vymena zdroja tepla pre bytovy dom
Galéria(5)

Výmena zdroja tepla pre bytový dom

Partneri sekcie:

V snahe v maximálnej miere znížiť tepelnú stratu panelových bytových domov a tým aj náklady na vykurovanie, ktoré zvyčajne tvoria najväčšiu časť prevádzkových nákladov v nezateplených budovách, pristupujú vlastníci bytov k obnove domu v podobe zateplenia. Kvalitným zateplením možno totiž dosiahnuť veľmi výrazné zníženie tepelnej straty. Po znížení tepelnej straty budovy je potom v mnohých prípadoch finančne výhodnejšie prejsť na iný zdroj vykurovania s nižšou cenou energie.

02ekowatt big image
05ekowatt big image
04ekowatt big image
03ekowatt big image
aky lokalny alternativny zdroj tepla zvolit 7479 big image
Centrálne zásobovanie teplom
Vo väčšine existujúcich panelových bytových domov slúži ako zdroj tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody systém centrálneho zásobovania teplom. Ide o centralizovanú výrobu tepla, ktorá sa získava buď z výroby elektrickej energie v teplárňach (obr. 1), alebo v menšej miere v kotolniach určených iba na distribúciu tepla.

Väčšina teplární v súčasnosti spaľuje uhlie, kotolne vyrábajú teplo najčastejšie zo zemného plynu, mazutu alebo vykurovacieho oleja. Ak sa teplo do budovy dodáva z centrálnych teplární, zvyšuje sa množstvo vyrobenej energie potrebnej na vykurovanie a prípravu teplej vody v budovách o teplo potrebné na pokrytie tepelnej straty spôsobenej distribúciou tepla medzi teplárňou a panelovým bytovým domom. Teplovody vybudované v minulosti bývajú v súčasnosti už zastarané a pri transporte tepla na dlhé vzdialenosti nastávajú pomerne veľké straty. Na ilustráciu – 1 km potrubia 2× DN100 s tepelnou izoláciou s hrúbkou 5 cm má tepelnú stratu približne 30 kW pri teplotnom spáde 90/70 °C (teda približne 30 W/m potrubia). Táto strata v distribučnej sústave sa potom premieta do výslednej ceny tepla, ktorá môže byť v konečnom dôsledku vyššia ako teplo vyrobené v lokálnom zdroji. Výhodou centrálneho zásobovania teplom je na druhej strane bezpečnosť dodávky, presunutie zdroja znečistenia mimo mesta, kvalitnejšie spaľovanie a technológia čistenia spalín ako v lokálnych kotolniach.


Obr. 1  Tepláreň Písek, Česká republika (foto: Petr Brož)

Výmena zdroja tepla
Cena tepla z CZT sa v závislosti od jednotlivých dodávateľov a druhov primárneho paliva podstatne líši a pohybuje sa v rozpätí približne 19,40 €/GJ až 70,20 €/GJ (ceny schválené ÚRSO na rok 2013). V krajoch s nízkou cenou tepla nemusia byť niektoré riešenia výmeny zdroja dostatočne efektívne na to, aby sa investícia vrátila v podobe úspory nákladov. Naopak, v lokalitách s vyššou cenou tepla môže priniesť výmena zdroja tepla na vykurovanie, prípadne prípravu teplej vody, významnú úsporu prevádzkových nákladov. Týmito lokálnymi zdrojmi môžu byť napríklad plynová kotolňa, elektrické tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinácii s elektrokotlami a plynové tepelné čerpadlo v kombinácii s kotlami na zmený plyn.

