asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Alternativa centralizovaného zásobování teplem

29.05.2014

Ve snaze v maximální míře snížit tepelnou ztrátu panelových bytových domů a tím i náklady na vytápění, které obvykle tvoří největší část provozních nákladů v nezateplených budovách, přistupují vlastníci bytů k obnově domu v podobě zateplení. Kvalitním zateplením lze totiž dosáhnout velmi výrazné snížení tepelné ztráty. Po snížení tepelné ztráty budovy je potom v mnoha případech finančně výhodnější přejít na jiný zdroj vytápění s nižší cenou energie.

Centrální zásobování teplem

Ve většině existujících panelových bytových domech slouží jako zdroj tepla na vytápění a přípravu teplé vody systém centrálního zásobování teplem. Jde o centralizovanou výrobu tepla, která se získává buď z výroby elektrické energie v teplárnách (obr. 1 ), nebo v menší míře v kotelnách určených pouze na distribuci tepla. Většina tepláren v současnosti spaluje uhlí, kotelny vyrábějí teplo nejčastěji ze zemního plynu, mazutu nebo vytápěcího oleje. Pokud se teplo do budovy dodává z centrálních tepláren, zvyšuje se množství vyrobené energie potřebné na vytápění a přípravu teplé vody v budovách o teplo potřebné na pokrytí tepelné ztráty distribucí tepla mezi teplárnou a panelovým bytovým domem. Teplovody vybudované v minulosti bývají v současnosti už zastaralé a při transportu tepla na dlouhé vzdálenosti nastávají poměrně velké ztráty. Na ilustraci – 1 km potrubí 2× DN100 s tepelnou izolací s tloušťkou 5 cm má tepelnou ztrátu přibližně 30 kW při teplotním spádu 90/70 °C (tedy přibližně 30 W/m potrubí). Tato ztráta v distribuční soustavě se potom promítá do výsledné ceny tepla, která může být v konečném důsledku vyšší než teplo vyrobené v lokálním zdroji. Výhodou centrálního zásobování teplem je na druhé straně bezpečnost dodávky, přesunutí zdroje znečištění mimo město, kvalitnější spalování a technologie čištění spalin než v lokálních kotelnách.

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

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

Výměna zdroje tepla

Cena tepla z CZT se v závislosti na jednotlivých dodavatelích a druzích primárního paliva podstatně liší a pohybuje se v rozpětí přibližně 19,40 €/GJ až 70,20 €/GJ (ceny schválené ÚRSO na rok 2013). V krajích s nízkou cenou tepla nemusí být některá řešení výměny zdroje dostatečně efektivní na to, aby se investice vrátila v podobě úspory nákladů. Naopak v lokalitách s vyšší cenou tepla může přinést výměna zdroje tepla na vytápění, případně přípravu teplé vody, významnou úsporu provozních nákladů. Těmito lokálními zdroji může být například plynová kotelna, elektrické tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinaci s elektrokotly a plynové tepelné čerpadlo v kombinaci s kotly na zemný plyn. V některých případech se lze setkat i s kombinací elektrického tepelného čerpadla s kogenerační jednotkou, která dodává čerpadlům potřebnou elektrickou energii. Tyto zdroje jsou umístěny přímo v budově (nebo na střeše) a liší se ve svých energetických parametrech účinnosti, ve spojení s vytápěcí soustavou, ztrátami v rozvodech a účinností systému regulace. Ve svých ekonomických parametrech se zdroje odlišují ve spotřebě paliva a jeho ceny a ve vyšší prvotní investici. Ekonomike provozu zdroje se v přípravné fázi věnuje většinou dostatečná pozornost. Méně často se už domýšlí investiční náročnost a závislost investice na tepelné ztrátě budovy. Před výměnou zdroje se v každém případě doporučuje nejdříve realizovat zateplení a co nejvíc snížit tepelnou ztrátu budovy, a až potom přesně nadimenzovat zdroj tepla na vytápění. Tím se předejde zbytečnému předimenzování zdroje a s tím spojeným vyšším nákladům na jeho koupi a provoz. Snížení tepelných ztrát většinou umožňuje nainstalovat nízkoteplotní systém vytápění. Při zachování původní vytápěcí soustavy je však potřebné klást důraz na důkladnou dynamickou regulaci vytápěcí soustavy s efektivním využíváním vnitřních a solárních zisků.

