Alternativa k centralizovanému zásobování teplem pro panelové domy
V současné době dochází k masivnímu zateplování obvodových plášťů a výměně oken panelových objektů ve snaze maximálně snížit jejich tepelnou ztrátu a tím i náklady na vytápění, které tvoří zpravidla největší část provozních nákladů v nezateplených objektech. Kvalitním zateplením lze dosáhnout velmi výrazného snížení tepelné ztráty, kterou lze na straně obálky budovy dále snižovat jen za cenu vysokých investičních nákladů. V řadě případů je finančně výhodnější přejít po snížení tepelné ztráty objektu na jiný zdroj tepla na vytápění s levnější energií.
Centrální zásobování teplem
Ve většině stávajících panelových objektů slouží jako zdroj tepla pro vytápění a přípravu TV systém centrálního zásobování teplem. Jedná se o centralizovanou výrobu tepla, které se získává buď z výroby elektrické energie v teplárnách nebo v menší míře ve výtopnách určených pouze pro distribuci tepla. Většina tepláren v ČR dnes spaluje uhlí, výtopny pak vyrábí teplo nejčastěji ze zemního plynu, mazutu či topného oleje.
Obrázek 1: Teplárna Komořany. (Foto Energotis)
Pokud je teplo do objektu dodáváno z centrálních tepláren, stoupá navíc množství vyrobené energie potřebné k vytápění a přípravě teplé vody v objektech o teplo potřebné k pokrytí tepelné ztráty distribucí tepla vně objektu mezi teplárnou a panelovými domy. Teplovody vystavěné v minulosti bývají v dnešní době již zastaralé a při transportu tepla mimo objekt na dlouhé vzdálenosti dochází k poměrně velkým ztrátám. Pro představu 1 km potrubí 2xDN100 s tepelnou izolací 5 cm má tepelnou ztrátu cca 30 kW při teplotním spádu media 90/70°C (tedy cca 30 W/m potrubí). Tato ztráta v distribuční soustavě je pak promítnuta do výsledné ceny tepla, která může být v konečném důsledku vyšší než teplo vyrobené lokálními zdroji. Výhodou centrálního zásobování teplem může být bezpečnost dodávky, přesunutí zdroje znečištění mimo město a kvalitnější spalování a technologie čištění spalin, než v lokálních topeništích.
Výměna zdroje tepla
Cena tepla z CZT se v rámci České republiky v závislosti na jednotlivých dodavatelích a druzích primárního paliva podstatně liší a pohybuje se v rozmezí přibližně 250 - 1000 Kč/GJ (0,9 - 3,6 Kč/kWh). V krajích s nízkou cenou tepla nemusí být některá řešení výměny zdroje dostatečně efektivní na to, aby se investice vrátila v podobně úspory nákladů. Navíc dle zákona č. 458/2000 Sb. veškeré náklady spojené s odpojením od rozvodné sítě hradí ten, kdo změnu požaduje. V některých případech se může jednat o velmi nákladnou investici.
Naopak v lokalitách s vyšší cenou tepla (kolem 800 - 1000 Kč/GJ) může přinést výměna zdroje tepla na vytápění, případně přípravu teplé vody, významnou úsporu provozních nákladů. Těmito lokálními zdroji může být například plynová kotelna, plynové tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinaci s kotli na zemní plyn nebo elektrické tepelné čerpadlo vzduch-voda v kombinaci s elektrokotli. V některých případech se setkáme i s kombinací elektrické tepelné čerpadlo + kogenerační jednotka, která dodává čerpadlům potřebnou elektrickou energii. Tyto zdroje jsou umístěné přímo v objektu (či na střeše) a liší se ve svých energetických parametrech účinností, ve spojení s otopnou soustavou pak ztrátami v rozvodech a účinností systému regulace.
