Tropický skleník - výpočet nákladů na vytápění a diskuze

[Tomáš Báborský]

Zdravím všechny Darwiniance!

Bohužel sekci technika jsem tu zatím nenašel tak to píšu sem.

Už několik let mám v hlavě plán tropického skleníku. Má představa je bez kompromisů. Zkrátka chci skleník, ve kterém bude možné pěstovat přes zimu i nížinné láčkovky a bude to skleník velkých rozměrů. Možná i 6 x 4 m nebo i více. Rád bych tu zahájil diskuzi na toto téma a myslím si, že pro některé by to mohlo být také inspirující.


Uvedení do problematiky:

Jako nejdůležitější vidím izolaci stěn, která je klíčová k zajištění nízkých finančních nákladů na vytápění. Prováděl jsem si kdysi výpočet, který se tu pokusím znovu nějak sepsat.

Základní rovnicí je prostup tepla přes stěnu a vypadá následovně: Q = (lambda)/d*S*(T1 - T2) = [W]...........lambda je součinitel tepelné vodivosti [W/(m*K)], d je tloušťka stěny [m], S je plocha stěny [m2], T1 a T2 jsou teploty vnitřní a vnější [K]. Úmyslně píšu teplotu s velkým T, neboť budeme teploty při jejich odečítání dosazovat v Kelvinech, abychom si nepletli znaménka u záporných teplot, protože nás vždy zajímá celkový rozdíl teplot od sebe a platí, že 0 °C = 273 K.

Rovnici si však trochu zjednodušíme, jelikož výrobci uvádí u materiálů ne součinitel tepelné vodivosti, ale symbol U - koeficient prostupu tepla [W/(m2*K)]. Pak lze výpočet provést jako: Q = U*S*(T1 - T2) = [W] Díky tomuto zjednodušení nám odpadla hodnota d - tloušťka stěny.

Pokud rovnici vynásobíme ještě časem, za který nám teplo přes stěnu prochází, tak dostaneme tepelné ztráty v [W*h] "watthodinách". Tomu pak logicky odpovídá nutný zdroj tepla, který dodává požadované unikající teplo.
Když se tedy na rovnici znovu podíváme, tak zjistíme, že na tepelné ztráty má vliv jak koeficient prostupu tepla U, tak i plocha S a rozdíl teplot T1 - T2. Rozdíl teplot T1 a T2 ovlivnit nemůžeme, ta si venku kolísá jak se jí zlíbí a pro výpočet se používají normy, které budou uvedeny dále. Plochu S ovlivnit můžeme, ale pokud chceme mít skleník o určitých rozměrech volně na zahradě, tak toho s ní také moc dělat nelze. Proto nám zbývá poslední součinitel a tím je U - koeficient prostupu tepla, který můžeme ovlivnit výběrem vhodného materiálu, ze kterého stěna bude zhotovena. Čím je koeficient prostupu tepla U menší, tím menší jsou tepelné ztráty a tím je materiál lepší.


Pro zjednodušení nebudeme uvažovat tepelné ztráty přes zem (dobře odizolováno např. polystyrenem) a konstrukci (také zaizolováno). Pokud bychom skleník uvažovali jako obyčejný kvádr s rozměry stěn a = 6 m, b = 4 m, c = 2 m, byl by výpočet následující:

První musíme spočítat celkovou plochu stěn S, které jsou v kontaktu s okolním chladným vzduchem. Zem nepočítáme, proto: 2*a*c+2*b*c+a*b = 2*6*2 + 2*4*2 + 6*4 = 64 [m2].
Pro U vybereme nejtlustší polykarbonát s nejnižším prostupem tepla, který se mi podařilo najít s koeficientem U = 1,1 [W/m2*K] (lze najít v technických listech vpravo níže) https://eshop.zenit.cz/komurkovy-polyka ... c/?c11=608
Co se teplot týče, tak musíme nahlédnout do norem. Počítá se s otopným obdobím, ve kterém se musí topit a také s teplotami, které průměrně přes zimu jsou a tyto údaje se odvíjí od lokality, ve které chceme skleník mít. Já mám poměrně výhodu, neboť bydlím v okrese Hodonín a pro něj jsou tyto hodnoty nejpříznivější snad z celé ČR. Podrobné vysvětlení a výpočet lze nalézt zde: https://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a- ... teple-vody
Ohřev vody nebudeme uvažovat, neboť skleník přes zimu větrat zřejmě moc nebudeme a pokud bude zem odizolovaná i proti vodě, nemělo by docházet ke ztrátám vody a tím by nebylo potřeba příliš zalévat studenou vodou, která by nám skleník ochlazovala.

