Vplyv solárneho ohrevu vody na náklady konečného spotrebiteľa

Na prípravu teplej vody možno ako doplnkový zdroj energie použiť solárne panely. Pri využití tejto technológie závisí získaná energia priamo od slnečného svitu. Oplatí sa vôbec v našich podmienkach do solárneho ohrevu investovať?

Získavanie energetického potenciálu z obnoviteľných zdrojov energie a inštalácia zariadení na ich využitie sa aj v bytovom hospodárstve dostáva z roviny predstáv a plánovania do polohy účinných realizačných projektov. Príkladom je využitie solárneho žiarenia na prípravu teplej vody v bytovom dome na Pieninskej ulici číslo 1 až 11 v Banskej Bystrici. Ako sa investícia vlastníkov bytov bytového domu premietla do zníženia spotreby tepla na ohrev vody a či sa využitie solárnej energie pozitívne prejaví aj v nákladoch konečného spotrebiteľa, sme zisťovali porovnaním s obdobím, keď solárny ohrev vody potrebnej na prípravu teplej vody nebol v bytovom dome nainštalovaný a spustený do riadnej prevádzky.

Využitie solárnej energie

Téma využívania obnoviteľných zdrojov energií a tým aj znižovania podielu použitia fosílnych palív pri výrobe elektriny a tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody, je v tomto období medzi odborníkmi v energetike, ale aj medzi konečnými spotrebiteľmi tepla a obyvateľmi štátov Európskej únie neustále posudzovaná a hodnotená z hľadiska budúcich dosiahnuteľných úspor v porovnaní s investovanými nákladmi. Každého, kto investuje do zariadenia na využitie obnoviteľných zdrojov energie, predovšetkým zaujíma finančná návratnosť systému, prípadne jeho ďalšie využitie v kombinácii s inými obnoviteľnými zdrojmi energie.

Medzi najviac využívané obnoviteľné zdroje patrí slnečné žiarenie, ktoré je ľahko dostupným zdrojom energie a nezaťažuje životné prostredie. Slnečné žiarenie možno využiť na výrobu elektrickej energie, prípadne na predohrev vody potrebnej na prípravu teplej vody, alebo ako podporu ústredného vykurovania riešeného podlahovým rozvodom. Pri bezoblačnom počasí na zemský povrch dopadá slnečné žiarenie s priemerným výkonom približne 1 kW/m² (380 až 450 W v Banskej Bystrici), pričom slnečný svit na území našej republiky predstavuje 1 200 až 2 000 hodín ročne. Slnečné kolektory získavajú energiu aj pri zamračenej oblohe, a to difúznym žiarením, ktoré môže predstavovať 10 až 50 % z celkového získaného žiarenia. Nevýhodou získania energie zo solárneho systému je pri nízkej koncentrácii slnečného žiarenia nízka účinnosť transformácie energie. Najviac slnečného žiarenia je v júli a najmenej na prelome mesiacov december a január.

V článku je posúdená realizácia ohrevu teplej vody v bytovom dome na Pieninskej ulici číslo 1 až 11 prostredníctvom inštalácie plochých solárnych panelov, potrubných rozvodov, piatich akumulačných zásobníkov spolu s čerpadlovou technikou a príslušnými expanznými nádobami. Na základe výsledkov merania príslušných parametrov sa pokúsim preukázať, či návratnosť investície do solárneho ohrevu vody prostredníctvom výšky úspor nákladov na energiu z KOST domu splnila očakávanie a akým tempom, a do akého času by sa mali vynaložené investície vlastníkom bytov v bytovom dome vrátiť. Pri tomto zhodnotení je potrebné správne vyčísliť prevádzkové náklady solárneho systému tak, aby sme návratnosť investície správne stanovili.

Opis a špecifikácia bytového domu

Stavebné bytové družstvo Banská Bystrica zabezpečuje výkon správy aj v bytovom dome na Pieninskej ulici číslo 1 až 11. Radový bytový dom bol postavený v roku 1987 v stavebnej sústave P1.14 BA – sekcia 844 (NKS), má šesť vchodov a na siedmich poschodiach má spolu 84 bytových jednotiek, všetky byty sú 3-izbové a v roku 2016 obývalo dom 205 osôb. Dodávku tepla na vykurovanie bytov a spoločných priestorov vrátane dodávky tepla na prípravu teplej vody zabezpečuje kompaktná odovzdávacia stanica tepla napojená na primárne teplo z centrálneho zdroja tepla (CZT) v Banskej Bystrici.