Ve svých ekonomických parametrech se zdroje odlišují v návaznosti na potřebě paliva a jeho ceně a výší vložené investice. Ekonomika provozu zdroje se často intenzivně zvažuje, již méně se však domýšlí investiční náročnost a zejména pak závislost investice na tepelné ztrátě objektu. Před výměnou zdroje je v každém případě doporučeno nejdříve provést zateplení a co nejvíce snížit tepelnou ztrátu objektu a poté přesně nadimenzovat zdroj tepla pro vytápění. Tím předejdeme zbytečnému předimenzování zdroje a s tím spojeným vyšším nákladům na jeho pořízení a provoz. Snížení tepelných ztrát zpravidla umožňuje nainstalovat nízkoteplotní systém vytápění, kde je ovšem třeba při zachování stávající otopné soustavy klást důraz na důkladnou dynamickou regulaci otopné soustavy s efektivním využíváním vnitřních a solárních zisků.
Elektrická tepelná čerpadla vzduch-voda
Klasická elektrická tepelná čerpadla se instalují v bivalenci s elektrokotlem, který pokrývá výkonové špičky při nejnižších venkovních teplotách. Vzhledem k velikosti a majetkoprávním vztahům pozemků kolem panelových domů a také nákladnosti při budování zemních kolektorů či vrtů je reálnější použití tepelných čerpadel vzduch - voda.
Tepelná čerpadla se mohou umístit na střechu objektu na konstrukci přizpůsobenou rozponu nosných prvků objektu. Není zde třeba budovat žádný přístřešek, protože čerpadla jsou dodávána ve venkovním provedení. Při umístění na střeše je ovšem nutné počítat s tím, že kompresorové jednotky vyvolávají hluk, který může působit rušivě na okolní objekty. Další možností je umístění na předzahrádku panelového domu do opláštění. Opláštění se konstruuje převážně z důvodu prevence poškození tepelných čerpadel a samozřejmě také kvůli omezení hluku, který produkují. Pokud je v objektu dostatečně velká technická místnost, pro kterou se jednoduše vyřeší přívod venkovního vzduchu a odvod kondenzátu, je možno tepelná čerpadla umístit i do této místnosti.
Při instalaci kaskády tepelných čerpadel je obvykle třeba navýšit příkon elektrické přípojky, což může hrát hlavní roli v rozhodování, zda použít tuto alternativu. Elektrická tepelná čerpadla se zapojují do kaskády, kdy jsou postupně zapínána podle potřeby tepla řídící jednotkou. Při kaskádovém zapojení odpadá časté startování zařízení, celý systém tak běží s větší účinností a tepelná čerpadla pracují s vyšším topným faktorem (účinností). Elektrická tepelná čerpadla mají poměrně velký topný faktor kolem průměrné roční hodnoty 2,7.
Obrázek 2: Kaskáda elektrických tepelných čerpadel vzduch-voda (zdroj: AtaxCZ)
Plynová tepelná čerpadla vzduch-voda
Pokud například nelze dostatečně navýšit výkon elektrické přípojky, lze jako alternativu k elektrickým tepelným čerpadlům uvažovat plynová absorpční tepelná čerpadla vzduch-voda v zapojení s kondenzačními plynovými kotli. V případě plynových tepelných čerpadel je však nutná dostatečná přípojka zemního plynu.
Oproti klasickým tepelným čerpadlům s kompresorem poháněným elektrickým proudem mají plynová tepelná čerpadla nižší topný faktor, a to pouze 1,2 až 1,4. Výhodou plynových tepelných čerpadel je, že nejsou tolik náchylná na změny teplot okolního vzduchu, takže topný faktor garantují po převážnou většinu roku. Při mrazech se však jejich účinnost blíží účinnosti kondenzačních kotlů. Z toho důvodu jsou v praxi vzhledem k rozdílu v pořizovací ceně plynových kondenzačních kotlů a tepelných čerpadel navrhovány soustavy tepelných čerpadel s kondenzačními kotli.
