Tepelné čerpadlá pri obnove bytových domov na Slovensku

Obr. 2 Vonkajšie jednotky tepelného čerpadla umiestnené na streche

Jedným z vhodných zdrojov tepla na vykurovanie a ohrev vody, ktorý možno použiť aj pri obnove bytového domu, je tepelné čerpadlo. Je toto riešenie v porovnaní s centralizovaným zdrojom tepla naozaj rentabilné?

Od roku 1992 sa na Slovensku pristúpilo k cielenej obnove bytového fondu staršieho ako 20 rokov, a to predovšetkým zatepľovaním, výmenou otvorových konštrukcií, odstraňovaním statických nedostatkov a obnovou zdroja tepla.

Výstavba panelových domov sa na našom území skončila v roku 1993 a všetky tieto bytové domy by sa mali postupne obnoviť. Táto veľmi aktuálna téma však prináša niekoľko základných otázok, ktoré súvisia predovšetkým s financovaním obnovy či s vhodnými technickými riešeniami.

Medzi vhodné technické riešenia vykurovania a ohrevu vody patrí napr. tepelné čerpadlo. Takéto riešenie sa použilo aj pri obnove bytového domu v zastavanej sídliskovej časti mesta Gelnica.

Opis bytového domu

Bytový dom bol do užívania odovzdaný v roku 1978, čo predstavuje viac ako 40 rokov prevádzky. Bytový dom je samostatne stojaca 9-podlažná budova pričlenená k susednému bytovému domu jedným rohom na štítovej stene prostredníctvom dilatačnej škáry. Schéma prepojenia a orientácia bytového domu sú znázornené na obr. 1.

Pôdorys bytového domu má pravidelný obdĺžnikový tvar s rozmermi 25,65 m × 16,20 m. Je vybudovaný v stavebnej sústave PS 82 PP. Priestorový oporný systém priečnych a pozdĺžnych nosných stien je v základnom module 3 600 mm.

Obvodový plášť je sendvičový s hrúbkou 300 mm, zložený z vnútornej betónovej vrstvy, tepelnoizolačnej vrstvy na báze EPS a z vonkajšej ochrannej betónovej membrány. Strecha je plochá jednoplášťová s dvoma vnútornými dažďovými vpustmi.

Parametre bytového domu sú takéto:

  • zastavaná plocha: 415,53 m2,
  • obstavaný objem: 9 661,68 m3,
  • merná plocha: 2 358,00 m2,
  • celkový počet podlaží: 9,
  • počet obytných podlaží: 8,
  • konštrukčná výška podlaží: 2,80 m,
  • celkový počet bytových jednotiek: 32 (8 NP × 4 BJ),
  • celkový počet lodžií: 32.

Rozsah obnovy bytového domu

Na základe energetického hodnotenia sa v roku 2014 vydalo stavebné povolenie na obnovu bytového domu v tomto rozsahu:

  • zateplenie obvodového plášťa (vonkajší tepeplnoizolačný systém s EPS 70 F, hr. 140 mm, nad výškou 22,40 m sa použila minerálna vlna),
  • odstránenie systémovej poruchy panelovej sústavy PS 82 PP,
  • výmena otvorových konštrukcií (plastové päťkomorové profily, izolačné dvojsklo),
  • zateplenie stropu v technickom podlaží (1. NP),
  • obnova lodžií s výmenou zábradlí,
  • obnova strešného plášťa a navýšenie tepelnej izolácie (EPS Roof 150 S, hr. 80 mm a 70 mm),
  • výmena výťahu,
  • výmena rozvodov zdravotnotechnických inštalácií a plynu,
  • obnova ostatných povrchov v spoločných priestoroch bytového domu,
  • odpojenie od CZT a inštalácia vlastného zdroja tepla (tepelné čerpadlá F2300-20, 4 ks),
  • NN prípojka elektrickej energie a odberné elektrické zariadenie.

Technické parametre

Bytový dom bol od začiatku užívania v roku 1978 napojený na centralizované zásobovanie tepla (CZT). CZT je súčasťou tepelnej siete vybudovanej na zabezpečenie dodávok tepla a teplej vody obyvateľom určitej lokality. Je to sústava potrubí, prostredníctvom ktorej sa teplonosnou látkou dopravuje tepelná energia od výrobcu k spotrebiteľovi.

Je to teda sústava budov a zariadení na dopravu tepla z centrálnych zdrojov k odberateľom tepla, nezávislá od ich výkonu, charakteru a spôsobu využitia tepla [2]. V rámci obnovy bytového domu sa v roku 2015/2016 bytový dom odpojil od CZT a napojil sa na vlastný novovybudovaný zdroj tepla.

