Výběr zdroje tepla pro rodinný dům s ohledem na energetickou náročnost a další faktory

Úvod

Při své technické a pedagogické praxi se často setkávám s dotazem, jaký tepelný zdroj pro rodinný dům zvolit, jaký zdroj je nejlepší z pohledu pořizovací ceny, provozu atd. Obvykle se takovými dotazy setkávám v rámci různých stavebních veletrhů, nebo akcí pořádaných univerzitou pro veřejnost.

Volba zdroje tepla pro vytápění a přípravu TV v rodinných domech má obvykle několik kritérií, přičemž některá s těchto kritérií nemusí mít u různých investorů stejnou váhu. Mezi zásadní kritérium patří samozřejmě dostupnost energonositelů v dané lokalitě budovy. Dalším významným hodnotícím parametrem, z pohledu zákonů, je dopad zdroje tepla na energetickou náročnost budovy. Neméně významné je i kritérium ekologické, tvorba emisí daného zdroje tepla. Článek uvádí případovou studii volby zdroje tepla pro vytápění a přípravu TV v rodinném domě s ohledem na energetickou náročnost budovy, v úvahu jsou brány i ekologické dopady.

Při návrhu budov a zdrojů tepla pro tyto budovy se kromě jiných právních předpisů vychází ze zákona o hospodaření energií [1] a vyhlášky o energetické náročnosti budov [2]. Uvedené právní předpisy kladou požadavky na energetickou náročnost navrhovaného zdroje tepla. V praxi se však běžně stávají situace, kdy investor má na výběr z několika druhů zdrojů tepla, přičemž všechny splňují požadavky zmíněných právních předpisů. Jsou navrženy a posouzeny celkem tři varianty způsobu vytápění a přípravy TV.

Hodnotící kritéria

Hodnotícím kritériem dle předpisů [1, 2] je účinnost daného zdroje tepla, ale také celková spotřeba energie v palivu, potažmo spotřeba neobnovitelné primární energie. Zatím žádný právní předpis nenutí investora instalovat zdroj tepla, který bude mít nejmenší produkci CO₂ ve srovnání s ostatními zdroji tepla, které by přicházely v dané budově v úvahu. Kritérium produkce CO₂ si však může nastavit sám investor. V článku je produkce CO₂ uvedeno jako jedno z dalších hodnotících kritérií.

Popis posuzovaného objektu

Pro porovnání různých zdrojů tepla byl vybrán běžný rodinný dům. Na obrázku 1 je znázorněn pohled na tento objekt. Parametry objektu dále přibližuje tabulka 1.

Posuzovaná budova je novostavba rodinného domu umístěná přibližně 20 km jižně od Brna. Obytná část domu má čtvercový půdorys o rozměrech cca 11 × 11 m a je dvoupodlažní. K obytné části přiléhá jednopodlažní garáž s technickou místností. Budova se uvažuje jako zděná z keramických dutinových tvárnic a bude opatřena kontaktním zateplovacím systémem.

Celková tepelná ztráta byla vypočtena dle normy ČSN EN 12 831 a činí 6 570 W.

Volba zdrojů tepla

Pro budovu byly posuzovány tři možné zdroje tepla na vytápění a přípravu TV. Přehled zdrojů tepla na vytápění a přípravu TV je uveden v tabulce 2. Každá varianta uvažuje s teplovodní otopnou soustavou. Byla zvolena účinnost distribuce tepla na vytápění 89 % a účinnost sdílení energie na vytápění 88 %. Tyto účinnosti jsou stejné pro všechny varianty. Ve variantě I je uvažováno se závěsným kondenzačním plynovým kotlem, který vytápí a současně ohřívá zásobník TV. Varianta II zahrnuje zplyňovací kotel na biomasu pro vytápění a přípravu TV, zásobník TV je ohříván v létě elektrickou spirálou o výkonu 2,2 kW. Varianta III počítá s tepelným čerpadlem vzduch/voda pro vytápění i přípravu TV s taktovací nádrží o objemu 316 l. TV se pak dohřívá v zásobníku o objemu 234 l.

Tabulka 3 ukazuje jednotkové ceny energie, s kterými se uvažovalo při posouzení provozních nákladů.

Výsledky výpočtů

V tabulce 4 jsou uvedeny odhadnuté investiční a provozní náklady pro jednotlivé varianty vytápění a přípravy TV. U varianty I je uvažováno i s vybudováním plynové přípojky. Náklady na opravu a údržbu byly stanovený na základě normy ČSN EN 15459-1 [3] s přihlédnutím k aktuálním cenám na trhu.

