Solární systémy pro bytové domy a nové poznatky z praxe

1. Podpora technologie termických solárních systémů

Aktuální počet instalací a rostoucí poptávka po termických solárních systémech na bytové a rodinné domy (dále BD a RD) je spoluutvářena vynikajícími podmínkami dotačního programu Zelená úsporám (ZÚ). Výše státního příspěvku je podle provedeného průzkumu nejlepší v rámci EU a ekonomický efekt, který investoři v podobě vlastníků nebo uživatelů BD a RD očekávají, je při stávajícím výkonu a kvalitě solárních systémů, zkušenostech projektantů i dodavatelů, velmi zajímavý. V minulém roce bylo avizováno, že podmínky programu ZÚ umožní v následujících letech rozšířit aplikace solárních systémů. Tento předpoklad se začíná naplňovat a dotační titul skutečně nastartoval růst v počtu solárních systémů v BD. Konkrétní realizace i za svůj krátký průběh dokazují, že je možné při kvalitním návrhu a systému dosáhnout na velmi dobrou cenu tepelné energie, při extrémně rychlé návratnosti investice a to jsou hlavní důvody, které investoři a obyvatelé BD očekávají. Stále však zůstává v pozadí významný ekologický přínos v podobě snížení spotřeby primárních paliv a jejich měrných emisí.

U stávajících BD se dosahují úspory energií k ohřevu vody obvykle od 25 do 45%. U kombinovaných systémů tvořených fasádními a střešními solární kolektory až 80%. Umožní-li to parametry BD a průběh spotřeby TV, je možné navrhnout systém kombinující přípravu TV a přitápění a ty mohou přitápěním v přechodovém období (březen/duben a září/říjen) částečně pokrýt tepelné ztráty zatepleného BD. Pokrytí potřeby vytápění může, při zajištění optimálních investičních nákladů s rychlou návratností, dosáhnout až 10%, v ojedinělých případech až 20%.

Pro úspěšnou přípravu, realizaci i provozování solární soustavy je přínosné provádět pravidelnou rekapitulaci získaných zkušeností a poznatků, které výše zmíněný rozvoj i efektivitu a hospodárnost solárních soustav přímo ovlivňují.

2. Praktické zkušenosti a poznatky z realizací solárních systémů

Z praktických realizací solárních systémů pro BD vyplývá, že je nutné před samotnou realizací a její přípravou věnovat pozornost celé řadě faktorů, které dosud nebyly nijak uceleně prezentovány. V některých případech pak byly ze stran dodavatelů i zákazníků podceňovány a ve svém důsledku ovlivnily výsledné ekonomické i energetické parametry, včetně celkového hodnocení těchto instalací zákazníkem.

Tyto zkušenosti a zjištěné faktory, které se postupně rozšiřují s počtem realizovaných instalací, jsou nesmírně důležité pro další rozvoj a integraci solárních soustav v BD a kontinuální aktualizaci těchto faktorů i minimalizaci jejich rizik. U každé instalace je žádoucí posoudit tyto faktory a ještě před verifikací technického řešení soustavy, zhodnotit reálnost i dosažitelnost plánovaných parametrů, termínů i nákladů.

MOŽNOSTI STÁVAJÍCÍHO ZDROJE

Před instalací solární soustavy je vhodné, kromě běžných podmínek navrhování a dimenzování (spotřeba a její průběh a historie, počet obyvatel, parametry stávajícího zdroje, možnosti objektu z hlediska umístění kolektorů i akumulace, stínění a vliv okolí, atd.) posoudit celkovou koncepci dodávek TV a tepla v daném BD a jeho okolí. Často se zapomíná na strategické záměry a plánovaný rozvoj nebo budoucnost stávajících zdrojů, nutnost jejich obnovy, rekonstrukce nebo nové investice do výkonnější technologie. Současně se může v rámci okolí měnit spotřeba tepla i TV a kdokoli z okolí může připravovat nebo realizovat jinou energetickou koncepci, která může v závěru ovlivnit i konkrétní BD z hlediska plánů na odběr tepla a TV. Je nanejvýš vhodné posoudit tuto stránku ještě před realizací solární soustavy a po analýze maxima informací ji správně nadimenzovat.