V niektorých prípadoch sa možno stretnúť aj s kombináciou elektrického tepelného čerpadla s kogeneračnou jednotkou, ktorá dodáva čerpadlám potrebnú elektrickú energiu. Tieto zdroje sú umiestnené priamo v budove (alebo na streche) a líšia sa vo svojich energetických parametroch účinnosti, v spojení s vykurovacou sústavou, stratami v rozvodoch a účinnosťou systému regulácie. Z ekonomického hľadiska sa zdroje odlišujú v spotrebe paliva a jeho ceny a vo vyššej prvotnej investícii. Ekonomike prevádzky zdroja sa v prípravnej fáze venuje zväčša dostatočná pozornosť. Zriedkavejšie často sa už domýšľa investičná náročnosť a závislosť investície od tepelnej straty budovy. Pred výmenou zdroja sa v každom prípade odporúča najskôr reali­zovať zateplenie a čo najviac znížiť tepelnú stratu budovy, až potom presne nadimenzovať zdroj tepla na vykurovanie. Tým sa pre­díde zbytočnému predimenzovaniu zdroja a s tým spojeným vyšším nákladom na jeho kúpu a prevádzku. Zníženie tepelných strát väčšinou umožňuje nainštalovať nízkoteplotný systém vykurovania. Pri zachovaní pôvodnej vykurovacej sústavy však treba klásť dôraz na dôkladnú dynamickú reguláciu vykurovacej sústavy s efektívnym využívaním vnútorných a solárnych ziskov.


Obr. 2  Elektronické tepelné čerpadlá vzduch-voda umiestnené na streche bytového domu (foto: Stiebel Eltron)

Elektrické tepelné čerpadlá vzduch-voda
Klasické elektrické tepelné čerpadlá sa inštalujú v kombinácii s elektrokotlom, ktorý pokrýva výkonové špičky pri veľmi nízkych vonkajších teplotách. Vzhľadom na veľkosť a majetkovoprávne vzťahy k pozemkom okolo panelových bytových domov a aj finančnú náročnosť pri budovaní zemných kolektorov či vrtov je reálnejšie použitie tepelných čerpadiel vzduch-voda. Tepelné čerpadlá sa môžu umiestniť na strechu budovy na konštrukciu prispôsobenú rozpätiu nosných prvkov budovy. Netreba budovať žiadne prístrešky, pretože tepelné čerpadlá sa dodávajú vo vyhotovení vhodnom do exteriéru. Pri umiestnení na streche však treba počítať s tým, že kompresorové jednotky vytvárajú hluk, ktorý môže pôsobiť rušivo na okolité objekty (obr. 2).

Ďalšiu možnosť predstavuje umiestnenie čerpadiel do predzáhradky bytového domu (obr. 3) do opláštenia. Opláštenie sa zhotovuje väčšinou ako prevencia poškodenia tepelných čerpadiel a, samozrejme, aj na obmedzenie hluku, ktorý produkujú. Ak sa v budove nachádza dostatočne veľká technická miestnosť, v ktorej možno jednoducho vyriešiť prívod vonkajšieho vzduchu a odvod kondenzátu, môžu sa tepelné čerpadlá umiestniť aj do tejto miestnosti. Pri inštalácii kaskády tepelných čerpadiel tre­ba väčšinou navýšiť príkon elektrickej prípojky, čo môže zohrávať hlavnú úlohu pri rozhodovaní, či sa použije práve táto alternatíva. Elektrické tepelné čerpadlá sa zapájajú do kaskády, pričom sa postupne zapínajú podľa potreby tepla riadiacou jednotkou. Pri kaskádovom zapojení odpadá časté štartovanie zariadenia, celý systém má tak väčšiu účinnosť a tepelné čerpadlá pracujú s vyšším vykurovacím faktorom (účinnosťou). Elektrické tepelné čerpadlá majú pomerne veľký vykurovací faktor s priemernou ročnou hodnotou približne 2,7.


Obr. 3  Kaskáda elektrických tepelných čerpadiel vzduch-voda umiestnených v predzáhradke bytového domu (foto: Tepená čerpadla IVT, s. r. o.)