Pokusím se však dle uvedených vzorců výpočet provést.
Dle uvedených stránek máme pro Hodonín následující parametry: délka topného období d = 215 dní, prům. venkovní výpočtová teplota te = -12 [°C], střední venkovní teplota během otopného období tes = 4,2 [°C], průměrná vnitřní výpočtová teplota tis = 20 [°C], tepelná ztráta objektu Qc = U*S*(Tis - Te) = 1,1*64*(293 - 261) = 2252,8 [W] = 2,2528 [kW].
Výpočet vytápěcích denostupňů: D = d*(Tis-Tes) = 215*(293-277,2) = 3397 K*dny

Celková roční spotřeba energie na vytápění: Qvyt = (24*Qc*D)/(Tis-Te) = (24*2252,8*3397)/(293-261) = 5 739 571,2 Wh/rok = 5,7 MWh/rok. Vyšlo nám větší číslo, neboť jsem nepočítal s těmi koeficienty, které autor na výše zmíněných stránkách uvádí.

Ufff. Výborně! Máme spočtenou roční spotřebu energie na vytápění, kterou nám skleník spotřebuje v dané oblasti. Nyní zbývá zvolit druh vytápění. Tady uvádím odkaz na šikovné stránky, kde je možno si vybrat druh topení a požadované množství energie, což nám dá orientační cenu
https://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a- ... uhu-paliva
nebo již aktualizovanou pokročilejší verzi, kde je třeba nastavit požadované parametry "domu" (skleníku) https://vytapeni.tzb-info.cz/tabulky-a- ... i-tzb-info

Výsledek není až tak hrozný a celkové náklady na vytápění takového skleníku na 20 °C v Hodoníně např. elektřinou činí cca 20.000 Kč.

Ps.: Pomocí úprav jsem odladil malé chybičky

[Tomáš Báborský]

V reakci na můj úvodní příspěvek bych rád podebatoval o možnostech materiálů, které by bylo možné použít jako izolační stěnu. Byl bych rád, kdyby to byl průhledný čirý materiál.

U toho polykarbonátu, se kterým jsem počítal je problém v tom, že má propustnost světla už jen 49 %. Z čehož plyne, že v zimě bude určitě nutné značné přisvětlování. Avšak to by nemuselo být úplně na škodu, protože by světlo sloužilo zároveň jako malý zdroj tepla. Naopak v létě by tento polykarbonát stínil, ale zase na druhou stranu by to asi nestačilo a dostávalo by se dovnitř velké teplo, ale to si nejsem nejsem jistý.

Jako zajímavá varianta mě napadla použít trojsklo, které má má přímo fantastický koeficient propustnosti tepla U = 0,5 W/m2*K viz https://www.slavona.cz/prakticke-inform ... jskla.html
Akorát se obávám, že by to byla velmi drahá investice a stejně bych asi raději na povrch tohoto skla dal alespoň jednokomůrkový polykarbonát, kvůli ochraně před kroupami a případnými vandaly. Nicméně propustnost světla by byla skvělá a nemuselo by se tolik přisvětlovat. V létě by však bylo třeba skleník zvenku zakrývat a větrat.

Výhodou trojskla by byly poloviční náklady na vytápění

Znáte ještě něco jiného?

[Termiter]

Klobouk dolů před touhle úvahou. Pěkně rozehrané. :c)
Mám dotaz na tvar toho skleníku. Kvádr to jistě nebude. Takže celková plocha bude jiná a významně ovlivní výpočet.
V neposlední řadě tvar ovlivní i možné materiály. Taky je třeba uvažovat o správném sklonu kvůli samočištení povrchu.
A ještě mě napadá orientace na slunce, tedy projekční plocha slunce, která bude v zimě snižovat náklady na topení a v létě přehřívat skleník.

[Tomáš Báborský]

Děkuji!