Obrázek 3: Plynová tepelná čerpadla zapojená v kaskádě. (zdroj: Robur)
Tato soustava tepelných čerpadel a kondenzačních kotlů se většinou umisťuje na střechu na nosný rošt, nebo do technického podlaží, kde je ovšem třeba řešit odtah spalin a přívod venkovního vzduchu. Tepelná čerpadla s plynovými kondenzačními kotli se zapojují do kaskády a postupně podle potřeby tepla spínají. Tímto je zaručen poměrně efektivní provoz a rovnoměrné opotřebení.
Jaký lokální alternativní zdroj tedy zvolit?
Elektrická tepelná čerpadla mají vyšší topný faktor než čerpadla plynová, ovšem tento rozdíl je dorovnán rozdílem ceny plynu a elektrické energie. Ve výsledku je tak při volbě obou typů tepelných čerpadel dosaženo v horizontu 40 let velmi podobné finanční úspory, a to 1200 až 2700 Kč na m2 podlahové plochy bytů pro zateplený objekt v oblastech s nižší cenou tepla (450 Kč/GJ) a řádově 3x vyšší úspory lze docílit v oblastech s cenou tepla kolem 1 000 Kč/GJ. Finanční úspora je vyčíslena po odečtení vstupních investičních nákladů, reinvesticí do jednotlivých komponent a při uvažovaném meziročním nárůstu cen energií 3%. Tedy například bytová jednotka v Praze o 65 m2 ušetří za 40 let v případě instalace tepelného čerpadla 78 000 Kč až 175 500 Kč podle typu panelového domu, počtu pater a jeho stáří.
Počáteční investice, která je již ve výše uvedené úspoře odečtena, je u obou zdrojů srovnatelná (200 až 700 Kč/m2, tj. 13 000 - 45 500 Kč na byt). Pozn: rozmezí finančních úspor a investičních nákladů je dáno především vlivem geometrie panelového domu (typ soustavy, počtu pater) a kvalitou původních konstrukcí. Pomocí webového nástroje eEKOn tool na www.panelovedomy.ekowatt.cz je možné si zadat svůj konkrétní panelový dům a vyčíslit jednoduše vstupní investice a úspory).
Kotelna na zemní plyn
Pokud je možné do panelového domu přivést dostatečnou přípojku zemního plynu, je možné jako zdroj tepla v panelovém domě zvolit klasickou kotelnu s kaskádou kondenzačních kotlů na zemní plyn. V porovnání s tepelnými čerpadly je tento zdroj z hlediska investice levnějším řešením (170 až 600 Kč/m2, tj. 11 050 - 39 000 Kč/byt), ovšem přinese menší úsporu financí v porovnání s tepelnými čerpadly, a to přibližně do 800 Kč/m2 při nižší ceně tepla a opět řádově 3x vyšší úsporu při vyšší ceně tepla pro již zateplený objekt. V některých objektech nemusí být v oblastech s nižší cenou tepla volbou tohoto zdroje dosaženo úspory nákladů, a proto je nutné provést ekonomické posouzení pro konkrétní panelový objekt, zda je investice výhodná či nikoliv.
Kotelna se umisťuje do technického podlaží objektu a musí se pro ni vyřešit přívod čerstvého vzduchu a odtah spalin. Ten je nejčastěji proveden po fasádě, výjimečně pak ve výtahové šachtě jako zvláštní požární úsek. Pokud použijeme kondenzační kotle vhodné do exteriéru, lze kotelnu umístit i na střechu objektu na nosný rošt. Při této variantě umístění odpadá řešení odtahu spalin.
Plynové kondenzační kotle jsou zapojeny v kaskádě a jsou podle potřeby zapínány pomocí automatické řídicí jednotky. Tento způsob zapojení umožňuje jednotlivým kotlům pracovat v optimálním režimu, což zaručuje lepší účinnost zdroje, a tím určitou úsporu nákladů.
Obrázek 4: Plynová kotelna. (zdroj: Buderus)
Je vůbec možné se odpojit od CZT?
Touto otázkou se v současné době zabývá stále více bytových družstev a vlastníků bytových jednotek především v oblastech, kde se cena tepla přibližuje horní hranici 1000 Kč/GJ.
