Dnešná doba prináša nový pohľad na výstavbu a rekonštrukciu objektov. Jeden zo základných faktorov pri výstavbe je prvotná investícia do technológií, zabezpečujúcich základné parametre budovy. V budove je potrebné zabezpečiť vykurovanie, chladenie, výmenu vzduchu a celkovú pohodu pre užívateľov budovy. Neposledným faktorom ale začínajú byť aj náklady na prevádzku zdroja tepla a chladu a optimalizáciu spotreby tepla a chladu pre použité technológie v budove.

V ďalšom texte si popíšeme možnosti zníženia investičných nákladov s pohľadom na adekvátne zníženie prevádzkových nákladov budovy využitím vhodných prvkov a zariadení. Pri navrhovaní systémov vykurovania je prvým krokom návrh použitých konštrukcií a materiálov. Využitie materiálov na výstavbu stanovujú hlavný faktor spotreby budovy. Základom je použiť materiály s najlepšími tepelnoizolačnými materiálmi, otvorové konštrukcie musia zabezpečiť dostatočné udržanie tepla vo vnútornom priestore v zimnom období a naopak zabránenie prehrievaniu vnútorného priestoru v sezóne chladenia. Z daných parametrov vychádza energetická potreba budovy.

V dnešnej dobe je vhodné využiť pre výpočet nielen normované výpočty potreby tepla a chladu, ale taktiež sa vo veľkej miere využíva počítačová termodynamická simulácia, ktorá dokáže nahradiť výpočet tepelných strát a ziskov s prihliadnutím na klimatické podmienky za posledné roky v danej lokalite budúceho umiestnenia stavby s využitím posúdenia vplyvu pôsobenia slnečného žiarenia. Z praxe existujú porovnania výpočtu tepelných strát a ziskov normovou metódou a metódou termodynamickej simulácie. Výpočtové výsledky simulácie dokázali, že budovy potrebujú reálne o 10 – 15 % menší výkon vykurovacích a chladiacich zariadení pri zohľadnení reálnych klimatických podmienok budúceho umiestnenia stavby, zohľadnenia tvaru budovy a prvkov tienenia. Hlavný dopad sa odzrkadlí v investícií do technológie vykurovania a chladenia. Špičkový výkon je možné zabezpečiť nižším výkonom s využitím akumulácie budovy, prípadne akumulácie energie v strojovni vykurovania alebo chladenia.

Ďalšou, už všeobecne známou optimalizáciou je znižovanie výstupnej teploty vykurovania a zvyšovanie výstupnej teploty pre chladenie. Pre tieto možnosti sú v dnešnej dobe použiteľné aj konvenčné zariadenia, radiátory, fancoili, ale čím ďalej tým viac, sa do popredia dostávajú systémy využívajúce iba dvojtrubkový systém. Tými sú podlahové vykurovania, prípadne duálne stropné systémy vykurovania a chladenia. Využitím jedného systému pre vykurovanie a chladenie investor opäť znižuje náklady na dvojitý rozvod, ktorý by každý samostatne slúžil pre vykurovanie alebo chladenie.

Pri optimalizácií obvodového plášťa a správneho návrhu fasády je možné aj eliminovať často potrebné rozdielne režimy na rôznych častiach budovy. Juh-chladenie, sever ešte vykurovanie. Využitie sálavých plošných systémov je vhodné nielen energeticky, ale aj zdravotne, sálavý systém je bezúdržbový bez potreby pravidelného čistenia od prachu a nečistôt. To znamená, že daný prach v priestore ani nevíri, nakoľko nevyužíva prúdenie vzduchu na odovzdanie tepla/chladu do priestoru. Neposledným parametrom je aj estetika a možnosť riešenia voľnej dispozície priestoru. Sálavý systém využíva veľké plochy stropu alebo steny, ktorú ohrieva alebo schladzuje permanentným prúdením vykurovacej alebo chladiacej vody. Systém je nízkoteplotný čo znamená, že zdroj tepla nemusí vyrábať vysokú výstupnú teplotu pre vykurovanie. Optimalizovaný teplotný spád je 36 °C/32 °C. Pre chladenie taktiež využíva minimálnu teplotu 16 °C. Pri spáde 16 °C/19 °C – 20 °C. Danou optimalizáciou výstupných teplôt má investor možnosť použiť bezproblémovo obnoviteľný zdroj tepla a chladu.

Pri výbere obnoviteľného zdroja sa vždy uvažuje s pripojovacími možnosťami primárnej energie. Bežne používané energie sú elektrická energia z distribučnej siete, plyn z distribučnej siete alebo biometán z priľahlého zdroja, prípadne LPG pri vybraných typoch zdrojov. Ako obnoviteľný zdroj sa najčastejšie v komerčnej výstavbe využíva tepelné čerpadlo.

