravuje dvě hlavní veličiny tepelného a vlhkostního stavu ovzduší - teplotu vzduchu a relativní vlhkost vzduchu a je vždy spojena s větráním. Protože tepelná pohoda osob záleží nejen na těchto dvou veličinách, ale i na teplotě stěn místností - byla v současné době pro hodnocení tepelného stavu prostředí pro osoby zavedena další veličina (kterou lze v prostředí měřit a která, kromě teploty vzduchu, zahrnuje i teplotu stěn) - operativní teplota. Operativní teplota v prostředí pro pobyt osob se zpravidla významně neliší od teploty vzduchu (rozdíly jsou 1 až 2K, v zimě je operativní teplota nižší, v létě vyšší než teplota vzduchu).
Nedílnou součástí komfortní klimatizace je větrání - přívod čerstvého venkovního vzduchu do vnitřního prostředí. Přívod (upraveného, filtrovaného) venkovního vzduchu má být vždy součástí klimatizačního systému, jen ve výjimečných případech lze připustit větrání přirozené okny.

Klimatizace pro technologii upravuje zpravidla teplotu a relativní vlhkost vzduchu na konstantní parametry celoročně a to často ve velmi úzkém tolerančním pásmu (teplota vzduchu ± 1K, relativní vlhkost ± 5 %). U technologických zařízení bývá častým požadavkem (kromě úpravy teploty a vlhkosti vzduchu) i vysoká čistota vnitřního vzduchu; zvláště přísné limitní koncentrace, i velmi jemných (< 1 μm) tuhých částic, nesmí být překročeny v "čistých" místnostech (např. pro mikroelektroniku, farmacii, biotechnologie, medicínu). Nároky na přívod venkovního vzduchu u technologických zařízení jsou dány počtem osob, nebo požadavkem na vyváženou vzduchovou bilanci - průtok odpadního, znečištěného vzduchu je třeba nahrazovat přívodem upraveného venkovního vzduchu.

Z hlediska tepelného je úkolem klimatizace v zimě dodávat teplo ke krytí tepelných ztrát (toku tepla stěnami z vnitřního prostoru do venkovního), v létě zajistit odvod tepelné zátěže (venkovní zátěže sluneční radiací i konvekcí z venkovního vzduchu a vnitřní zátěže - produkce tepla od lidí, osvětlení, elektrických a elektronických zařízení aj.) v klimatizovaných místnostech.

Klimatizační systémy můžeme rozdělit v zásadě na dvě skupiny – jednozónové systémy a vícezónové systémy.
systémy jednozónové (divadla, kina, sportovní i průmyslové haly aj.) - vzduch se v klimatizační jednotce upravuje podle požadavků jediného prostoru.

systémy vícezónové (pro budovy s větším počtem místností - hotely, administrativní budovy aj.) - zdroje tepla, chladu a venkovního větracího vzduchu jsou ústřední a v jednotlivých místnostech se vzduch dohřívá/chladí na požadovanou teplotu ve vnitřních jednotkách. Vícezónové klimatizační systémy se třídí podle způsobu rozvodu tepelné energie (tepla/chladu) do vnitřních jednotek na vzduchové, vodní, kombinované nebo chladivové.

Vzduchové systémy - rozvádí tepelnou energii vzduchem, vzduchovody.

Vodní systémy - rozvádí tepelnou energii vodou potrubím pro topnou/chlazenou vodu.

Kombinované systémy (vzduch/voda) - rozvádí tepelnou energii jak vzduchem tak i vodou.

Chladivové systémy - rozvádí tepelnou energii chladivem, potrubím pro kapalné/plynné chladivo.
Z rozdílných tepelných vlastností přenosových látek pak vyplývá, že pro přenos stejného množství tepelné energie jsou nejmenší rozměry potrubí u systému chladivového, největší u systému vzduchového.
Typické, hlavní skupiny a podskupiny jednotlivých klimatizačních systémů jsou:


Vzduchové systémy :      

• jednokanálový systém s konstantním průtokem vzduchu
• jednokanálový systém s proměnným průtokem vzduchu
• dvoukanálový systém s konstantním průtokem vzduchu
• dvoukanálový systém s proměnným průtokem vzduchu

Vodní systémy :     

• systém s ventilátorovými konvektory (dvou, tří, čtyřtrubkový)
• systém s chladicími/otopnými plochami (např. stropy)

Kombinované systémy vzduch-voda:

• indukční systém (dvou, tří, čtyřtrubkový - pro rozvod vody, jednokanálový pro rozvod vzduchu)

Chladivové systémy:

• jednozónový systém (split) s konstantním průtokem chladiva
• vícezónový systém (multisplit) s konstantním průtokem chladiva
• vícezónový systém (multisplit) s proměnným průtokem chladiva

7.1. Klimatizační jednotky SPLIT

Nejběžnější komfortní klimatizační přístroje se používají v provedení SPLIT (obr. 33). Znamená to oddělení hlavních částí klimatizačního přístroje na část vnější (kompresor, kompresor,nádoba na kondenzát, náplň s chladivem, výměník, ochranná mřížka kondenzátoru a ventilátoru, montážní souprava, potrubí s náplní chladiva) a část vnitřní (ventilátor, výměník, filtr, montážní souprava, čerpadlo na kondenzát). Obě části jsou propojeny potrubím (obr. 34).

Obr. 33 Klimatizační splitová jednotka	Obr. 34 Části splitové klimatizační jednotky

Klimatizační jednotky SPLIT rozdělujeme do několika skupin:

• mini-split systémy s výkonem do 20kW (pro obytné prostory)
• split systémy s výkonem nad 20 kW (obchody, provozovny služeb)
• nástřešní jednotky s výkonem 10–150 kW (pro všeobecné využití)
• jednotky s přesnou regulací teploty a vlhkosti (obchody a služby)

Mini-split – systémy s výkonem 1–20 kW, které dodávají vzduch do místnosti o půdorysné ploše 15 až 200 m². Nejčastěji se používají systémy nástěnné, které se mohou dodávat v provedení jednoduchém (1 vnější část a 1 vnitřní část) nebo v provedení multi (1 vnější část a několik vnitřních částí. Dále máme ještě systémy stropní nebo parapetní. Většina stropních klimatizačních jednotek se dá zabudovat do podhledu a z vnitřních jednotek je pak vidět pouze mřížka pro vstup a výstup vzduchu. Parapetní jednotky se umísťují nejčastěji pod okna, ale lze je umístit i kdekoliv jinde v obytné místnosti či chodbě.