ZMĚNY SPOTŘEBY TEPLÉ VODY

V rámci dimenzování systému, je kromě standardních podmínek velmi dobré i posoudit strukturu stávajících odběratelů tepla a TV v BD. Často se v rámci střednědobého období (~10 let) mění struktura obyvatel (senioři x děti, jejich počet na jednu BJ) i jejich požadavky TV, současně se mění vlastnické vztahy k bytům i jejich využití v průběhu roku. Vhodnou analýzou lze předejít například zbytečně předimenzovanému nebo výrazně poddimenzovanému systému. Novinkou ovlivnění spotřeby TV ze stávajícího zdroje i solárního systému jsou dodatečné instalace spořičů vody (omezovače průtoku, perlátory). Tyto i další změny, by měly být prodiskutovány se zástupci BD a následně také zohledněny v návrhu systému. V opačném případě hrozí v letním období stagnační stavy a díky nevyužité energii se zhorší návratnost investice i cena tepla.

Obr. 1. Solárních kolektory na roznášecí nosné konstrukci umístěné na střeše BD panelového typu.

Za posledních 12 měsíců bylo u 10 BD (různý typ i region) potvrzeno, že spotřeba TV v letních měsících klesá oproti ročnímu průměru o 12 až 28%.

STÁVAJÍCÍ SMLUVNÍ PODMÍNKY NA DODÁVKU TEPLA A TEPLÉ VODY

Před zahájením tvorby projektové dokumentace a realizace je důležitý audit smluvních podmínek na dodávku tepla a TV pro daný BD. Je potřeba zjistit za jakých podmínek je možné soustavu provozovat, nebo do ní vstoupit a propojit ji se solární soustavou. Je potřeba ověřit závazky a podmínky jejich dodržování, možnosti změn a vazby na sankce, penále, pokuty a případné škody.

Často se stává, že dodavatelem tepla je kotelna nebo teplárna (systémy CZT) vlastněná soukromou společností nebo městem. V těchto případech je nutné hledat řešení a kompromis pro udělení souhlasu na vstup do stávajícího systému. Někdy jsou exaktně a jednoznačně definovány podmínky pro případný vstup a zásahy do stávající soustavy, někdy nejsou definovány vůbec, nebo se různí jejich výklad. Z praktických zkušeností vyplývá, že se může lišit přístup provozovatele a majitele soustavy v jednotlivých městech i obcích. Pro minimalizaci problémů je vhodné využít podpory stávajícího Energetického zákona (458/2000 Sb.) a podmínek dotačních programů. V těchto případech, je však nezbytně nutný aktivní přístup investora.

Zaměření a strategie stávajícího dodavatele tepla se liší od představ investora (zástupců BD), který chce díky instalaci solární soustavy snížit svou závislost na dodávkách tepla právě od stávajícího dodavatele. Praktická zkušenost ukazuje, že negativní postoj dodavatelů tepla nebo vlastníků rozvodů, spíše zvyšuje nepřízeň obyvatel BD vůči nim. V případě překážek, obstrukcí, nesmyslného a neodůvodněného jednání, se obyvatelé BD snaží o co největší nezávislost na stávajícím dodavateli tepla a to všemi dostupnými prostředky, technologiemi i dotačními programy. Zkušenosti ukazují, že je lepší korektní přístup a hledání kompromisu, nebo dokonce spolupráce dodavatele tepla s dodavatelem solárního systému, případně provozování systému přímo stávajícím dodavatelem tepla.

ODPOVĚDNOST

V rámci návaznosti jednotlivých investičních akcí, jejichž konkrétní stavební práce a činnosti do sebe vzájemně zasahují nebo se ovlivňují v průběhu realizace a provozování, je důležité vyjasnění vzájemné odpovědnosti dodavatelů a investora.

Typickým příkladem je zapravení a utěsnění technologických rozvodů i různých konstrukcí do střešního pláště. Ideální řešení je vzájemná součinnost specializovaného dodavatele solárního systému a specializované firmy, která zatepluje a rekonstruuje střechu. Tím lze nejen definovat odpovědnost za případné budoucí zatékání, ale také minimalizovat rizika s tím spojená i riziko samotného zatečení vůbec. Mělo by platit pravidlo, že specializované dodávky mají realizovat specializované firmy s potřebnou zkušeností z praxe. Odpovědnost musí být řešena před zahájením stavby a jejich etap a to nejlépe v rámci jednotlivých smluv.

PROPOJENÍ SOUSTAVY

V rámci propojení solárního systému a jeho prvků se stávajícím systémem a jeho systémem měření a regulace (MaR), mohou nastat takové stavy a podmínky, které přímo ovlivní termín realizace, investiční náklady i samotnou realizaci solárního systému vůbec.