Tepelné čerpadlo ako zariadenie má výhodu duálneho využitia pre vykurovanie aj chladenie. Pre porovnanie tepelných čerpadiel s pohonom elektrickým a plynovým je základný faktor dosahovaný výkon jednej jednotky pre jednotlivé potrebné energie. Obvykle elektrické tepelné čerpadlo má omnoho nižší výkon v chladení ako vo vykurovaní. Plynové tepelné čerpadlá sú na tom rôzne, rozdiel medzi nominálnym výkonom pre vykurovanie a chladenie sa pohybuje od 3 % až do 30 % rozdielu medzi dosahovanými výkonmi jednotlivých režimov. Pri dimenzovaní tepelného čerpadla sa zohľadňujú hlavne klimatické podmienky. Tepelné čerpadlo pracuje v obmedzenom režime výkonu pri nižších vonkajších teplotách. Obmedzenie výkonu pre elektrické čerpadlá predstavuje už teplota pod 0 °C, kedy začína tepelné čerpadlo spotrebovávať vlastnú energiu na odmrazovanie výparníka, čo výrazne znižuje dosahovaný výkon vyrobený a odovzdaný do budovy.

Pri plynových tepelných čerpadlách AISIN TOYOTA je chladivo do výparníka predhrievané zbytkovou energiou spaľovacieho motora a tým pádom neobmedzuje výstupný výkon tepelného čerpadla a zariadenie dokáže vyrábať nominálny výkon až do vonkajšej teploty -20 °C a celoročne využíva aerotermálnu energiu-vzduch. Veľkou výhodou určitých typov tepelných čerpadiel je využitie odpadového tepla z motora a výfuku na vysokoteplotný ohrev. Tepelné čerpadlá z tohto výstupu dokážu vyrobiť energiu v hodnote výkonu motora. V praxi pri motore o výkone 30 HP je výstup možný až o teplote 65 °C s celkovým výkonom cca 30 kW. Pri inštalácií takéhoto zdroja použitím plynového tepelného čerpadla AISIN TOYOTA je možnosť dosiahnuť sezónnu účinnosť zdroja (SPER) pri chladení až 1,7 a pri vykurovaní sa pri plynových tepelných čerpadlách pohybuje SPER až na hodnote 1,5.

Pri porovnávaniach je potrebné uvedomiť si rozdiel nákupu jednotlivých energií. V tomto prípade sa ceny energií od distribučných spoločností pohybujú pri elektrickej energií na hodnote 0,12Eur/kWh a pri plyne na hodnote 0,05 Eur/kWh. Pri využití odpadového tepla z plynových tepelných čerpadiel AISIN TOYOTA vie rozdiel úspory prevádzkových nákladov na energie činiť až cca 23 %. Neposledný faktor je ekológia zdroja. Pri využití obnoviteľných zdrojov sa spravidla využíva aj konvenčný zdroj pre zabezpečenie tepla pri nízkych vonkajších teplotách. Pri správnej voľbe vykurovacieho systému – nízkoteplotného vykurovacieho systému a správnej akumulácií je možné využiť iba obnoviteľný zdroj tepla. Plynové tepelné čerpadlo AISIN TOYOTA je pre daný druh zdroja tepla optimálnym zariadením, nakoľko nie je jeho dosahovaný výkon obmedzený vonkajšou teplotou. Dané zariadenie dokáže voči konvenčnému zdroju, teda tepelné čerpadlo AISIN TOYOTA s využitím okolitého vzduchu ušetriť až 40 % emisií CO2. Pri správnom dimenzovaní zdroja je možné taktiež znížiť podiel primárnej energie pre spotrebu budovy až o 40 %.

Výpočtové porovnanie rozdielu použitia elektrického tepelného čerpadla vzduch/voda verzus plynového tepelného čerpadla AISIN TOYOTA vzduch/voda pre objekt so spotrebou 368 387 kWh pre vykurovanie a 126 000 kWh pre chladenie:

  • Celková potreba tepla: 386 387 kWh
  • Celková potreba chladu: 126 000 kWh

Plynové tepelné čerpadlá AISIN TOYOTA:

  • výstupná teplota = 50 °C, Hot-kit – teplo z motora 60/55 ˚C
  • sezónne výkonové číslo pre vykurovanie pri požadovanom teplotnom spáde 45/40 ˚C SPF = 1,54, vplyv odmrazovacích cyklov 0 %
  • sezónne výkonové číslo pre chladenie pri požadovanom teplotnom spáde 7/12˚C a chodu Hot kitu do OPV ESER = 1,87
  • potreba tepla vyrobená kotlom 144 895 kWh
  • potreba tepla vyrobená plynovými tepelnými čerpadlami 241 492 kWh

Elektrické tepelné čerpadlá:

  • výstupná teplota 62 °C
  • sezónne výkonové číslo pre vykurovanie pri požadovanom teplotnom spáde 45/40 ˚C SPF = 2,74, po započítaní odmrazovacích cyklov (-25 %) klesne SPF = 2,06
  • sezónne výkonové číslo pre chladenie pri požadovanom teplotnom spáde 7/12 ˚C ESER = 2,36
  • potreba tepla vyrobená kotlom 144 895 kWh
  • potreba tepla vyrobená plynovými tepelnými čerpadlami 241 492 kWh

GEHP a AWS

Výpočet prevádzkových nákladov

  1. Spotreba plynu pre bivalentnú kotolňu – plynové tepelné čerpadlá GHP a kondenzačný kotol KK.
  • Cena plynu v sadzbe M8 = 0,0533 €/kWh, fixná sadzba 285,39 €/mes.
  • Tepelný výkon GHP25HP pri výpočtovej teplote -11 ˚C a spáde 45/40 ˚C = 2 x 62 kW = 124 kW
  • Chladiaci výkon GHP25HP pri výpočtovej teplote 35 ˚C a spáde 7/12 ˚C =2 x 63,5 kW = 127 kW
  • Náklady na ZP UK pre KK = 144 895 kWh x 0,0533 €/kWh/0,98 = 7 880 €
  • Náklady na ZP UK pre GHP = 241 492 kWh x 0,0533 €/kWh/1,54 = 8 358 €
  • Náklady na ZP chladenie pre GHP = 126 000 kWh x 0,0533 €/kWh/1,87 = 3 591 €
  • Náklady na ZP fixné platby M8 = 285,39 € x 12 mesiacov 3 424 €
  • Náklady na plyn spolu = 23 253 €
  1. Spotreba elektrickej energie a plynu pre bivalentnú kotolňu – elektrické tepelné čerpadlá a kondenzačný kotol KK.
  • Cena plynu v sadzbe M7 = 0,0537 €/kWh , fixná sadzba 128,73 €/mes.
  • Počet ETČ pre výkon 124 kW pri výpočtovej teplote -11 ˚C a spáde 45/40 ˚C 3 kusy
  • Počet ETČ pre výkon 124 kW s vplyvom odmrazovania -25 % = 4 kusy
  • Výpočet potrebného istenia pre fixné platby 3 x 63 A x 4 kusy = 756 A
  • Náklady na ZP UK pre KK = 144 895 kWh x 0,0537 €/kWh/0,98 = 7 939 €
  • Náklady na ZP fixné platby M7 =128,73 € x 12 mesiacov 1 544 €
  • Náklady na silovú EE UK = 241 492 kWh x 0,077 €/kWh /2,06 = 9 026 €
  • Náklady na silovú EE pre chladenie = 126 000 kWh x 0,077 €/kWh/2,36 = 4 111 €
  • Náklady na distribúciu EE (241 492 kWh + 126 000 kWh) x (0,023579 + 0,008145 + 0,00327) = 12 860 €
  • Náklady na EE fixné platby 765 A x 0,2202 €/A x 12 mes = 2 021 €
  • Náklady na EE a plyn spolu = 37 501 €

Zhodnotenie

Použitie elektrických tepelných čerpadiel vzduch/voda v bivalencii s kondenzačným kotlom zvyšuje prevádzkové náklady na energie z úrovne 23 253 €/rok na 37 501 €/rok, čo je nárast o 60 %.

Poklesom výkonu elektrických tepelných čerpadiel pri výpočtovej teplote -11 ˚C a vplyvom odmrazovacích cyklov bude potrebné pre zabezpečenie rovnakého tepelného výkonu pri -11 ˚C zakúpiť 4 kusy elektrických tepelných čerpadiel vzduch/voda namiesto dvoch kusov plynových tepelných čerpadiel GHP25HP. Na tieto 4 kusy sa vzťahujú investičné náklady a náklady na servis. Z uvedených údajov vyplýva, že využitie plynových tepelných čerpadiel AISIN TOYOTA GHP25HP namiesto elektrických tepelných čerpadiel by pre investora znamenalo zníženie investičných a prevádzkových nákladov. Zároveň ale z toho vyplýva, že využitie plynových tepelných čerpadiel by pri danej investícií zabezpečilo kompaktnejšiu zostavu plynových tepelných čerpadiel, plnohodnotný zdroj tepla a chladu pre potreby danej budovy so všetkými výhodami popísanými v článku vyššie. V jednoduchosti povedané, vyššie COP neznamená vyššie úspory, je potrebné hodnotiť zariadenia z dlhodobého investičného, prevádzkového a v neposlednom rade ekologického hľadiska.

Daniel Izakovič, ESM-YZAMER, energetické služby a monitoring s.r.o.

ZDROJ: Zdrojové informácie čerpané z dostupných online cenníkov distribučných spoločností v SR. Všetky hodnoty majú informatívny a nezáväzný charakter.