Plynové tepelné čerpadlá
Ak nemožno dostatočne navýšiť výkon elektrickej prípojky, možno ako alternatívu elektrických tepelných čerpadiel zvoliť plynové absorpčné tepelné čerpadlá vzduch-voda v kombinácii s kondenzačnými plynovými kotlami. V prípade plynových tepelných čerpadiel treba však zriadiť prípojku zemného plynu s dostatočnou kapaciotu. V porovnaní s klasickými tepelnými čerpadlami s kompresorom poháňaným elektrickým prúdom majú plynové tepelné čerpadlá nižší tepelný faktor, a to len 1,2 až 1,4. Výhodou plynových tepelných čerpadiel je, že nie sú také náchylné na zmeny teplôt okolitého vzduchu, takže vykurovací faktor je garantovaný takmer počas celého roka. Počas mrazov sa však ich účinnosť približuje k účinnosti kondenzačných kotlov. Preto sa v praxi vzhľadom na rozdiely v obstarávacej cene plynových kondenzačných kotlov a tepelných čerpadiel navrhujú sústavy tepelných čerpadiel s kondenzačnými kotlami.

Táto sústava tepelných čerpadiel a kondenzačných kotlov sa väčšinou umiestňuje na strechu na nosný rošt alebo do technického podlažia, kde však treba riešiť odvod spalín a prívod vonkajšieho vzduchu. Tepelné čerpadlá s plynovými kondenzačnými kotlami sa zapájajú do kaskády a postupne podľa potreby tepla spínajú (obr. 4). Tým sa zaručí pomerne efektívna prevádzka a rovnomerné opotrebovanie.


Obr. 4  Plynové tepelné čerpadlá zapojené do kaskády (foto: Robur)

Aký lokálny alternatívny zdroj tepla zvoliť?
Elektrické tepelné čerpadlá majú vyšší vykurovací faktor ako čerpadlá plynové, avšak tento rozdiel sa dorovnáva rozdielom ceny plynu a elektrickej energie. Vo výsledku sa tak pri voľbe obidvoch typov tepelných čerpadiel dosiahne v horizonte 40 rokov veľmi podobná finančná úspora, a to 48 až 108 eur na štvorcový meter podlahovej plochy bytov v zateplenom bytovom dome v oblastiach s nižšou cenou tepla (19,40 €/GJ). Rádovo 3× vyššie úspory možno docieliť v oblastiach s cenou tepla okolo 33,50 €/GJ. V oblastiach s vyššou cenou za teplo sú úspory ešte vyššie. Finančná úspora je vyčíslená po odpočítaní vstupných investičných nákladov, reinvestícií do jednotlivých komponentov a pri uvažovanom medziročnom náraste cien energie o 3 %.


Obr. 5  Plynová kotolňa (foto: Buderus)

Kotolňa na zemný plyn
Ak sa dá do bytového domu priviesť prípojka zemného plynu s dostatočnou kapacitou, možno ako zdroj tepla zvoliť klasickú kotolňu s kaskádou kondenzačných kotlov na zemný plyn. V porovnaní s tepelnými čerpadlami je tento zdroj z finančného hľadiska lacnejším riešením (približne 6,8 až 24 €/m2 podlahovej plochy bytov), avšak v porovnaní s tepelnými čerpadlami prináša menšiu úsporu financií, a to približne do 32 €/m2 pri nižšej cene tepla, a rádovo 3× vyššiu úsporu pri vyššej cene tepla v prípade už zateplenej budovy.