Na propojitelnost soustavy a její provozování mají největší vliv tyto faktory, které mohou z pohledu vlastnictví a podmínek provozování a přístupu ovlivnit připojitelnost a realizaci solární soustavy:

• Vlastnictví stávajícího zdroje a rozvodů, výměníkových stanic, systémů MaR.
• Způsob, podmínky a forma provozování, kontroly a servisu stávajícího zdroje.
• Způsob, podmínky a forma MaR. Jeho možnosti a parametry.
• Smluvní podmínky, práva zúčastněných stran, práva třetích stran, věcná břemena, strategie a připravované nebo již zahájené investiční akce.
• Technické a dispoziční možnosti objektu, stávajícího zdroje a jeho částí.
• Kvalita, výkon, stabilita a morální stáří stávající technologie a jejich částí.

Je velmi důležité posoudit reálnost schválení a souhlasu pro vstup do stávajícího systému a předpokládat vliv tohoto procesu na termíny realizace a investiční náklady. Jsou-li například rozvody a vnitřní výměníková stanice v majetku města, je nutné počítat s časovou rezervou na podání žádosti a schválení. Tento proces se však může zkomplikovat i možnou diskusí v technické i právní rovině.

PROSTORY

Kvalitní projekční návrh i přes zaměření místností, stávajících rozvodů a přístupových cest, nedokáže v mnoha ohledech spolehlivě definovat konečný prostor pro umístění vybraných prvků solárního systému a to i přes fyzickou obhlídku prostor a jejich zaměření. Až samotné zapojení soustavy, napojení potrubních rozvodů, výměníků, MaR, ukáže, jak velký prostor je pro tuto část solární soustavy potřeba. V těchto případech je nutný zkušený dodavatel a instalatérská firma, která dokáže efektivně využít dostupný prostor, při minimálních délkách rozvodů i počtu jejich prvků, při zajištění jednoduchosti systému. Pro optimální využití většinou omezených prostor, je potřeba zajistit prostor a přístup pro kontrolu, údržbu a servis, včetně manipulace.

Obr. 2. Solárních kolektory na BD s dosahovanou roční úsporou nákladů na ohřev vody ve výši 40%.
Vlevo jsou kolektorové pole umístěna v řadách za sebou, vpravo vedle sebe.

Rizika tohoto faktoru lze minimalizovat výběrem dodavatele s dostatečnými praktickými zkušenostmi v různých objektech.

SOUČINNOST

Vlivy součinnosti dodavatelů a jejich pracovníků při souběžně prováděných investičních akcích, které se vzájemně ovlivňují. Tyto vlivy mohou být důležité z pohledu práva (smlouvy a její podmínky - sankce/penále), termínů (časové posuny, návaznosti, technologické přestávky), logistiky (přístupové cesty, uskladnění), BOZP (zejména z pohledu práce na střeše, v šachtách a strojovnách).

Díky rozsahu dotačních podpor se běžně stává, že se na BD realizuje současně několik investičních akcí. Nejčastěji je to zateplení a rekonstrukce střechy, výměna oken, rekonstrukce výtahů a strojoven, instalace solárů, atd. V těchto případech je důležitá koordinace jednotlivých prací. V těchto případech se neobejdeme bez aktivní účasti investora, ať už v podobě stavebního dozoru nebo zvoleného odpovědného zástupce, který zastřeší nebo umožní koordinaci a součinnost jednotlivých dodavatelů. Jednoduché řešení v podobě generálního dodavatele, který všechny tyto starosti a odpovědnost vyřeší, je vykoupeno vyššími investičními náklady a horší návratností investice. V některých případech je však tento postup jediný možný, například z důvodu výběrového řízení a jeho požadavky, dodavatelským podmínkám, financování, apod. V jiných případech je tento postup naopak nevhodný kvůli zárukám, ceně, rizikům, odpovědnosti, servisu a provozování.

Z pohledu součinnosti je také možné minimalizovat investiční náklady. Například společným využitím jeřábů, lešení a pomocné techniky.

U konkrétních aplikací mohou tyto faktory ovlivnit výslednou cenu tepla a návratnost investice mnohem více, než jen standardní posuzování v podobě sklonu a orientace kolektorů, jejich účinnosti, hydraulického zapojení, akumulace, izolace, regulace, výměníku, měření, nosnost a prostor na střeše, atd. Proto je velmi důležité spolupracovat s takovým dodavatelem, který má s těmito faktory reálnou zkušenost a dokáže společně s investorem nalézt optimální řešení, při minimálních nákladech a časových ztrátách.

Obr. 3. Na menších BD je vhodné zkombinovat solární systém s kotlem na biomasu nebo tepelným čerpadlem. Tím lze dosáhnout 100% energetickou nezávislost na ohřevu vody a topení.