Ležaté, stúpacie a cirkulačné rozvody teplej vody sú zaizolované pôvodnou tepelnou izoláciou a od roku 2012 sú hydraulicky vyregulované. Teplá voda je pripravovaná v KOST domu v doskovom rýchloohrievači a jej dodávka je dohodnutá denne od 4.30 h do 23.00 h s výstupnou teplotou 50 °C. Od septembra 2015 je voda potrebná na prípravu teplej vody predohrievaná solárnym systémom, ktorý bol vybudovaný v priestoroch bytového domu.

Obr. 1 Graf č. 1: Spotreby teplej vody podľa bytových vodomerov a merná spotreba tepla na jej ohrev za roky 2013 až 2016, bytový dom Pieninská 1, 3, 5, 7, 9, 11

V grafe č. 1 (obr. 1) uvádzame prehľad množstva tepla na ohrev vody, množstva vody na prípravu teplej vody a mernú spotrebu tepla na ohrev vody za roky 2013 až 2016. Z grafu vyplýva, že množstvo studenej vody potrebné na prípravu teplej vody má klesajúcu tendenciu a porovnaním roku 2016 s rokom 2014 (bez solárneho predohrevu) merná spotreba tepla potrebná na ohrev 1 m³ teplej vody klesla o 12,4 %.

Na základe uvedeného porovnania možno konštatovať, že solárny predohrev studenej vody potrebnej na prípravu teplej vody pri napojení na KOST bytového domu „ušetril“ približne 12,4 % z dodávky tepla. Ďalej sa pokúsime túto vypočítanú úsporu posúdiť a vyjadriť z hľadiska dosiahnutej finančnej úspory a jednoduchej návratnosti realizovanej investície.

Použitý solárny systém a jeho prevádzka

Vlastníci bytov v bytovom dome na Pieninskej ulici číslo 1, 3, 5, 7, 9, 11 sa rozhodli investovať do systému solárneho ohrevu vody celkovú sumu 85 051 €. Na základe spracovanej zmluvy o dielo zhotoviteľ dodal, inštaloval a uviedol do prevádzky technologický systém využitia solárnej energie na ohrev studenej vody potrebnej na prípravu teplej vody. Na streche bytového domu sa na stenách strojovní výťahov vchodov Pieninská 7 a Pieninská 9 umiestnili na podporných konštrukciách dva rady po osem kusov plochých solárnych panelov s azimutom na juh a sklonom 35 stupňov.

Celková absorpčná plocha obidvoch kolektorových polí dosahuje hodnotu 70,72 m², predpokladaný maximálny ročný energetický zisk bol výrobcom stanovený na 525 kWh/m². Potrubím je pracovná kvapalina vedená zo strechy bytového domu do spoločných pivničných priestorov, v ktorých je umiestnených päť kusov akumulačných zásobníkov vody, každý s objemom 1 000 l s vlnitou vložkou z nehrdzavejúcej ocele. Okrem uvedených zásobníkov sa v danom priestore nachádzajú príslušné tlakové nádoby, čerpadlové zostavy, regulačná technika a príslušné určené meradlá.

Obr. 2 Graf č. 2: Spotreba tepla na ohrev vody a merná spotreba na ohrev 1 m³ za mesiace v roku 2014, dom Pieninská 1, 3, 5, 7, 9, 11

Montáž celého zariadenia sa začala v máji 2015 a skúšobná prevádzka solárneho zariadenia bola spustená v septembri 2015. Predpokladaná životnosť zariadenia je 25 až 30 rokov. V grafe č. 2 (obr. 2) sú za jednotlivé mesiace roka 2014, keď nebol v prevádzke solárny systém, uvedené spotreby tepla na ohrev vody a trendová čiara označuje vypočítané merné spotreby tepla na ohriatie 1 m³ teplej vody v KOST. Spotreba studenej vody na prípravu teplej vody za jednotlivé mesiace roka 2014 sa pohybovala od 210,34 m³ (júl) až po 263,71 m³ v januári. Tejto spotrebe zodpovedá v uvedenom grafe aj dosiahnutá merná spotreba tepla na ohrev vody, ktorá sa pohybovala v rozpätí od 71,129 do 74,212 kWh/m^3, t. j. v rozpätí okolo 4 %.

Obr. 3 Graf č. 3: Spotreba tepla na ohrev vody a merná spotreba na ohrev 1 m³ za mesiace v roku 2016, dom Pieninská 1, 3, 5, 7, 9, 11

V grafe č. 3 (obr. 3) sú uvedené namerané hodnoty pri dodávke teplej vody za rok 2016, v ktorom bol solárny systém ohrevu vody úplne funkčný. Trendová čiara vyjadrujúca hodnotu mernej spotreby tepla na ohrev vody v roku 2016, počnúc marcom a končiac septembrom, jasne preukazuje účinnú funkciu solárneho predohrevu vody predovšetkým od júla do septembra. Ak porovnáme priemer hodnoty mernej spotreby za tieto mesiace (53,506 kWh/m³) a priemer za mesiace január a február (73,747 kWh/m³), dostaneme úsporu tepla na ohrev vody vo výške 27,5 %.

