Využitie zemného plynu v rodinných domoch pri zásobovaní teplom po roku 2020

V zmysle akčného plánu EÚ 20/20/20 sa budú po roku 2020 stavať len budovy s takmer nulovou potrebou energie, čo bude predstavovať úplne nový fenomén z pohľadu projektovania, samotnej realizácie stavby a v neposlednom rade aj z pohľadu prevádzky budov. Ide nielen o samotné budovy s takmer nulovou potrebou energie, ale predovšetkým o filozofiu trvalej udržateľnosti architektúry a výstavby s celkovým zámerom v budúcnosti navrhovať, realizovať a prevádzkovať budovy, ktoré budú energeticky aktívne, ekologicky bezpečné a ekonomicky efektívne.

Budova s takmer nulovou potrebou energie sa v EPBD definuje ako „budova, ktorá má veľmi vysokú energetickú hospodárnosť“ v súlade s prílohou I. smernice. Takmer nulové množstvo energie alebo veľmi nízke množstvo energie sa má zabezpečiť vo významnej miere z obnoviteľných zdrojov získaných priamo na mieste alebo v blízkosti spotreby.

Budova s takmer nulovou potrebou energie

Budova s takmer nulovou potrebou energie musí spĺňať viaceré požiadavky na tepelnú ochranu aj technické systémy. Potreba energie na vykurovanie takéhoto domu je až o 90 % nižšia v porovnaní so štandardným rodinným domom a predstavuje približne 1,5 m³ zemného plynu (resp. 1,5 kg oleja) na štvorcový meter obytnej plochy za rok!

Medzi základné kritériá, ktoré charakterizujú budovu s takmer nulovou potrebou energie, patria:
•    potreba energie na vykurovania za rok – maximálne 5 kWh/m²,
•    kompaktnosť budovy – konštrukcia bez, resp. s minimálnymi tepelnými mostmi,
•    vzduchotesnosť a ochrana proti vlhkosti.

Potreba energie na vykurovanie

Aby sa dosiahla minimálna požadovaná potreba tepla na vykurovanie, treba splniť niekoľko základných pravidiel:

1.    Minimalizácia súčiniteľa prechodu tepla U
Pri návrhu stavebných konštrukcií a budov treba splniť minimálne tepelnoizolačné vlastnosti stavebnej konštrukcie. Skladba obvodového plášťa pasívneho domu musí byť taká, aby súčiniteľ prechodu tepla U (tepelná izolácia) bol blízky hodnote 0,1 W/(m² . K) [9].

2.    Vhodný tvar budovy
Budova musí byť vhodne riešená, spĺňať optimálny faktor tvaru budovy (t. j. plocha teplovýmenného obalu budovy A k jeho objemu V musí byť čo najmenšia; pri rodinných domoch je optimálny faktor A/V = 0,7) a kompaktná, aby sa minimalizovalo množstvo nepriaznivých tepelných mostov.

3.    Vhodná orientácia budovy – získanie nízkopotenciálnej energie zo slnka
Orientácia budovy musí byť taká, aby sa dopad priameho slnečného žiarenia využil v čo najväčšej miere, t. j. aby orientácia budovy zabezpečovala maximalizáciu slnečných ziskov. Vhodnou veľkosťou a umiestnením zasklených plôch (otvorových konštrukcií) v obvodovom plášti budovy (prípadne v streche) možno získať dodatočnú energiu zo slnka, ktorá prispeje vo významnej miere ku krytiu tepelných strát budovy.

4.    Vzduchotesná konštrukcia odolná proti vetru
Vzduchotesná konštrukcia zabraňuje úniku vzduchu z budovy. Vzduchotesnú zábranu treba inštalovať na „teplú“ stranu konštrukcie. Konštrukcia odolná proti vetru zabraňuje prieniku vonkajšieho vzduchu do budovy. Tá sa na rozdiel od vzduchotesnej konštrukcie inštaluje na vonkajšiu stranu konštrukcie a chráni dom pred chladom a vlhkosťou.

5.    Hodnota súčiniteľa prechodu tepla vonkajšími otvorovými konštrukciami U
Táto hodnota by sa mala pohybovať na úrovni 0,6 W/(m² . K) [9]. Z dôvodu nutnosti využitia tepelných ziskov zo slnečného žiarenia sa odporúča, aby hodnota celkovej priepustnosti slnečného žiarenia bola čo najvyššia (g > 0,5).