Ostatní obecně známé faktory, podle kterých se solární soustavy navrhují, dimenzují, realizují a provozují, zůstávají nezměněny a stále jsou klíčové pro správný a hospodárný provoz solárních soustav v BD.

3. Často opomíjené problémy a jejich řešení

Výhodou realizace termických solárních systémů na BD je, že samotná příprava a projekční práce jsou společně s realizací a zapojením soustavy do provozu relativně známou oblastí a specializované firmy by si s ní měly poradit ve většině případů bez zásadních problémů. Vzhledem k tomu, že se však velmi často provádí více stavebních zásahů současně a svým způsobem jde stále o velmi mladou disciplínu (z pohledu ČR), je vhodné minimalizovat chyby a rizika například spoluprací s ověřeným dodavatelem. Níže jsou uvedeny vybrané problémy, kterým lze obvykle úspěšně předcházet a na které se v průběhu procesu přípravy a realizace občas zapomíná, nebo se neoprávněně podceňují.

• Je-li v rámci instalace nutná podpůrná nosná konstrukce (roznášecí konstrukce) navržená autorizovanou projekční a statickou kanceláří, je nutné cenu této konstrukce i její montáž zahrnout do investičních nákladů a teprve po jejich zahrnutí ověřit návratnost investice a výslednou cenu tepla. Z praxe vyplývá, že u více než 80% případů, je nutná podpůrná nosná konstrukce pro střešní solární systémy na BD s rovnou střechou. Z 90% se volí jako materiál konstrukce konstrukční uhlíková ocel s povrchovou úpravou žárového zinkování. Za posledních 12 měsíců bylo u 10 různých BD (různého typu v různých regionech) potvrzeno, že zvýšení investičních výdajů na solární systém vyžadující podpůrnou nosnou konstrukci, dosahuje 11 - 27%.
  
  
• Se statickou a projekční kanceláří je potřeba v rámci statického posouzení nosnosti střechy, předem prověřit vhodné místo pro dočasné skladování materiálu na střeše objektu. Důvodem je vyloučení rizika přetížení nosnosti střechy či její poškození v lokálních místech. Dále pak minimalizace nákladů spojených s opakovanou dopravou a jeřábovými pracemi, které si průběh instalace solárního systému na střeše BD téměř vždy vyžaduje. Dále pak doporučené pochůzné trasy pracovníků (přístupové a pochůzkové cesty, únikové cesty).
  
  
• Ověření pojištění a právní formy dodavatelů. Často se stává, že dodavatelé nejsou pojištění na částku vyšší, než je hodnota jejich dodávky. To však nestačí, jelikož škody, které mohou vzniknout při investičních akcích na BD, jsou vždy násobně vyšší, než pouze hodnota samotné dodávky. Taktéž se opomíjí právní forma a rizika subdodávek od menších firem a řemeslníků. Mělo by platit pravidlo, že čím nákladnější a složitější akce, tím vyšší nároky na právní formu a zajištění by měl po dodavateli investor vyžadovat. V praxi se tento jev někdy řeší tím, že dodávky a subdodávky menších firem, živnostníků a řemeslníků zastřešují jako subdodavatele firmy ve formě akciové společnosti.
  
  
• Zajištění materiálu umístěného na střeše před nepříznivými nebo limitními účinky počasí, zvláště pak větru a nárazovým poryvům. Tento aspekt je velmi důležitý nejen kvůli vysokému riziku nenávratného poškození vybraného materiálu i samotného střešního pláště, ale také ohrožení majetku v okolí BD a bohužel také osob. Kromě evidence ve stavebním deníku je důležité precizně evidovat změny v umístění materiálu na střeše a vždy zajistit odpovědnou osobu za tento aspekt.
  
  
• Dodržování podmínek, technologických postupů a postupu práce tak, aby nedošlo k poškození nebo znehodnocení již provedených prací a instalovaných prvků. Typickým příkladem mohou být podmínky chůze po nově instalovaném střešním plášti v letním období. Může tak dojít velmi rychle ke znehodnocení již provedené práce a proto je nutné stanovení a dodržování pravidel, které toto riziko minimalizují (například podmínkou pracovní doby v závislosti na teplotě vzduchu a střešního pláště, doporučená obuv, dočasné pochůzné podložky, rošty či lávky). Instalace trvalých obslužných lávek zvyšuje investiční výdaje.
  