Ano, kvádr to jistě nebude, bylo to schválně zjednodušeno pro čtenáře, aby chápali co se jak počítá Větší plocha samozřejmě způsobí větší ztráty tepla, ale z rovnice jde vidět, že úměrným způsobem. Myslím, že 2x větší plocha = 2x větší náklady na vytápění, ale musel bych to znovu propočítat. Ale to budu dělat až při vážných návrzích, nebo pokud by to tu někoho zajímalo

No co se tvaru a materiálu týče, tak to zatím nevím, ale rád bych se pokusil skleník postavit z jednotlivě nakupovaných materiálů. Rád bych to postavil z trojskla, ale musím zjistit, zda se to vůbec vyrábí pro takové účely a kolik by to stálo. Co se nosné konstrukce týče, tak by se muselo spočítat, zda unese těžké trojsklo. Dále potom uchycení skla a utěsnění, včetně otevíratelných oken - to by mělo být vyřešeno automatickým otevíráním, které by se řídilo zatím nevím čím Ano se samočištěním by se mělo nějak počítat a hlavně s pokrývkou sněhu, pokud by hodně sněžilo.

Orientace na slunce. Bylo by dobré kdyby jedna strana střechy byla natočená kolmo ke slunci v zimě. Měla by být pod úhlem více skloněným, protože slunce je v zimě nízko a v létě naopak vysoko. V létě asi bude nutné stínit. Někde jsem slyšel, že existuje nějaké stínění, které umí odstínit jen infra, ale světlo pustí dál. Boj s horkem v létě určitě bude a kdysi jsme se bavili s Adamem Velebou, že existuje nějaký materiál (celulóza?), který dokáže odpařováním vody chladit.

Zatím nemám konkrétní návrh, ale postupně se na to připravuji. Sháním informace a sestavuju výpočty. Počítám s automatickým zavlažováním a větráním. Jako další vychytávky co mě napadly, tak bych rád měl na zimu LEDkové osvětlení (prý se teď prodávají pro rostliny takové, co už nesvítí fialovo modře, ale svítí normálně jako denní světlo). Dále by tam byly schované reproduktory a při příchodu do skleníku, by se spustily zvuky pralesa, třeba něco takového https://www.youtube.com/watch?v=-IAfg_Iy7n8
Dále pokud by časem byly nějaké peníze, tak do rohu skleníku bych udělal malé jezírko izolovaně od půdy, ve kterém by byla filtrace a dalo by se tam koupat. Na rohové stěny by se mohly nalepit tapety s mořem, nebo něco podobného. To by už člověk nikam na dovolenou nemusel byl by to takový malý domácí ráj.

Zatím na to ještě nemám peníze, protože ještě studuji, ale za rok už snad bude nějaký příjem, tak začnu pořádně šetřit. Tím chci říct, že se budu snažit toto všechno zbudovat co nejlevněji to půjde, ale zároveň bych nerad ustupoval ze svých vizí, protože zimu a podzim u nás nemám rád a toto by to bohatě vykompenzovalo.

Ještě mám obavy, zda potom nějak zvládnu celkový biotop skleníku. Co plísně, škůdci apod. Dále pak jednotlivé nároky rostlin. No...je to na hodně velkou debatu

[Tomáš Báborský]

Tak! Povedlo se mi spočítat konkrétní návrh pro skleník s plochou povrchu S =100 [m2]. (pro představu skleník o délce 7 m, šířce 4 m a výšce 3 m - možno rozměry různě měnit, ale ve výsledku by to mělo být 100 m2)
Průměrná cena elektrické energie je nyní 4,1 [Kč/kWh]. https://www.elektrina.cz/cena-elektriny ... -elektriny

Jako 2 zatím asi nejlepší slibné materiály jsem zvolil komůrkový polykarbonát a izolační čtyřsklo:

1. materiál
DESETISTĚNNÁ DUTINKOVÁ POLYKARBONÁTOVÁ DESKA AKYVER® 10W16 https://www.titan-multiplast.cz/produkt ... -10w16-154 s následujícími parametry:
Cena materiálu: 1051 [Kč/m2]
Světelná propustnost = 58 [%]
Koeficient tepelné propustnosti U = 0,8 [W/(m2*K)]
Hmotnost m = 4,5 [kg/m2]
Solární zisky g = ? [%] zatím neznámé, budu tam volat