Medzi vyšším solárnym ziskom a vyššou tepelnou stratou otvorovej konštrukcie treba zvoliť kompromis. Škárová prievzdušnosť moderných otvorových konštrukcií musí mať nulový súčiniteľ. V letných mesiacoch treba inštalovať tieniace prvky okenných plôch z dôvodu zabezpečenia minimalizácie tepelných ziskov.

6.    Riadené vetranie s rekuperáciou
Na integráciu centrálneho vetracieho systému s rekuperáciou treba myslieť už pri samotnom návrhu projektu domu. Systém zabezpečí optimálnu výmenu vzduchu pri dodržaní hygienických požiadaviek a potrieb a vysokoúčinné rekuperačné výmenníky minimalizujú tepelné straty vetraním. Účinnosť rekuperácie je minimálne 75 %, pričom jej zvýšenie možno zabezpečiť inštaláciou zemného registra.

7.    Straty vykurovacieho systému
V rámci vykurovacieho systému treba počítať aj s jeho stratami, najmä s tepelnou stratou systému odovzdávania tepla, stratou v rozvodoch vykurovacieho systému (ak sú), vlastnou spotrebou rekuperačného systému (pohon ventilátorov), vlastnou spotrebou systému rozvodov tepla (obehové čerpadlá) a podobne.

Potreba energie na prípravu teplej vody

Potreba energie na prípravu teplej vody sa určí výpočtom podľa STN EN 15316-3-1 a pripočítaním strát prípravy teplej vody. Na splnenie požiadavky energetickej triedy na potrebu energie na prípravu teplej vody treba dodržať tieto základné pravidlá:

1.    Voľba zdroja tepla
Realizácia prípravy teplej vody si vyžaduje zabezpečenie jej teploty na viac ako 55 °C (z hygienických dôvodov až na teplotu 60 °C (termická dezinfekcia)), čo je vyššia hodnota, ako býva teplota teplonosnej látky v systémoch vykurovania/teplovzdušného vetrania.

2.    Lokalizácia zdroja tepla
Z dôvodu minimalizácie tepelnej straty potrubia a tepelnej stagnácie vody v potrubí, ktorým vedie teplá voda od zdroja k miestu spotreby, je nevyhnutné lokalizovať zdroj tepla tak, aby sa minimalizovali dĺžky potrubia. Zároveň treba zvoliť vhodnú izoláciu teplovodného potrubia a jeho dimenzie.

3.    Tepelné straty v zimnom období
Tepelnú stratu teplovodného potrubia v zimnom období možno považovať za vnútorný tepelný zisk.

V minulosti sa rozdelenie potrieb energie na vykurovanie a prípravu teplej vody pohybovalo približne na úrovni 80 % energie na vykurovanie a 20 % energie na prípravu teplej vody. V súčasnosti sa – podľa veľkosti domu – tento pomer výrazne zmenil a je rozdelený približne na 50 % energie na vykurovanie a 50 % energie na prípravu teplej vody, pričom príprava teplej vody je rovnomerne rozložená počas celého roka.

Tento pomer sa môže v krajných prípadoch zmeniť na hodnoty blížiace sa k pomeru 40 : 60, t. j. potreba tepla na vykurovanie je nižšia ako potreba tepla na prípravu teplej vody.

Využitie zemného plynu v rodinných domoch pri zásobovaní teplom po roku 2016 a 2020

V zmysle vykonávacej vyhlášky č. 364/2012 Z. z. v znení neskorších predpisov [4, 8] sa celková potreba energie budovy určí ako súčet potrieb energie pre jednotlivé miesta spotreby. Pri rodinných domoch je to súčet potreby energie na vykurovanie a potreby energie na prípravu teplej vody. Potreba energie na vetranie a chladenie sa pri rodinných domoch nehodnotí.

Primárna energia
Globálnym alebo hlavným hodnotiacim ukazovateľom energetickej hospodárnosti budovy je primárna energia, ktorá sa určí vynásobením potreby energie (na vykurovanie a prípravu teplej vody) faktormi primárnej energie, ktoré sú určené pre jednotlivé energetické nosiče [4].

V novele vykonávacej vyhlášky č. 324/2016 Z. z. [8] došlo okrem iného k zmene hodnôt faktorov primárnej energie pre jednotlivé energetické nosiče vrátane zemného plynu (tab. 1).