Technické zariadenie budovy

Novým zdrojom tepla sú 4 ks tepelných čerpadiel (TČ) vzduch-voda NIBE F 2300-20, ktoré sú umiestnené na streche bytového domu (obr. 2). Zdrojom nízkopotenciálneho tepla je v tomto prípade vzduch. Chladivo tepelného čerpadla je R 407C.

Vykurovací systém v bytovom dome je teplovodný s núteným obehom vykurovacej vody. Na vykurovanie bytového domu sa navrhol teplotný spád 55/45 °C. Potreba energie na vykurovanie a prípravu teplej vody za rok je 225 000 kWh, v oblasti s výpočtovou teplotu -15 °C je potrebný tepelný výkon 59 kW.

Výkon tepelných čerpadiel podľa EN 14511 bude pri vonkajšej teplote -7 °C a teplote výstupnej vykurovacej vody 55 °C 4 × 15,2 kW = 60,8 kW.

Ako doplnkový zdroj sa do vykurovacej sústavy nainštaloval elektrokotol Protherm Raja s teplotným výkonom 18 kW, ktorý slúži ako špičkový zdroj na dohrev pri nízkych teplotách vonkajšieho vzduchu. Bivalentný zdroj je umiestnený spoločne aj s vnútornou jednotkou TČ v technickej miestnosti na 1. NP.

Predpokladaná ročná potreba energie pre tepelné čerpadlo:

  • potreba elektrickej energie pre TČ je 70 896 kWh/rok,
  • COPTČ = 3,02; predpokladané sezónne PSFTČ = 2,94.

Predpokladaná ročná potreba energie pre bivalentný zdroj (elektrokotol):

  • potreba elektrickej energie pre elektrokotol je 591 kWh/rok.

Na riadenie zdroja tepla a obehových čerpadiel je použitý regulátor Nibe SMO 40. Sústava je riadená ekvitermickým regulátorom. Regulátor riadi prevádzku tepelných čerpadiel s kaskádovým spínaním, prevádzku elektrokotla, prípravu teplej vody (TV) a prevádzku obehových čerpadiel.

Príprava teplej vody je riešená zásobníkovým spôsobom. Navrhnuté sú tri zásobníkové ohrievače OKC 500 NTH/HP s elektrickou výhrevnou vložkou.

Prehľad spotreby energie pred obnovou a po nej

Z dostupných údajov o spotrebách a cenách energie sa vyhodnotil stav pred inštaláciou a po inštalácii nového zdroja tepla (graf 1). Toto porovnanie poukazuje na to, ako veľmi sa zmenila spotreba energie, náklady spojené s odpojením od CZT a inštalovaním tepelných čerpadiel. Zistenia preukázali nárast úspor za dodávku tepla, ovplyvnený podstatným znížením spotrebovaného množstva tepla.

Graf 1 Prehľad spotreby energie na vykurovanie a prípravu teplej vody
Graf 1 Prehľad spotreby energie na vykurovanie a prípravu teplej vody |

Ekonomická analýza

Rozsah obnovy je priamo úmerný rozsahu finančných prostriedkov nevyhnutných na jej realizáciu. Charakteristickým znakom pri obnove bytového fondu je spájanie jednotlivých zdrojov financovania a vypracovanie optimálneho modelu financovania. Rozpočtové náklady v tomto prípade boli stanovené vo výške 369 923,00 €. V tab. 1 je uvedený podrobnejší opis.

Financovanie

Vlastné zdroje spoločenstva vlastníkov bytov a nebytových priestorov vložené do tejto obnovy tvoria takmer 16 % z celkovej sumy potrebnej na obnovu. Nevyhnutné bolo hľadať iné zdroje financovania, v tom čase bola jednou z možností podpora štátu prostredníctvom ŠFRB a dotácií na odstránenie systémových porúch vďaka úveru z komerčných bánk alebo zo zdrojov EÚ.

V rámci financovania sa rozhodovalo medzi dvoma alternatívami: grantová schéma alebo financovanie zo ŠFRB v kombinácii s komerčným úverom. Obidve alternatívy sú znázornené v tab. 2 a tab. 3. Výhodnejším modelom financovania je financovanie podľa druhej alternatívy uvedenej v tab. 3.

Najväčší finančný objem z celkovej sumy potrebnej na obnovu pokrýva úver, ktorý nie je klasickým komerčným úverom, ale išlo o úverový produkt pre projekty na zníženie spotreby energie a emisií skleníkových plynov.

Produkt bol vytvorený s podporou Európskej investičnej banky a Európskej komisie. Ďalej sa využili nenávratné príspevky z grantových zdrojov Európskej únie, z kreditnej linky Európskej investičnej banky a Európskej komisie.