2. materiál
INTERM TF SPORO SUPER http://www.izolacniskla.cz/produkt.php? ... PORO-SUPER O tomto skle jsem mluvil s technikem - jedná se o dvojsklo, kterému se říká čtyřsklo, protože na každém z těch 2 skel je termoizolační fólie.
Cena materiálu: cca 4000 [Kč/m2]
Světelná propustnost = 62 [%]
Koeficient tepelné propustnosti U = 0,3 [W/(m2*K)]
Hmotnost m = 30,0 [kg/m2] - trojsklo váží až 45 [kg/m2]
Solární zisky g = 35 [%]
Záruka izolačních vlastností u čtyřskla činí 30 let. Úbytek inertního plynu Krypton činí cca 1 % za rok.


Výpočty:

Výpočet 1. materiálu
Tepelná ztráta objektu Qc = U*S*(Tis - Te) = 0,8*100*(293 - 261) = 2560 [W] = 2,560 [kW]
Vytápěcí denostupně: D = d*(Tis-Tes) = 215*(293-277,2) = 3397 [K*dny]
Roční spotřeba energie na vytápění: Qvyt = (24*Qc*D)/(Tis-Te) = (24*2560*3397)/(293-261) = 6 522 240 Wh/rok = 6,5 [MWh/rok]
Celková cena za rok na vytápění: 6 522,24 * 4,1 = 26 741 [Kč]
Pořizovací cena materiálu: 1051 * 100 = 105 100 [Kč]

Výpočet 2. materiálu
Tepelná ztráta objektu Qc = U*S*(Tis - Te) = 0,3*100*(293 - 261) = 2560 [W] = 960 [kW]
Vytápěcí denostupně: D = d*(Tis-Tes) = 215*(293-277,2) = 3397 [K*dny]
Roční spotřeba energie na vytápění: Qvyt = (24*Qc*D)/(Tis-Te) = (24*960*3397)/(293-261) = 2 445 840 Wh/rok = 2,4 [MWh/rok]
Celková cena za rok na vytápění: 2 445,84 * 4,1 = 10 028 [Kč]
Pořizovací cena materiálu: 4000 * 100 = 400 000 [Kč]

Návratnost investic u 2. materiálu oproti 1. materiálu
O kolik je pořízení 2. materiálu dražší: 400 000 - 105 100 [Kč] = 294 900 [Kč]
O kolik je u 2. materiálu vytápění levnější: celková roční cena za vytápění u 2. mat. - celková roční cena za vytápění u 1. mat. = 10 028 - 26 741 [Kč] = -16 713 [Kč] = 16 713 [Kč] úspora za rok
Návratnost investic nákladů: 294 900 / 16 713 = 17,6 let


Shrnutí vlastností:

materiál 1:
+ nízká hmotnost
+ nízká pořizovací cena
+ není třeba stavět masivnější konstrukci díky malé hmotnosti
+ je odolný vůči kroupám
- nižší izolační vlastnosti => vyšší nároky na vytápění
- nižší propustnost světla
- jak je to se solárními zisky a ztrátami sáláním?
- jak je to s degradací materiálu?

materiál 2:
+ výborné izolační vlastnosti => nízké nároky na vytápění
+ zřejmě dobré stínění úniků tepla sáláním
- je třeba vyřešit ochranu skla proti kroupám buďto: zakalením skla + 800 Kč/m2, nebo umístěním tenké vrstvy polykarbonátu nad sklo s odstupem 5 cm (aby sklo v důsledku přehřátí neprasklo)
- velmi těžké => je třeba ocelová konstrukce
- vysoká pořizovací cena => spolu s ostatními nutnými opatřeními návratnost investic v řádu 20ti let
- únik plynu - jaký to má vliv na izolační vlastnosti?
- po 30ti letech nastává degradace speciálního tmelu utěsňující skla


Závěr:
No, jsem z toho trochu rozpačitý. Od toho čtyřskla jsem očekával trochu víc. Aby se dalo definitivně říct, který materiál je lepší, tak bude potřeba vyřešit otazníky, jako jsou:
- solární zisky u polykarbonátu a stínění sálání
- degradace materiálu
U skla potom:
- jak moc ovlivňuje únik plynu izolační vlastnosti
- o kolik dražší bude konstrukce nutná k udržení skel

Jakmile to zjistím, tak to doplním.

