Ing. František Vranay, PhD., Stavebná fakulta TU v Košiciach, Ústav pozemného staviteľstva
Energetické úspory na prevádzke budov nás motivujú nájsť nové vhodné riešenia. Cestou je znižovanie strát objektov, zvyšovanie účinnosti celého systému výroby až dodávky tepla a náklady na energie. Opatrenia sa obvykle realizujú na stavebných konštrukciách, ktoré majú spravidla najväčší vplyv na zníženie potreby tepla. V prípade zateplenia sa núka otázka aj zváženia zmeny palivovej základne pre dodávku tepla/chladu. Príspevok pojednáva o porovnaní prevádzky vplyvom zateplenia a výmenou zdroja tepla.
1. Úvod
Úlohou príspevku je vytýčené úlohy si potvrdiť v prevádzke a navrhnúť vhodné opatrenia.
- Cieľ = rozhodnúť o tom, aké opatrenia použiť pri rekonštrukcii objektu, alebo pri projektovaní nových stavieb.
- Demonštrácia = skutočný bytový dom, ktorý prešiel zateplením stavebných konštrukcií.
1.1 Metódy hodnotenia
Výpočtové hodnotenie
-
výpočtové hodnotenie budovy pred a po zateplení
-
kritériom je stanovenie celkovej energie na vykurovanie a teplú vodu
-
primárna energia je určená typom použitého paliva
-
pre rôzne druhy paliva sa určili emisie CO2
Meranie spotreby energie
-
vykonávané pri prevádzke aktuálneho zdroja tepla – plynový kotol
-
vo výpočtoch som použil zámenu plynového kotla na jestvujúcom meranom objekte za tepelné čerpadlo voda/voda a tepelné čerpadlo vzduch/voda
-
vo fakultných laboratóriách sme tieto tepelné zdroje nainštalovali a monitorovali ich fungovanie
-
pri výpočte som zohľadnil dlhoročné skúsenosti s navrhovaním a prevádzkou iných objektov s tepelnými čerpadlami
-
vyvinul som matematické modely na simuláciu systémov vykurovania a teplej vody s týmito zariadeniami
1.2 Opis posudzovaného objektu
-
Budova je obytný samostatný dom s 5 nadštandardnými bytmi obr. 1a
-
Orientácia fasády je na juh – sever
-
Celková vykurovaná podlahová plocha je 712 m2 a objem 2 136 m3
-
Zdrojom tepla je plynový teplovodný kondenzačný kotol obr. 1b
-
Meranie sa uskutočňuje
– na vstupe do kotla plynomerom,
– teplo dodávané do vykurovania na výstupe z kotla (kalorimeter)
– teplo na ohrev teplej vody (kalorimeter). Meria sa aj množstvo privádzanej vody.
Obr. 1 a) pohľad na objekt, b) pohľad na plynovú kotolňu
2. Dopady na energetický certifikát objektu
Článok nadväzuje na publikovaný príspevok, kde pre dosiahnutie kategórie „A1“ je vhodné použitie tepelného čerpadla ako zdroja tepla pre vykurovanie a ohrev teplej vody. Preto v ďalšom pokračovaní riešim porovnanie plynového kotla a tepelných čerpadiel.
3. Namerané a prepočítané spotreby energie – vplyv zateplenia
- Ďalším krokom bolo porovnanie nameranej spotreby – prevádzka objektu s existujúcou plynovou kotolňou. Meranie bolo aplikované na budovu v roku 2015.
- Celý rok s meraním pred izoláciou je od roku 2016. Počas roku 2017 bol objekt zatepľovaný, takže údaje v porovnaní nevyužívame. Do porovnávania vstupuje rok 2018, ktorý je už celý v režime zateplenia.
- Porovnanie tvoria hodnoty spotreby energie merané priamo pri zdroji tepla (plyn) a samostatne energia na UK a ohrev TV.
- Odpočty sa uskutočňovali v týždenných intervaloch a sú znázornené na obrázku 2 a 3.
Obr. 2 a) priebeh spotrieb plynu a tepla na UK a TV za rok 2016, b) … za rok 2018
Obr. 3 a) priebeh priemerných exteriérových teplôt vzduchu za rok 2016, b) … za rok 2018
Hodnoty nameraných spotrieb energie boli prepočítané podľa dennostupňov, aby bolo možné porovnávať roky 2016 a 2018 a určiť energetický prínos zateplenia objektu (obr. 4).
Obr. 4 prepočet spotrieb energie podľa dennostupňov len na vykurovanie
Podľa prepočtu je možné konštatovať, že spotreba tepla na vykurovanie vplyvom zateplenia objektu klesla o 35,7 %.