Elektrická tepelná čerpadla vzduch-voda

Klasická elektrická tepelná čerpadla se instalují v kombinaci s elektrokotlem, který pokrývá výkonové špičky při velmi nízkých vnějších teplotách. Vzhledem k velikosti a majetkově právním vztahům k pozemkům kolem panelových bytových domů a také finanční náročnosti při budování zemních kolektorů či vrtů je reálnější použití tepelných čerpadel vzduch-voda. Tepelná čerpadla se mohou umístit na střechu budovy na konstrukci přizpůsobenou rozpětí nosných prvků budovy. Není nutné budovat žádné přístřešky, protože tepelná čerpadla se dodávají ve vyhotovení vhodném do exteriéru. Při umístění na střeše je však potřebné počítat s tím, že kompresorové jednotky vytvářejí hluk, který může působit rušivě na okolní objekty (obr. 2).

Obr. 2 Elektronická tepelná čerpadla vzduch-voda umístěná na střeše bytového domu (foto: Tepelná čerpadla IVT, s. r. o.)

Obr. 2 Elektronická tepelná čerpadla vzduch-voda umístěná na střeše bytového domu (foto: Tepelná čerpadla IVT, s. r. o.)

Další možnost představuje umístění čerpadel do předzahrádky bytového domu (obr. 3) do opláštění. Opláštění se zhotovuje většinou z důvodu prevence poškození tepelných čerpadel a, samozřejmě, i na omezení hluku, který produkují. Pokud se v budově nachází dostatečně velká technická místnost, v níž lze jednoduše vyřešit přívod vnějšího vzduchu a odvod kondenzátu, mohou se tepelná čerpadla umístit i do této místnosti. Při instalaci kaskády tepelných čerpadel je většinou nutné navýšit příkon elektrické přípojky, což může sehrávat hlavní roli při rozhodování, zda se použije právě tato alternativa. Elektrická tepelná čerpadla se zapojují do kaskády, přičemž se postupně zapínají podle potřeby tepla řídicí jednotkou. Při kaskádovém zapojení odpadá časté startování zařízení, celý systém má tak větší účinnost a tepelná čerpadla pracují s vyšším vytápěcím faktorem (účinností). Elektrická tepelná čerpadla mají poměrně velký vytápěcí faktor s průměrnou roční hodnotou přibližně 2,7.

Obr. 3 Kaskáda elektrických tepelných čerpadel vzduch-voda umístěných v předzahrádce bytového domu (foto: AtaxCZ)

Obr. 3 Kaskáda elektrických tepelných čerpadel vzduch-voda umístěných v předzahrádce bytového domu (foto: AtaxCZ)

Plynová tepelná čerpadla

Pokud nelze dostatečně navýšit výkon elektrické přípojky, lze jako alternativu elektrických tepelných čerpadel zvolit plynová absorpční tepelná čerpadla vzduch-voda v kombinaci s kondenzačními plynovými kotly. V případě plynových tepelných čerpadel je však potřebné zřídit přípojku zemního plynu s dostatečnou kapacitou. V porovnání s klasickými tepelnými čerpadly s kompresorem poháněným elektrickým proudem mají plynová tepelná čerpadla nižší tepelný faktor, a to jen 1,2 až 1,4. Výhodou plynových tepelných čerpadel je to, že nejsou tak náchylné na změny teplot okolního vzduchu, takže vytápěcí faktor je garantovaný téměř během celého roku. Během mrazů se však jejich účinnost přibližuje k účinnosti kondenzačních kotlů. Proto se v praxi vzhledem k rozdílům v pořizovací ceně plynových kondenzačních kotlů a tepelných čerpadel navrhují soustavy tepelných čerpadel s kondenzačními kotly. Tato soustava tepelných čerpadel a kondenzačních kotlů se většinou umisťuje na střechu na nosný rošt nebo do technického podlaží, kde je však potřebné řešit odvod spalin a přívod vnějšího vzduchu. Tepelná čerpadla s plynovými kondenzačními kotly se zapojují do kaskády a postupně, podle potřeby tepla, spínají (obr. 4). Tím se zaručí poměrně efektivní provoz a rovnoměrné opotřebování.

Obr. 4 Plynová tepelná čerpadla zapojená do kaskády (foto: Robur)

Obr. 4 Plynová tepelná čerpadla zapojená do kaskády (foto: Robur)

Jaký lokální alternativní zdroj tepla zvolit?