Získanie tohto grantu je viazané splnením podmienok Európskej investičnej banky. Výsledné porovnanie dvoch alternatív sa nachádza v tab. 4. Náklady na bytovú jednotku pred inštaláciou a po inštalácii zdroja tepla sú uvedené v tab. 5.

Tab. 5 Mesačné náklady na bytovú jednotku
Tab. 5 Mesačné náklady na bytovú jednotku |

Dotazníkový prieskum spokojnosti (subjektívne hodnotenie)

Motívom na realizáciu dotazníkového prieskumu bola potreba poukázať spokojnosť obyvateľov bytového domu. Štúdia sa realizovala v mesiacoch jún až august v roku 2018. Do štúdie bolo zaradených 26 respondentov (26 bytových jednotiek) z celkového počtu 32 (zúčastnilo sa viac ako 80 % opýtaných), ktorí majú trvalý alebo prechodný pobyt v bytovom dome.

Na zaradenie do prieskumného súboru pre cieľovú skupinu bolo potrebné splniť nasledujúce kritériá: inštalácia nového zdroja tepla (tepelné čerpadlo) a zateplenie bytového domu. Súhlas s účasťou v prieskume potvrdili zúčastnení svojím podpisom.

Pred realizáciou prieskumu boli respondenti poučení o predmete a cieli dotazníka. V prieskume sa použil dotazník rozdelený na tri celky (základné údaje; zdroj tepla; kvalita vzduchu). Dotazník obsahuje spolu 15 otázok v zložení: 2 dichotomické otázky, 2 otázky s viacnásobným výberom a 11 s jednoduchým výberom.

Cieľom bolo zistiť spokojnosť respondentov s novým zdrojom tepla (tepelnými čerpadlami) a so zateplením bytového domu, v ktorom bývajú. Údaje sa vyhodnotili pomocou deskriptívnej štatistiky.

Výsledky

Všetky výsledky spokojnosti respondentov sú uvedené v prehľadných tabuľkách a grafoch. Rozdelené sú podľa jednotlivých častí dotazníka tak, aby bolo možné dať jednoznačné odpovede na stanovené otázky týkajúce sa hodnotenia spokojnosti respondentov.

Vybrané prieskumné otázky pre dotazník spokojnosti:

  1. Prečo ste súhlasili so zmenou zdroja tepla z CZT (centralizované zásobovanie tepla) na TČ (tepelné čerpadlá)?
  2. Zmenili sa vaše návyky, čo sa týka vykurovania a prípravy teplej vody?
  3. Vykurujete miestnosti na vyššiu teplotu ako predtým (nastavenie termostatu)?
  4. Máte možnosť nastaviť teplotu na svojich vykurovacích telesách ventilmi s termostatickými hlavicami?
  5. Dokurujete v byte doplnkovým lokálnym zdrojom (elektrický prenosný ohrievač a pod.)?
  6. Ruší vás hlukom alebo vibráciami vonkajšia jednotka tepelného čerpadla umiestnená na streche?

Na prieskume sa zúčastnilo 14 žien (53,8 %) a 12 mužov (46,2 %) bytového domu s 3-izbovými bytmi. Najpočetnejšiu skupinu (65,38 %) tvorili respondenti vo veku 51 a viac rokov a najčastejšie (46,15 %) išlo o trojčlennú rodinu.

Z výsledkov uvedených v grafe 2 vyplýva, že najčastejším dôvodom (n = 21), prečo respondenti súhlasili s výmenou zdroja tepla z CZT (centralizované zásobovanie teplom) na TČ (tepelné čerpadlo) a so zateplením bytového domu, bolo ušetrenie nákladov na vykurovanie a prípravu teplej vody.

Druhým najčastejším dôvodom (n = 14) bolo ušetrenie energie. Názor prieskumnej vzorky je odrazom dlhoročných skúseností odborníkov v tejto oblasti.

Z výsledkov uvedených v grafe 3 vyplýva, že najčastejšie (n = 16) došlo k zníženiu počtu dní v roku, keď respondenti vykurujú. Zaujímavým faktom je, že 10 respondentov nepocítilo žiadne zmeny a ich návyky sa nezmenili.

Z grafu 4 vyplýva, že viac ako polovica (n = 14) respondentov napriek výmene zdroja tepla a zatepleniu bytového domu vykuruje svoj byt na rovnakú teplotu ako predtým. Ale od 12 respondentov sme zaznamenali odpoveď, že vykurujú na nižšiu teplotu ako pred obnovou bytového domu.