Pôvodná hodnota faktora primárnej energie pre zemný plyn, ktorá má „hodnotiť“ energetickú náročnosť dopravy zemného plynu, nezodpovedala jej reálnej hodnote. Hodnota f_p = 1,36 bola stanovená vyššie, než je jej reálna hodnota.

Nový faktor primárnej energie bol určený na hodnotu f_p = 1,10. Legislatívno-technická energetická náročnosť dopravy plynu ku konečnému miestu spotreby predstavuje maximálnu hodnotu 2,60 % zo skutočného množstva dopraveného plynu (maximálne množstvo plynu na prevádzkové účely vrátane strát je definované rozhodnutím Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 0103/2014/P zo dňa 23. 06. 2014 a znením ods. 6 § 11 vyhlášky Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 223/2016 Z. z., ktorou sa ustanovuje cenová regulácia v plynárenstve).

Prevádzkovatelia plynárenskej dopravnej infraštruktúry vynakladajú z tohto dôvodu maximálne úsilie na to, aby energetická náročnosť dopravy zemného plynu bola čo najnižšia. Reálna hodnota faktora, ktorá by zohľadňovala technickú realitu, príslušné právne predpisy a tiež uvedené predpisy ÚRSO, by mala byť znížená minimálne na úroveň f_p = 1,026.

Zmena faktora primárnej energie umožňuje použiť ako zdroj tepelnej energie plynový kondenzačný kotol s účinnosťou > 97 % a s využitím energie až na úrovni 105 % a splniť tak (pri dodržaní kritérií na projektovanie, výstavbu a prevádzku pasívneho rodinného domu) globálny ukazovateľ pre primárnu energiu triedy A1, ktorý je v platnosti od roku 2016.

Pri triede A0, ktorá vstúpi do platnosti po roku 2020, je potrebné prehodnotiť hodnotu faktora primárnej energie zemného plynu a stanoviť ju na hodnotu zohľadňujúcu technickú realitu tak, ako je uvedené vyššie.Ekológia
Vyhláška č. 364/2012 Z. z. v znení neskorších predpisov hodnotí jednotlivé palivá iba podľa produkcie emisií CO2. Problém produkcie tuhých znečisťujúcich látok (ďalej len TZL) do ovzdušia, ktoré vznikajú pri spaľovaní, vyhláška nehodnotí. Produkcia TZL, či už v porovnaní s inými fosílnymi palivami, alebo s palivami na báze dreva, robí zemný plyn jedným z najekologickejších palív vôbec.

Množstvo vyprodukovaných TZL je pri spaľovní zemného plynu niekoľkonásobne nižšie ako pri spaľovaní iných palív. Negatívny vplyv TZL na zdravie obyvateľstva je pritom alarmujúci [7]. Zvýšená koncentrácia TZL (PM2.5) zvyšuje výskyt autizmu, poruchy kognitívnych funkcií u detí, depresie, demencie, výskyt Parkinsonovej choroby, ovplyvňuje koncentráciu proteínu BDNF, respiračné choroby a pod. [7].

Plynový zdroj tepla
Medzi výhody plynového zdroja tepla patria:
•    jednoduchá a overená konštrukcia kotla,
•    inštalácia bez nutnosti budovania kotolne,
•    spoľahlivá a plne automatizovaná prevádzka (žiadne rotačné prvky okrem čerpadla),
•    stabilná účinnosť (> 90 %) v celom rozsahu vonkajších teplôt,
•    jednoduchá a okamžitá regulácia teploty,
•    ekologickosť – ide o ekologický zdroj s minimálnymi až takmer žiadnymi emisiami,
•    jednoduchá a rýchla príprava teplej vody; prietokový ohrev vody bez nutnosti inštalácie zásobníka,
•    výrazne nižšia obstarávacia cena kotla v porovnaní s ostatnými druhmi zdrojov vrátane inštalácie a údržby.

Za nevýhody plynového zdroja tepla možno považovať, že tento zdroj:  
•    neumožňuje chladenie interiéru (+ cca 3 000 € na klimatizačné jednotky),
•    je neobnoviteľný zdroj energie (v prípade, ak sa nespaľuje biometán),
•    aj v prípade spaľovania biometánu (obnoviteľný zdroj energie) chýba podpora zo strany štátu.