Elektrická tepelná čerpadla mají vyšší vytápěcí faktor  než čerpadla plynová, avšak tento rozdíl se dorovnává rozdílem ceny plynu a elektrické energie. Ve výsledku se tak při volbě obou typů tepelných čerpadel dosáhne v horizontu čtyřiceti let velmi podobná finanční úspora, a to 48 až 108 eur na čtvereční metr podlahové plochy bytů v zatepleném bytovém domě v oblastech s nižší cenou tepla (19,40 €/GJ). Řádově 3× vyšších úspor lze docílit v oblastech s cenou tepla kolem 33,50 €/GJ. V oblastech s vyšší cenou za teplo jsou úspory ještě vyšší. Finanční úspora je vyčíslena po odpočítání vstupních investičních nákladů, reinvestic do jednotlivých komponentů a při uvažovaném meziročním nárůstu cen energie o 3 %.

Kotelna na zemní plyn

Pokud se dá do bytového domu přivést dostatečná přípojka zemního plynu, lze jako zdroj tepla zvolit klasickou kotelnu s kaskádou kondenzačních kotlů na zemní plyn. V porovnání s tepelnými čerpadly je tento zdroj z finančního hlediska levnějším řešením (přibližně 6,8 až 24 €/m2 podlahové plochy bytů), avšak v porovnání s tepelnými čerpadly přináší menší úsporu financí, a to přibližně do 32 €/m2 při nižší ceně tepla, a řádově 3× vyšší úsporu při vyšší ceně tepla v případě již zateplené budovy. V některých budovách, které se nacházejí v oblastech s nižší cenou za teplo, nemusí volba tohoto zdroje znamenat snížení nákladů. Pro konkrétní bytový dům je proto vždy potřebné vykonat ekonomické posouzení. Jen tak lze zjistit, zda je investice výhodná nebo ne. Kotelna se umisťuje do technického podlaží budovy, přičemž se musí vyřešit přívod čerstvého vzduchu a odvod spalin (obr. 5). Ten se nejčastěji realizuje po fasádě, výjimečně ve výtahové šachtě jako zvláštní požární úsek. Pokud se použije kondenzační kotel vhodný do exteriéru, lze kotelnu umístit i na střechu budovy na nosný rošt. U této varianty umístění odpadá řešení odvodu spalin. Plynové kondenzační kotle se zapojují do kaskády a podle potřeby se zapínají pomocí automatické řídicí jednotky. Tento způsob zapojení umožňuje jednotlivým kotlům pracovat v optimálním režimu, což zaručuje lepší účinnost zdroje a tím i určitou úsporu nákladů.

Obr. 5 Plynová kotelna (foto: Buderus)

Obr. 5 Plynová kotelna (foto: Buderus)

Je vůbec odpojení od CZT možné?

Touto otázkou se v současnosti zabývá stále více bytových družstev a vlastníků bytů, především v oblastech, kde se cena za teplo přibližuje k horní hranici 70,20 €/GJ.
Úplné odpojení je však možné jen tehdy, když se splní podmínka zákona č. 657/2004 Z. z., a to § 20, který zní:

„(1) Odběratel a konečný spotřebitel mohou ukončit odběr tepla
a) na základě zákona,
b) dohodou.
(2) Ukončit odběr tepla na základě zákona lze, pokud
a) dodavatel tepla bez předcházející dohody s odběratelem a konečným spotřebitelem změní teplonosnou látku,
b) dodavatel tepla ani po předcházející písemné výzvě odběratele nebo konečného spotřebitele neodstraní nedostatky v kvalitě, množství a ve spolehlivosti dodávek tepla nebo neplní podstatné náležitosti smlouvy o dodávce a odběru tepla, hlavně parametry teplonosné látky a hospodárnost dodávky tepla.
(3) Ukončit odběr tepla může odběratel i dohodou s dodavatelem, pokud odběratel uhradí dodavateli ekonomicky oprávněné náklady vyvolané odpojením odběratele od soustavy tepelných zařízení dodavatele. Pokud dodavatel tepla ve své dodávce tepla dodává více než 10 % a méně než 60 % tepla vyrobeného z obnovitelných zdrojů energie, odběratel tepla může ukončit odběr tepla jen tehdy, když zabezpečí dodávku tepla vyrobeného z obnovitelných zdrojů energie v podílu o 20 % vyšším než má současný dodavatel tepla. Pokud dodavatel tepla ve své dodávce tepla dodává více než 60 % tepla vyrobeného z obnovitelných zdrojů energie, odběratel tepla může ukončit odběr tepla jen tehdy, když zabezpečí celou dodávku tepla, vyrobeného z obnovitelných zdrojů energie s výjimkou tepla, které vzniká při zapálení obnovitelného zdroje energie fosilním palivem.“