[zlatokrt]

Tyjo, ty jsi fakt blázen (do kytek)

Pár postřehů, které mě napadají:
Zkus srovnat svůj výpočet s tímto: http://www.littlegreenhouse.com/heat-calc.shtml
Vychází podobně?

Nebyla by lepší zimní zahrada přilepená k domu? Ušetříš jednu stěnu a při správné orientaci nepřijdeš o mnoho světla. Koneckonců, při tvých nárocích, nebylo by lepší si nechat skleník navrhnout a postavit specializovanou firmou? Moje zkušenost se stavbou domu je taková, že stavbou svépomocí lze ušetřit na jednoduchých a relativně laciných věcech. Cokoli složitějšího ti sežere obrovské množství času a často i peněz (slepé uličky, kterým se firma se zkušenostmi vyhne apod.).

Nastuduj si, co je to solární skleník (solar greenhouse), vypadá to šikovně.

Chladit lze adiabaticky - jakýkoli porézní materiál, je-li namočen, ochlazuje se citelně vypařováním vody. (Ona se ochlazuje i voda odparem z hladiny, ale tam je malý poměr povrchu vůči objemu, tak to není moc znát). Já jsem foukal přes dřevěné uhlí, v praxi se používají různé materiály - cílem je maximální povrch pro odpařování. Moje pokusná bedýnka byla překvapivě účinná.

Svítit šlo bílým světlem vždycky, jen to fialové je úspornější. Ale hnusné na pohled

V tom srovnání podle mě jasně vyhrává polykarbonát. I tak je ta cena šílená. Pro případ, že bys uvažoval o tom sklu - jsi si jistý, že budeš 20 let bydlet na jednom místě, aby se ti vložené náklady vyplatily? Že se nepřestěhuješ? Pak ti bude návratnost 20 let k ničemu - a velmi těžko obhájíš při případném prodeji nemovitosti vysokou cenu kvůli skleníku, málokdo o něj bude stát, takže ve výsledku proděláš. Nebo tě nedejbože za dva roky přestanou kytky bavit a místo masožravek tam budeš pěstovat akorát rajčata

[Tomáš Báborský]

Ufff. Má delší odmlka má své opodstatnění. Opravdu jsem se pustil do výpočtu solárních zisků a trvalo mi to 2 týdny, přičemž jsem udělal poměrně složité výpočty a čerpal jsem z bakalářských prací a dalších zdrojů a na jejich základě se mi povedlo v programu excel vytvořit poměrně přesné výpočty solárních zisků pro libovolnou stěnu skleníku, libovolně orientovanou (azimutem i úhlem sklopení), definovanou jak plochou, tak i koeficientem propustnosti tepla a solárními zisky. Dále je možné si nastavit libovolný den v kalendářním roce, hodinu a také typ oblohy dle parametrů CIE (např. zataženo, polojasno apod.). Program také počítá s jednotlivými slunečnými dny, polojasnými dny a zataženými dny pro chtěnou oblast a to vše nakonec pracuje s tepelnou ztrátou objektu, přičemž mi klasické normy nestačily, tak jsem si vytvořil vlastní výpočet, který řeší rozdílné tepelné ztráty objektu a počítá s průměrnými teplotami nočními a denními např. v měsíci leden.

Díky tomu jsem byl schopen si spočítat, kolik mi solární zisky ušetří energie a kolik bude potřeba topit, takže dokáži provést kalkulace, ještě než bude skleník stát.

Stálo mě to spoustu času, potu a nervů a hledání chyb v rovnicích. (Třeba příklad jednoho takového krásného výpočtu - pro zjištění osvětlenosti od oblohy (energii vám nedodává jen slunce přímo, ale i obloha jím osvícená) bylo třeba oblohu rozkouskovat na 16200 malých elementů a pro každý počítat jas a to se potom všechno na závěr sečte.)