V niektorých budovách, ktoré sa nachádzajú v oblastiach s nižšou cenou za teplo, nemusí voľba tohto zdroja znamenať zníženie nákladov. Pre konkrétny bytový dom treba preto vždy vykonať ekonomické posúdenie. Len tak možno zistiť, či je investícia výhodná, alebo nie. Kotolňa sa umiestňuje do technického podlažia budovy, pričom sa musí vyriešiť prívod čerstvého vzduchu a odvod spalín (obr. 5). Ten sa najčastejšie realizuje po fasáde, výnimočne vo výťahovej šachte ako zvláštny požiarny úsek. Ak sa použije kondenzačný kotol vhodný do exteriéru, možno kotolňu umiestniť aj na strechu budovy na nosný rošt. Pri tomto variante umiestnenia odpadá riešenie odvodu spalín. Plynové kondenzačné kotly sa zapájajú do kaskády a podľa potreby sa zapínajú pomocou automatickej riadiacej jednotky. Tento spôsob zapojenia umožňuje jednotlivým kotlom pracovať v optimálnom režime, čo zaručuje lepšiu účinnosť zdroja a tým aj určitú úsporu nákladov.

Je vôbec odpojenie od CZT možné?
Touto otázkou sa v súčasnosti zaoberá stále viac bytových družstiev a vlastníkov bytov, predovšetkým v oblastiach, kde sa cena za teplo približuje k hornej hranici 70,20 €/GJ.
Úplné odpojenie je však možné len vtedy, ak sa splní podmienka zákona č. 657/2004 Z. z., a to § 20, ktorý znie:

  • (1)    Odberateľ a konečný spotrebiteľ môžu skončiť odber tepla
  •     a)    na základe zákona,
  •     b)    dohodou.
  • (2)    Skončiť odber tepla na základe zákona možno, ak
  •      a)    dodávateľ tepla bez predchádzajúcej dohody s odberateľom a konečným spotrebiteľom zmení teplonosnú látku,
  •      b)    dodávateľ tepla ani po predchádzajúcej písomnej výzve odberateľa alebo konečného spotrebiteľa neodstráni nedostatky v kvalite, množstve a v spoľahlivosti dodávok tepla alebo neplní podstatné náležitosti zmluvy o dodávke a odbere tepla, najmä parametre teplonosnej látky a hospodárnosť dodávky tepla.
  • (3)    Skončiť odber tepla môže odberateľ aj dohodou s dodávateľom, ak odberateľ uhradí dodávateľovi ekonomicky oprávnené náklady vyvolané odpojením odberateľa od sústavy tepelných zariadení dodávateľa. Ak dodávateľ tepla vo svojej dodávke tepla dodáva viac ako 10 % a menej ako 60 % tepla vyrobeného z obnoviteľných zdrojov energie, odberateľ tepla môže skončiť odber tepla len vtedy, ak zabezpečí dodávku tepla vyrobeného z obnoviteľných zdrojov energie v podiele o 20 % vyššom ako má súčasný dodávateľ tepla. Ak dodávateľ tepla vo svojej dodávke tepla dodáva viac ako 6 % tepla vyrobeného z obnoviteľných zdrojov energie, odberateľ tepla môže skončiť odber tepla len vtedy, ak zabezpečí celú dodávku tepla, vyrobeného z obnoviteľných zdrojov energie s výnimkou tepla, ktoré vzniká pri zapálení obnoviteľného zdroja energie fosílnym palivom.

Rozsah ekonomicky oprávnených nákladov vyvolaných odpojením sa odberateľa alebo konečného spotrebiteľa od sústavy tepelných zariadení dodávateľa a spôsob výpočtu týchto nákladov ustanovuje Úrad pre reguláciu sieťových odvetví v súlade so zákonom č. 276/2001 Z. z. o regulácii v sieťových odvetviach a o zmene a doplnení niektorých zákonov. Úplné odpojenie je spojené nielen s vyššími investičnými nákladmi, ale aj so stavebným konaním a s administratívnymi úkonmi, ktoré môžu záujemcov odradiť. V prípade, že by predsa len niekto nechcel byť závislý od dodávok z CZT a chcel mať vlastný lokálny zdroj, vhodnou alternatívou môže byť zachovanie prípojky CZT, pričom sa s distribútorom dohodne na znížení množstva dodávaného tepla. Týmto množstvom by sa potom pokryla výkonová špička počas extrémnych teplôt (doplnok k lokálnemu zdroju). Prevažnú časť roka by tak lokálny zdroj nahrádzal samotnú tepelnú stratu budovy. Treba sa však pripraviť na to, že k takejto dohode nemusí dôjsť.