Úplné odpojení je však možné pouze tehdy, pokud bude splněna podmínka zákona č. 458/2000 Sb., a to § 77 odst. 6, která zní: Změna způsobu dodávky nebo změna způsobu vytápění může být provedena pouze na základě stavebního řízení se souhlasem orgánů ochrany životního prostředí (musí být splněno ustanovení § 3 odst. 8 zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší) a vše musí být v souladu s územní energetickou koncepcí. Také při návrhu změny způsobu vytápění stavby musí být splněny obecné technické požadavky na výstavbu (vyhláška č. 268/2009 Sb.).
Dále veškeré vyvolané náklady spojené s odpojením od rozvodného tepelného zařízení hradí ten, kdo změnu nebo odpojení tepelného zařízení požaduje. Úplné odpojení je tedy spojeno nejen s vyššími investičními náklady, ale celé stavební řízení a administrativní úkony s tím spojené většinou zájemce odradí.
V případě, že by přeci jen někdo nechtěl být závislý na dodávkách z CZT a chtěl mít vlastní lokální zdroj, vhodným způsobem může být zachování přípojky CZT a pouze sjednání nižšího dodávaného množství tepla s distributorem. Tímto množstvím by pak byla pokryta výkonová špička při extrémních teplotách (bivalence k lokálnímu zdroji). Převážnou část roku by pak lokální zdroj hradil samotnou tepelnou ztrátu objektu.
Závěrem
Alternativ k centrálnímu zásobování teplem je tedy celá řada. Je však důležité vždy provést ekonomickou analýzu pro konkrétní panelový dům v dané lokalitě. Návratnost tepelných čerpadel se pohybuje v lokalitách s cenou tepla kolem 500 Kč/GJ v rozmezí 4 až 13 let podle typu a stáří objektu. V lokalitách s vyšší cenou tepla je návratnost instalace tepelného čerpadla v řádu několika let. V kalkulované návratnosti však není zahrnut poplatek za odpojení CZT, který může návratnost celého opatření posunout i do záporných čísel. Z tohoto pohledu je tedy vhodné pomocí CZT hradit alespoň výkonové špičky a tím zajistit bivalenci k lokálnímu hlavnímu zdroji. Jestli zvolit elektrické, plynové tepelné čerpadlo či nejlevnější variantu, a to kondenzační kotle, záleží na místních podmínkách a zda distributor elektřiny či plynu navýší dodávané množství pro lokální zdroj. V případě, že např. pro elektrická tepelná čerpadla neumožní distributor navýšit příkon pro panelový dům, nabízí se varianta elektřinu pro tepelná čerpadla vyrábět pomocí kogenerační jednotky. Tato kombinace však přináší další aditivní komplikace se zajištěním odtahu spalin, přívodu spalovacího vzduchu a eliminaci vibrací a hluku v kotelně. Technickou komplikací je také nárazové proudové napětí při startu jednotky, na které nejsou tepelná čerpadla konstruována. Z pohledu legislativy tato varianta pravděpodobně také nesplní požadavky zákona č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší a stavební úřad by nemusel tuto variantu schválit.
V případě instalace lokálního zdroje tepla musí stavební úřad dle energetického zákona 458/2000 Sb. vyhodnotit a schválit tuto alternativu k CZT. I když se tedy v mnoha případech může jednat o ekonomicky velmi přijatelné úsporné opatření s návratností několika málo let, tak z pohledu české legislativy je odpojení od centralizovaného zásobování teplem velmi administrativně náročnou akcí.
The paper discusses the alternative heat sources to central district heating for panel buildings. Nowadays, most of the reconstructions of panel buildings cover only the improvement of thermal quality of the building envelope in order to decrease the heat loss and the operating costs of heating. With high-quality insulated envelope it is possible to achieve high reduction of thermal heat loss. Additional reduction of heat loss on the envelope insulation side is very expensive. In order to reach another reduction of operational costs in the building it could be more efficient to change the heat source with cheaper energy.