V rámci spokojnosti respondentov sme zisťovali aj to, či majú možnosť nastaviť teplotu na vykurovacích telesách ventilmi s termostatickými hlavicami. Výsledkom bolo, že 92,31 % (n = 24) respondentov odpovedalo, že majú túto možnosť, a 7,69 % (n = 2) odpovedalo záporne.

Zároveň sme zisťovali, či využívajú možnosť nastaviť si teplotu termostatickými hlavicami. Výsledky vidieť v grafe 5. Z grafu 5 vyplýva, že 53,85 % (n = 14) respondentov odpovedalo, že túto možnosť využívajú často, 34,62 % (n = 9) odpove­dalo, že teplotu termostatickými ventilmi nastavujú iba niekedy.

Iba jeden respondent sa vyjadril, že teplotu termostatickými ventilmi nenastavuje nikdy. Z uvedených výsledkov v grafe 6 vyplýva, že takmer 73 % (n = 19) nikdy nepotrebovalo svoje byty dokurovať doplnkovým lokálnym zdrojom, ale 27 % (n = 7) z nich uviedlo, že aspoň raz muselo využiť aj elektrický prenosný ohrievač.

V rámci týchto odpovedí by bolo vhodné bližšie určiť, kedy 1/3 opýtaných respondentov využila elektrický prenosný ohrievač, v dôsledku akých okolností došlo k takémuto dokurovaniu.

V nasledujúcej otázke sme zisťovali hlukový komfort respondentov, kde sme sa pýtali na to, či ich vonkajšia jednotka tepelného čerpadla umiestnená na streche ruší hlukom alebo vibráciami.

Až 92,31 % (n = 24) respondentov odpovedalo záporne, t. j. že ich neruší hluk ani vibrácie, a 7,69 (n = 2) uviedlo možnosť „niekedy“. Ani jeden respondent neodpovedal kladne, t. j. že ho ruší hluk a vibrácie vonkajšej jednotky tepelného čerpadla. Z tohto výsledku možno usúdiť, že jednotka bola inštalovaná správne.

Záver

Životnosť budov (predovšetkým bytových domov) sa vplyvom konštrukčných nedostatkov pri ich výstavbe, ale aj ich užívaním značne znižuje.

Z toho dôvodu je potrebné hľadať čo najlepšie riešenia obnovy bytového fondu, a to s prihliadnutím tak na technicko-konštrukčné a ekonomické riešenie, ako aj na spokojnosť samotných obyvateľov a vnútorné prostredie v bytoch.

Obnova uvedeného bytového domu má jasný pozitívny prínos, odhliadnuc od vyšších investičných nákladov. Správne použitá technológia a kvalitné stavebné materiály sú zárukou návratnosti finančných prostriedkov vynaložených na obnovu bytového domu.

Poďakovanie
Túto prácu podporilo Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky prostredníctvom grantu VEGA 1/0847/18 a KEGA 044STU-4/2018.

Text + foto a obrázky: doc. Ing. Belo Füri, PhD., Ing. Ingrida Skalíková, Katedra TZB, Stavebná fakulta STU Bratislava

Literatúra

  1. Tokarčíková, V.: Obnova bytového fondu: diplomová práca. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2015. 100 s.
  2. Horbaj, P. – Tauš, P. – Opáth, R.: Odpájanie odberateľov od sústav centralizovaného zásobovania teplom z hľadiska ceny energie.
    Plavnica 20. – 22. 5. 2009, s. 25 – 34.
  3. Petráš, D. a kolektív: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy, 1.vyd. Bratislava: JAGA GROUP, s. r. o., 2009. ISBN 978-80-8076-075-5.
  4. Sternová, Z.: Požiadavky na obnovu budov v úrovni ultranízkoenergetickej výstavby aplikované pri obnove bytového domu v rámci projektu EU-GUGLE. In: 23. Odborná konferencia Teória a konštrukcie pozemných stavieb. Obnova budov v ultranízkoenergetickej úrovni výstavby, 2016. ISBN 978-80-89627-06-6.
  5. STN EN 15450 Vykurovacie systémy v budovách. Navrhovanie vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami, 2007.
  6. STN EN 14825 Klimatizačné jednotky, jednotky na chladenie kvapalín a tepelné čerpadlá s elektricky poháňanými kompresormi na vykurovanie a chladenie. Skúšanie a hodnotenie pri podmienkach čiastočnej záťaže a výpočet sezónnej účinnosti, 2016.
  7. STN EN 15316 4-2 Vykurovacie sústavy v budovách. Metóda výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Časť 4-2: Priestorové systémy výroby tepla, systémy tepelného čerpadla. 2008.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 3/2019.

Komentáre