4. Výmena zdroja tepla – energetické porovnanie
Cieľom práce bolo určiť najvhodnejší zdroj tepla podľa energetického certifikátu. Najvýhodnejšie je drevné palivo v tomto prípade neopodstatnené.
Do porovnania navrhujem tepelné čerpadlo, v prvom prípade voda / voda a vzduch / voda. Porovnanie sa realizuje ku existujúcej plynovej kotolni pre vykurovanie a ohrev teplej vody.
4.1 Bilancia nameranej prevádzky plynovej kotolne UK + TV
Obr. 5 a) priebeh spotrieb plynu a elektrickej energie za rok 2016, b) … za rok 2018
Vplyvom zateplenia sa okrem zníženia spotreby plynu, zníženie teploty vykurovacej vody má za následok zvýšenie účinnosti kotla z 93,6% na 94,1%.
4.2 Bilancia simulácie prevádzky tepelného čerpadla voda/voda UK + TV
Simulácia bola realizovaná pomocou matematického modelu pre prevádzku objektu tepelným čerpadlom voda/voda za rovnakých podmienok pre roky 2016 a 2018.
Obr. 6 a) priebeh spotrieb elektrickej energie pre TČ voda/voda za rok 2016, b) … za rok 2018
Za predpokladu rovnakého tepelného čerpadla voda/voda v roku 2016 a 2018 sa vplyvom zateplenia znížila potreba elektrickej energie na pohon TČ z 27 535 kWh na hodnotu 12 628 kWh. Vo vyjadrení SPF je nárast z pôvodných 2,88 na hodnotu 3,99.
4.3 Bilancia simulácie prevádzky tepelného čerpadla vzduch/voda UK + TV
Simulácia bola realizovaná pomocou matematického modelu pre prevádzku objektu tepelným čerpadlom vzduch/voda za rovnakých podmienok pre roky 2016 a 2018. Tepelné čerpadlo je v tomto prípade investične výhodnejšie. V porovnaní uvádzam len prevádzkové náklady bez servisných zásahov.
Obr. 7 a) priebeh spotrieb elektrickej energie pre TČ vzduch/voda za rok 2016, b) … za rok 2018
Za predpokladu rovnakého tepelného čerpadla voda/voda v roku 2016 a 2018 sa vplyvom zateplenia znížila potreba elektrickej energie na pohon TČ z 33 497 kWh na hodnotu 17 153 kWh. Vo vyjadrení SPF je nárast z pôvodných 2,37 na hodnotu 2,94.
4.4 Vyhodnotenie a porovnanie prevádzok
- Vďaka výraznému zníženiu tepelných strát budovy z dôvodu tepelnej izolácie sa zvyšuje účinnosť tepelného čerpadla (TČ).
- Teplota vykurovacej vody je nižšia, čo má priaznivý vplyv na COP a SPF.
- Znížená spotreba energie značne nahradí potrebu bivalentného zdroja tepla. Výsledky sú uvedené v tabuľke 1.
Tab. 1 Výsledná bilancia spotrieb energií a produkcie emisií CO2 pre UK + TV
Tab. 2 Vzájomné porovnanie LEN ZATEPLENIE – LEN VYMENA ZDROJA + ZATEPLENIE A VYMENA ZDROJA
Obr. 8 a) porovnanie spotrieb energií, b) porovnanie emisií CO2
4. Záver
- Merania a bilancie boli prevedené na existujúci bytový dom.
- Použité bilančné programy sú výsledkom dlhodobých meraní a praktických skúseností.
- Výsledky sa dajú zovšeobecniť a môžu pomôcť pri rozhodovaní o renováciách, alebo energetických koncepciách pri navrhovaní nových budov.
- Budova bola hodnotená podľa podmienok SR s aplikáciou európskych noriem.
- Z hľadiska energetickej certifikácie je drevo najlepším palivom pre primárnu energiu. Musí sa zvážiť jej potenciál a budúca dostupnosť. Nepovažujeme to za perspektívne palivo najmä v mestských oblastiach.
- Výhoda tepelných čerpadiel v danom porovnaní je podporená aj splnením kritéria A1.
- Výmena pôvodného zdroja za tepelné čerpadlo je tiež možné, pretože po zateplení sa výrazne zníži potreba tepla.
- Zníženie výkonu vykurovacieho systému je možné dosiahnuť znížením teploty vykurovacej vody. To má priaznivý vplyv na vyššiu prevádzkovú účinnosť tepelného čerpadla COP.
- Ak je ťažké dosiahnuť kategóriu A1, resp. B je možné inštalovať obnoviteľné zdroje – solárne systémy, v prípade teplovodných systémov s vyššou účinnosťou na predohrev teplej vody a podporu vykurovania.
- Pri použití fotovoltaických systémov je možné znásobiť získanú elektrickú energiu generovanú výrobou tepla pomocou tepelných čerpadiel.