  
• Dodržování potřebných bezpečnostních, pracovních a manipulačních vzdáleností a přístupů pro budoucí kontrolu, údržbu a servis, a to nejen na střeše (vzduchotechnika, komínky, vpusti, strojovny výtahu, hromosvody, telekomunikační prvky, stupačky, atd.), ale i v suterénu, ve kterém se zpravidla umísťují ostatní prvky systému.
  
  
• Plánování jednotlivých prací na základě pravidelně aktualizovaných předpovědí počasí a v souladu s harmonogramem prací jak na solární soustavě, tak na zateplení a rekonstrukci střechy apod. Tím se mohou minimalizovat prostoje a plýtvání personálními kapacitami dodavatelů, či jejich kumulace na jednom místě.
  
  
• V rámci projektu instalace a zapojení solárního systému se odsunují z počátku "méně důležité" činnosti až na samotný závěr. Tento postup může způsobit termínové skluzy i vícenáklady. Typickým příkladem jsou prostupy pro instalaci zásobníků, přívod elektrické energie pro spotřebiče (čerpadla, MaR, apod.), atd.
  
  
• Součástí projektové dokumentace je důležité stanovení podmínek pro regulaci a hydraulické zapojení, které umožní optimalizovat provoz soustavy a maximalizovat solární zisky. Lze tím předejít zbytečným nejasnostem a experimentům při zprovoznění i následné kontrole a údržbě soustavy.
  
  
• Zabránění krádežím a přístupu nepovolaných osob na staveniště a do prostor realizace solárního systému. Tímto lze jednoduše zamezit častým krádežím drobného instalatérského a montážního materiálu, neoprávněného a neodborného přenastavení systémových prvků MaR. Jednoduché řešení v podobě zamykání, minimalizace počtu místností a prostor s uloženým majetkem a rozpracovanou realizací, účinně zabrání tomuto problému. Jsou-li v akci různé dodavatelské firmy, je nutné je vzájemně seznámit a dát jim oprávnění a odpovědnost za zamykání používaných prostor.
  
  
• Hromosvody se řeší většinou až v závěrečné fázi realizace a to může nepříznivě ovlivnit plánované investiční náklady i dílčí návratnosti investice jednotlivých akcí. Praxe také potvrzuje, že je důležitý výběr projekční i dodavatelské firmy, protože rozdíly v cenách jsou velmi vysoké.
  
  
• Důsledná fotodokumentace nebo časosběrné snímání realizace stavby. Tímto lze vysledovat a ověřit dodržování technologických postupů, termínů plnění a jejich návaznosti na další práce. Lze využít i v budoucnu (opravy, reklamace).

Opomíjení výše zmíněných problémů a faktorů může v lepším případě způsobit pouze oddálení realizace a dílčí zvýšení nákladů na investici. V horším případě může způsobit i škodu na majetku nebo ohrožení osob, případně vážnou ekonomickou újmu. Nejčastěji se však zpozdí termín dokončení stavby nebo instalace, ovšem i tento aspekt může mít neblahé následky ve vztahu k dotačním podmínkám a může tak dojít k pozdnímu získání dotace nebo dokonce k jejímu úplnému ohrožení.

4. Závěr

Díky velmi dobrým podmínkám dotačního programu Zelená úsporám, mohou při dodržení základních pravidel a zásad pro navrhování, realizaci i provozování solárních systémů, získat uživatelé nebo majitelé BD nadstandardní ekonomické výsledky při současné minimalizaci rizik a problémových stavů. Je však nutné kontinuální zlepšování celého procesu a to i díky opatření realizovaných na základě praktických poznatků a zkušeností.

U menších BD lze navíc vhodnou kombinací solárních soustav s jinými systémy a zdroji, především pak kombinací solární soustavy s kotli na biomasu nebo tepelnými čerpadly dosáhnout až 100% energetické nezávislosti bytového domu při výrazně nižších provozních nákladech. Výhodou těchto kombinovaných soustav je možnost čerpání další finanční podpory dotačního programu a tím i snížení finanční zátěže přepočtené na jednu bytovou jednotku.

Závěrem je nutné podotknout, že legislativa, normy, technické standardy, ale i uživatelské povědomí směřuje ke zvyšování podílu OZE z celkové spotřeby energií. Je příznivé, že v tomto procesu hraje důležitou roli i úroveň státních subvencí a dotačních programů, zvláště přihlédneme-li k faktu, že termické solární soustavy jsou v průměru čtyřikrát účinnější než fotovoltaické systémy, které jsou aktuálně velmi frekventovaným tématem.

Použitá literatura: Firemní materiály a rozbory zakázek společnosti Strojírny Bohdalice, a.s.