Príklad výpočtu rodiného domu s takmer nulovou potrebou tepla

Príklad predbežného návrhu domu
Ide o dom s takmer nulovou potrebou energie s rozlohou 120 m2. Zdrojom tepla je kondenzačný plynový kotol.
Rodinný dom je postavený súčasnými modernými technológiami, kde:
U – strop = 0,10 W/(m² . K),
U – obvodová stena = 0,11 W/(m² . K),
U – podlaha nad terénom (tzv. termodoska) = 0,12 W/(m² . K),
U – okná = 0,67 W/(m² . K).

Južná stena (veľká zasklená plocha) je optimalizovaná (najväčší zisk slnečnej energie pri najmenšej tepelnej strate), dom má rekuperáciu vzduchu s účinnosťou 75 %. Zdroj tepla je umiestnený tak, aby boli minimalizované straty v rozvodoch tepla a teplej vody.

Kombináciou využitia slnečného žiarenia, spätného získavania tepla v systéme riadeného vetrania, využitia vnútorných tepelných ziskov a vhodného centrálneho zdroja tepla – kondenzačný plynový kotol – možno zabezpečiť požiadavky určené vyhláškou o energetickej hospodárnosti budov.  


Globálny ukazovateľ (primárna energia), kategória rodinné domy v triede energetickej hospodárnosti budovy A1 je < 108 kWh/(m² . a) a v triede A0 < 54 kWh/(m² . a).
Navrhnutý rodinný dom spĺňa podľa pôvodnej vyhlášky č. 364/2012 Z. z. kritérium energetickej triedy A1, keďže 57,59 kWh/(m² . a) < 108 kWh/(m² . a), ale nespĺňa kritérium energetickej triedy A0, keďže 57,59 kWh/(m² . a) > 54 kWh/(m² . a) (tab. 2 a 3).

Navrhnutý rodinný dom spĺňa podľa vyhlášky č. 324/2016 Z. z. kritérium energetickej triedy A1, keďže 46,43 kWh/(m² . a) < 108 kWh/(m² . a) a pravdepodobne spĺňa aj energetickú triedu A0, keďže 46,43 kWh/
(m² . a) < 54 kWh/(m². a) (tab. 4 a 5).

Záver

Za presne stanovených okrajových podmienok sa zemný plyn javí ako vhodné palivo na vykurovanie a prípravu teplej vody v budovách s takmer nulovou potrebou energie, spĺňajúcich triedy energetickej hospodárnosti budov A1.

Je to najmä z dôvodu výhodného pomeru ceny kondenzačného kotla (vrátane inštalácie), vysokej účinnosti, nízkych prevádzkových nákladov, jednoduchosti, skutočného komfortu a dostupnosti, nehovoriac o takmer zanedbateľnom vplyve na ekológiu.

Pri triede A0, ktorá vstúpi do platnosti po roku 2020, je potrebné prehodnotiť hodnotu faktora primárnej energie zemného plynu a stanoviť ju na hodnotu zohľadňujúcu technickú realitu, t. j. maximálne na úroveň f_p = 1,026.

Literatúra
1. Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast).
2. Zákon č. 555 z 8. novembra 2005 o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
3. Zákon č. 300 z 18. septembra 2012, ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon) v znení neskorších predpisov.
4. Vyhláška č. 364 z 12. novembra 2012, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov.
5. Dahlsveen, T. – Petráš, D. a kol.: Energetický audit a certifikácia budov. Bratislava: JAGA Group, 2008.
6. Krajčík, M. – Petráš, D.: Energetické hodnotenie budov. Bratislava: Nakladateľstvo STU, Bratislava, 2015.
7. Šrám, R. J.: Zemní plyn a zdraví. Jesenná konferencia SPNZ, Horný Smokovec, 6. 10. 2016, http://www.spnz.sk/uploads/2016/JK_prednasky/Sram_Radim_JK_2016.pdf.
8. Vyhláška č. 324 zo 7. decembra 2016, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov.
9. STN 73 0540-2: Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky.

Text: Ing. Radovan Illith, PhD., prof. Ing. Dušan Petráš, PhD.
Radovan Illith pracuje v Sekcii prevádzky siete a riadenia aktív spoločnosti SPP – distribúcia, a. s. Dušan Petráš je vedúci Katedry TZB na SvF STU v Bratislave.
Recenzoval: doc. Ing. Michal Krajčík, PhD.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 1/2017.