Rozsah ekonomicky oprávněných nákladů vyvolaných odpojením se odběratele nebo konečného spotřebitele od soustavy tepelných zařízení dodavatele a způsob výpočtu těchto nákladů ustanovuje Úřad pro regulaci síťových odvětví v souladu se zákonem č. 276/2001 Z. z. o regulaci v síťových odvětvích a o změně a doplnění některých zákonů. Úplné odpojení je spojeno nejen s vyššími investičními náklady, ale i se stavebním řízením a s administrativními úkony, které mohou zájemce odradit. V případě, že by přece jen někdo nechtěl být závislý na dodávkách z CZT a chtěl mít vlastní lokální zdroj, vhodnou alternativou může být zachování přípojky CZT, přičemž se s distributorem dohodne na snížení množství dodávaného tepla. Tímto množstvím by se potom pokryla výkonová špička během extrémních teplot (doplněk k lokálnímu zdroji). Převážnou část roku by tak lokální zdroj nahrazoval samotnou tepelnou ztrátu budovy. Je však nutné se připravit na to, že k takovéto dohodě nemusí dojít.

Závěr

Alternativ centrálního zásobování teplem je celá řada. Před přijetím konečného rozhodnutí je však potřebné vykonat ekonomickou analýzu na konkrétní panelový bytový dům v dané lokalitě. Návratnost tepelných čerpadel se pohybuje v lokalitách s cenou tepla 19,40 €/GJ v rozpětí 4 až 13 let v závislosti na typu a věku budovy. V lokalitách s vyšší cenou tepla je návratnost investice do tepelného čerpadla řádově několik let. V kalkulované návratnosti však není zahrnut poplatek za odpojení se od CZT, který může návratnost posunout i do záporných čísel. Z tohoto hlediska je potom výhodnější pomocí CZT pokrývat výkonové špičky a tím zabezpečit doplňkový zdroj k lokálnímu hlavnímu zdroji tepla. To, zda zvolit elektrické nebo plynové tepelné čerpadlo, zda nejlevnější variantu, a to kondenzační kotel, závisí na místních podmínkách a možnostech navýšení dodávaného množství elektřiny nebo plynu pro lokální zdroj. V případě, že distributor neumožní například pro elektrické tepelné čerpadlo navýšit příkon pro panelový bytový dům, nabízí se varianta výroby elektřiny potřebné na provoz tepelného čerpadla pomocí kogenerační jednotky. Tato kombinace však přináší další komplikace, které souvisejí se zabezpečením odvodu spalin, přívodem spalovacího vzduchu a eliminací vibrací a hluku v kotelně. Technickou komplikací je i nárazové proudové napětí při startu jednotky, na které nejsou tepelná čerpadla konstruována. Zároveň existuje riziko, že tato varianta nesplní požadavky zákona č. 478/2002 Z. z. o ochraně ovzduší a stavební úřad by tak nemusel vydat souhlasné rozhodnutí. Před plánovanou výměnou zdroje tepla je zároveň potřebné se v teplárnách informovat, jaké jsou jejich požadavky, a na Úřadě pro regulaci síťových odvětví zjistit náklady na odpojení. Až potom lze korektně vyčíslit celkovou ekonomickou návratnost výměny zdroje tepla.

Autoři: Ing. Petr Kotek, PhD., Miroslav Purkert, Ing. Lucie Červená, Ing. Petr Vogel

Ing. Petr Kotek, PhD., Miroslav Purkert, Ing. Lucie Červená, Ing. Petr Vogel
Ing. Petr Kotek, PhD., je projektantem TZB a energetickým specialistou společnosti Energysim.
Ing. Miroslav Purkert v roce 2012 úspěšně absolvoval studium oboru budovy a prostředí na Stavební fakultě ČVUT v Praze. V současnosti pracuje jako projektant techniky prostředí staveb ve společnosti Niersberger instalace, s. r. o.
Ing. Lucie Červená je odbornou asistentkou ve společnosti EkoWaTT. Specializuje se na problematiku úspor energie, pohody vnitřního prostředí, certifikaci LEED a SBToolCZ a podílí se na výzkumných projektech.
Ing. Petr Vogel je konzultantem specialistou ve společnosti EkoWaTT, spoluzakladatelem a předsedou představenstva České rady pro šetrné budovy. Věnuje se tvorbě výpočtových aplikací na optimalizaci návrhu a předběžné posouzení pasivních rodinných a bytových domů.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media