Takže výsledek!!!!: Cena vytápění u skleníku s tím polykarbonátem (viz výše) byla bez solárních zisků 26 741 Kč. Po mém výpočtu tepelných ztrát objektu se solárními zisky mi vyšla cena vytápění: 14 452 Kč.

Pokud vezmu ten předchozí výpočet a vezmu celkovou tepelnou spotřebu objektu dle norem, tak mi vyšla: 6,5 [MWh/zimu]. Když od ní odečtu solární zisky 3,5 [MWh/zimu], tak mi cena vychází 12 300 Kč za vytápění za zimu.

Jinak Re: zlatokrt

Skleník bavit jen tak nepřestane, protože se mi splní můj sen, který mám celý život...mít svůj vlastní malý prales bez škůdců určený k relaxaci.

Jinak bohužel v mém případě není možné skleník dát přímo k domu.

A děkuju moc za tip, protože solární skleník je jednoznačně to nejlepší, jak se dá ušetřit na vytápění a také jak naopak v létě odrážet co nejvíce světla

[Kozlovsky]

Teeeda...klobouk dolů před tebou a tvými výpočty. Líbí se mi, že máš určité ideály a jdeš si za nimi- to se dnes jen tak nevidí. A už vůbec ne to, aby mladý člověk věnoval tolik energie něčemu spojenému s přírodou. Celá idea je sice dost složitá a já bych do ní nešel kvůli nákladům a času, kterého nemám nazbyt, ale musím říct, že se mi představa tropického skleníku moc líbí. Mám doma menší polykarbonátový skleník z eshopu 2x2,5m s polykarbonátem 6 mm a po přečtení tvých úvah a výpočtů musím říct, že zvažuji jeho vytápění. Už jsem nad tím uvažoval dříve, ale ta tvá vypočtená cena není zase tak extrémně vysoká na to, že má člověk aspoň kousek zelené zahrádky a může se hrabat v hlíně po celý rok.

[Tomáš Báborský]

Zdar!

Prosím vás, dostal jsem se k dalším dvěma překážkám a prosím o radu.

1. Bude stačit tropickým rostlinám, když bude denní světlo oslabeno o 40%? Tzn. světelná propustnost stěn bude 60%.

2. Řešil jsem s Adamem také problém s odparem vody. Kolik g vody dokážou tak rostliny odpařit? Potřeboval bych to do teplotně-kapacitních výpočtů, abych zjistil, jaký vliv na teplotu bude mít odpar vody.

[Marek]

S radostí čtu, že je někdo magor do kytek jako já. Pro info, mám zimní zahradu -sklenik, se zadní stěnou u domu, plocha cca. 12m2, orientace na jiho jiho východ. Západní slunce ke mě nesvítí. Mám ve stěnách izolační dvojskla s vrstvou, která odráží světlo (hlavně v létě). Střecha polykarbonát, dvojitý. Uvažuji o něčem větším. Tak jsem si četl vaší diskuzi. Pěstují převážně tropické orchideje a jiné rostliny, nyní i chladnomilne. ZZ je na zimu kvůli rozdílným teplotam rozdělena silnou vrstvou bublinkového igelitu na dvě části, studenou, kde teplota klesá bez topení na 6-7C a teplejší, kde zimují Vandy, cattleye, kapradiny, tilandsie a teplota neklesá pod 11C, obvykle spíš 13C. Náklady byly 180tis. Před 8 lety. Skla nám dělala firma z Pustiměře, Izolační skla, s.r.o. a konstrukcí firma Sedma z Brna, kterou naopak velmi nedoporučuji. Vše vytapim jen malým primotopem, máme 4hodiny silný tarif, zbytek slaby. Náklady i s celým domem a ohřevem vody jsou cca. 25000rok. Počítám že 3-4000 bude skleník. Rád bych něco více teplého po celý rok. A velmi rád za dotazy i vaše tipy.
Rostliny odpaří celkem dost vlhkosti i v zimě. Tam kde není přímotop se voda srazí a stéká, je dobre myslet na žlábky pro odtok.
To rozdělení na dvě půlky igelitem jsem odkoukal od kamaráda z botanické zahrady v Olomouci. Taky šetří náklady:-)
Mam instalovana 3automaticka okna na otevírání, dvě samočinná a jedno na elektřinu. Závlaha není automatická ale ruční....