Záver
Alternatív centrálneho zásobovania teplom je celý rad. Pred prijatím konečného rozhodnutia však treba vykonať ekonomickú analýzu na konkrétny panelový bytový dom v danej lokalite. Návratnosť tepelných čerpadiel sa pohybuje v lokalitách s cenou tepla 19,40 €/GJ v rozpätí 4 až 13 rokov v závislosti od typu a veku budovy. V lokalitách s vyššou cenou tepla je návratnosť investície do tepelného čerpadla rádovo niekoľko rokov. V kalkulovanej návratnosti však nie je zahrnutý poplatok za odpojenie sa od CZT, ktorý môže návratnosť posunúť aj do záporných čísiel. Z tohto hľadiska je potom výhodnejšie pomocou CZT pokrývať výkonové špičky a tým zabezpečiť doplnkový zdroj k lokálnemu hlavnému zdroju tepla. To, či zvoliť elektrické, alebo plynové tepelné čerpadlo, či najlacnejší variant, a to kondenzačný kotol, závisí od miestnych podmienok a možnosti navýšenia dodávaného množstva elektriny alebo plynu pre lokálny zdroj.

V prípade, že distribútor neumožní napríklad pre elektrické tepelné čerpadlo navýšiť príkon pre panelový bytový dom, ponúka sa variant výroby elektriny potrebnej na prevádzku tepelného čerpadla pomocou kogeneračnej jednotky. Táto kombinácia však prináša ďalšie komplikácie, ktoré súvisia so zabezpečením odvodu spalín, prívodom spaľovacieho vzduchu a elimináciou vibrácií a hluku v kotolni. Technickou komplikáciou je aj nárazové prúdové napätie pri štarte jednotky, na ktoré nie sú tepelné čerpadlá konštruované. Zároveň existuje riziko, že tento variant nesplní požiadavky zákona č. 478/2002 Z. z. o ochrane ovzdušia a stavebný úrad by tak nemusel vydať súhlasné rozhodnutie. Pred plánovanou výmenou zdroja tepla sa zároveň treba v teplárňach informovať, aké sú ich požiadavky, a na Úrade pre reguláciu sieťových odvetví zistiť náklady na odpojenie. Až potom možno korektne vyčísliť celkovú ekonomickú návratnosť výmeny zdroja tepla.

TEXT: Ing. Petr Kotek, PhD., Ing. Miroslav Purkert, Ing. Lucie Červená, Ing. Petr Vogel
FOTO: Petr Brož, IVT, Stiebel Eltron, Robur, Buderus

Ing. Petr Kotek, PhD., je projektantom TZB a ener­getickým špecialistom v spoločnosti Energysim.

Ing. Miroslav Purkert v roku 2012 úspešne absolvoval štúdium odboru budovy a prostredie na Stavebnej fakulte ČVUT v Prahe. V súčasnosti pracuje ako projektant techniky prostredia stavieb v spoločnosti Niersberger instalace, s. r. o.

Ing. Lucie Červená je odbornou asistentkou v spoločnosti EkoWaTT. Špecializuje sa na problematiku úspor energie, pohody vnútorného prostredia, certifikáciu LEED a SBToolCZ a podieľa sa na výskumných projektoch.

Ing. Petr Vogel je konzultantom špecialistom v spoločnosti EkoWaTT, spoluzakladateľom a predsedom predstavenstva Českej rady pre šetrné budovy. Venuje sa tvorbe výpočtových aplikácií na optimalizáciu návrhu a predbežné posúdenie pasívnych rodinných a bytových domov.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.