Na obrázcích 2 až 5 je porovnání jednotlivých variant z pohledu investičních výdajů, provozních výdajů, produkce CO₂ a produkce ostatních emisních látek.

Závěr

Výsledky výpočtů hovoří poměrně jednoznačně. Výsledky jsou uvedeny od nejlepšího po nejhorší podle zvoleného kritéria:

1. Vyhodnocení dle investičních nákladů:
   
   1. plynový kotel
   2. zplyňující kotel
   3. tepelné čerpadlo
2. Vyhodnocení dle provozních nákladů:
   
   1. tepelné čerpadlo
   2. plynový kotel
   3. zplyňující kotel
3. Vyhodnocení dle neobnovitelné primární energie:
   
   1. zplyňující kotel
   2. plynový kotel
   3. tepelné čerpadlo
4. Vyhodnocení dle produkce emisí CO₂:
   
   1. zplyňující kotel
   2. plynový kotel
   3. tepelné čerpadlo
5. Vyhodnocení dle produkce emisí ostatních látek:
   
   1. plynový kotel
   2. tepelné čerpadlo
   3. zplyňující kotel

ad a) Pokud budeme vybírat zdroj tepla a preferovat investiční náklady, tak i při započtení ceny na zbudování plynové přípojky vychází nejlépe plynový kotel, následně zplyňovací kotel a nakonec tepelné čerpadlo.

ad b) Co se týče provozních nákladů, tak zde nejlépe vychází varianta s tepelným čerpadlem, jako druhá je varianta s plynovým kotlem a poslední je zplyňovací kotel. Situace by se však změnila, kdyby měl investor vlastní zdroj dřeva. Zplyňovací kotel vykazuje nejnižší sezónní účinnost ze všech zdrojů, v této studii, což negativně ovlivňuje provozní náklady.

ad c) Pokud bychom vybírali zdroj tepla dle spotřeby neobnovitelné primární energie, tak nejlépe z porovnání vychází samozřejmě zplyňovací kotel, následně plynový kotel a pak tepelné čerpadlo.

ad d) Při porovnání dle produkce CO₂ je nejlepší zplyňovací kotel, pak plynový kotel a nakonec tepelné čerpadlo.

ad e) Pokud však porovnáme produkci ostatních emisních látek, tak jednoznačně nejlépe dopadne plynový kotel, jako druhé bude tepelné čerpadlo a poslední zplyňující kotel. Zplyňovací kotel produkuje zdaleka nejvyšší množství polétavého prachu a tuhých znečišťujících látek, byť produkci CO₂ má nejnižší.

V případě této konkrétní studie, pokud nás budou zajímat především investiční náklady, je nejlepším řešením instalace plynového kotle. Je-li však investor ochoten obětovat vyšší vstupní výdaje na pořízení tepelného čerpadla, bude odměněn nejnižšími provozními náklady. Pokud bude investor ekologicky smýšlející, pravděpodobně sáhne po zplyňovacím kotli. V případě vlastního palivového dřeva, je zplyňovací kotel nejlepší volbou, pokud se smíříme s vyšší produkcí prachových a pevných částic. Všechny uvedené zdroje tepla v daném objektu splní požadavky na energetickou náročnost budov dle platných právních předpisů a je možné je instalovat.

Shrnutí

Tato studie ukazuje, že výběr zdroje tepla má vždy několik aspektů, ke kterým je třeba přihlížet a výsledek nemusí být obecně jednoznačný. Vždy je třeba se rozhodovat případ od případu. Proto se velice obtížně odpovídá na rychlé dotazy investorů (laiků), který zdroj tepla je pro ně ten nejlepší. Při výběru zdroje tepla záleží na požadavcích investora, zda upřednostňuje ekonomiku či ekologií, nebo jiné kritérium. Tato studie byla zpracována v době projektování zadaného objektu, proto se vychází z tabulkových hodnot účinností zdrojů tepla a otopné soustavy. Skutečné hodnoty těchto účinnosti mohou pak být po realizaci odlišné.

Poděkování projektu

Článek byl napsán za podpory projektů: Specifický výzkum VUT Brno FAST-S-18-5217, Specifický výzkum VUT Brno FAST-S-19-5863. Tento článek vznikl na základě Diplomové práce Ing. Jakuba Horáka – využití energetického posudku při návrhu domu s téměř nulovou spotřebou energie, Brno 2019.

Literatura

1. Zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií.
2. Vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov.
3. ČSN EN 15459-1 Energetická náročnost budov – Postup pro ekonomické hodnocení energetických soustav v budovách – Část 1 Výpočtové postupy. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2018.