Za rok 2016 bolo dodávateľom tepla vyfakturované na bytový dom Pieninská 1 až 11 teplo na ohrev vody v sume 16 540,50 €, teda pri dosiahnutej úspore 27,5 % vlastníci bytov „ušetrili“ 4 548,64 €. Slovo ušetrili sme uviedli v úvodzovkách preto, že od tejto sumy neboli odpočítané priame ročné náklady na prevádzku solárneho systému a percento úspor je vyjadrením vybranej vzorky mesiacov roka s minimálnou a maximálnou hodnotou mernej spotreby tepla na ohrev vody. V tabuľke uvádzame porovnanie vybraných parametrov teplej vody medzi rokmi 2016 a 2014.

Návratnosť investície

Ako je to teda s návratnosťou investície do solárneho systému na podporu prípravy teplej vody v bytovom dome na Pieninskej ulici 1, 3, 5, 7, 9, 11 od jeho uvedenia do prevádzky? Za rok 2015 nebolo možné dosiahnutú úsporu tepla potrebného na ohrev vody stanoviť, pretože spustenie solárneho systému v septembri 2015 už nevyužilo najvyššiu intenzitu slnečného žiarenia v letných mesiacoch. Za rok 2016 došlo k zníženiu množstva dodávky tepla na ohrev vody najmä v letných mesiacoch a nepatrné zníženie sa zistilo aj v mesiacoch s nižšou intenzitou slnečného svitu.

Za porovnávané roky 2016 a 2014 došlo k reálnej úspore 42,46 MWh tepla na ohrev vody, čo pri priemernej cene tepla 97,16 €/MWh predstavuje sumu 4 125,41 €. Skutočne namerané a vyrobené teplo zo solárneho systému za rok 2016 bolo 36,58 MWh a toto množstvo vynásobením priemernou cenou tepla za rok 2016 (97,16 €/MWh) prinieslo úsporu tepla v sume 3 554,11 €. Ak od takto vypočítanej celkovej úspory tepla odpočítame náklady na prevádzku systému (nameraná spotrebovaná elektrická energia 631,4 kWh v cene 88 €), potom celková čistá úspora bola za rok 2016 v sume 3 466,11 €. Pri obstarávacej cene solárneho ohrevu teplej vody vo výške 85 051 € je potom vypočítaná jednoduchá návratnosť vloženej investície na 24,5 roka.

Tab. Porovnanie vybraných parametrov teplej vody medzi rokmi 2016 a 2014

Znižovanie vypočítanej návratnosti bude v budúcnosti závisieť od mnohých skutočností. Medzi najdôležitejšie bude patriť zvýšenie podielu ročnej produkcie tepla dosiahnutej využívaním solárneho systému a zvýšením spotreby teplej vody v bytoch bytového domu na Pieninskej ulici 1 až 11. Nevyhnutnou podmienkou rýchlejšej návratnosti vloženej investície bude aj bezporuchová prevádzka celého solárneho zariadenia a jeho minimálne servisné náklady v budúcnosti. Plánovanou výmenou a novou izoláciou ležatých a stúpacích rozvodov teplej vody, ktoré sa už pripravuje, bude možné podstatne znížiť mernú spotrebu tepla na ohrev vody.

Zníženie energetickej náročnosti ohrevu vody by mala zabezpečiť aj zmena času a teploty dodávky teplej vody, ktorá by mala byť po celých 24 hodín nepretržitá so znížením jej teploty od 23.00 h do 4.00 h pri nočnom útlme. Podľa predpokladu zodpovedného projektanta je možné prevádzkou solárneho systému dosahovať ročnú úsporu tepla na ohrev vody na úrovni minimálne 40 MWh. Za rok 2016 nebola dosiahnutá táto hodnota, pretože z hľadiska dopadu slnečnej energie na zemský povrch bol tento rok najslabší za posledných sledovaných 30 rokov. Podľa nameraných údajov za prvých deväť mesiacov roka 2017 teplo využité zo solárneho systému už dosiahlo hodnotu za rok 2016, teda je predpoklad, že hranica predpokladanej úspory 40 MWh ročne bude určite prekročená.

TEXT + GRAFY | Jozef Buzaši, Stavebné bytové družstvo Banská Bystrica

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 1/2018.