Elektrické podlahové vytápění v nízkoenergetických a pasivních domech nebo tepelné čerpadlo do nízkoenergetického či pasivního domu?
Stále více novostaveb se dnes realizuje ve standardu budov s téměř nulovou spotřebou a pasivních budov. Nakonec tento směr udává i legislativa. Domy v těchto standardech velmi snižují potřebu energie, která je použita pro vytápění. Z tohoto důvodu hrají čím dál větší váhu investiční náklady topného systému v tomto typu budov.
Technicky a instalačně složité teplovodní soustavy pak nejsou zapotřebí. K vytápění lze velmi jednoduše použít elektřinu. Při její malé spotřebě a významném podílu tvořeném „zelenou“ elektřinou, která je vyrobena ve vlastní nebo jinak dostupné fotovoltaické elektrárně, se takové řešení jeví jako ekonomicky zajímavé a perspektivní. Co takové řešení znamená, jaké jsou jeho výhody i nevýhody, to je tématem tohoto článku.
Proč právě elektrické vytápění, a tedy i elektřina? Pokud nechceme spalovat uhlí a jiná fosilní paliva a tím podporovat růst ekonomiky států těžících ropu a zemní plyn, nemáme jinou šanci než všemi možnými způsoby fosilní zdroje energie nahrazovat bezemisními a obnovitelnými. A v tomto procesu elektřina, navíc jako nejušlechtilejší druh energie, sehraje zásadní roli. Nakonec je to jediná energie, kterou umíme vyrobit až fosilní paliva dojdou. Proto je elektřina naší budoucností i při vytápění domů.
K získání stavebního povolení na výstavbu nového rodinného domu je nutné splnit řadu kritérií, které jsou dány zákony, vyhláškami nebo se opírají o technické normy. V oblasti zacházení s energiemi jde především o energetickou náročnost nového rodinného domu. Při jejím stanovení se posuzuje nejen celková potřeba energie navrženého rodinného domu, ale i podíl, který bude pokryt z obnovitelných zdrojů energie.
Blíže podmínky určuje vyhláška č. 264/2020 Sb. Základní parametry byly určeny v září 2020 a od 1. ledna 2022 platí parametry zpřísněné. Zpřísnění přineslo nutnost snížit průměrný součinitel prostupu tepla konstrukce stavební obálky domu přibližně o 30 % oproti základní hodnotě v technických stavebních normách a toto se promítá i do snížení potřeby energie domu.
Hodnotí se celková dodaná energie do domu bez ohledu na její původ. Proto se do ní zahrnuje energie dodaná v palivech nebo z elektrické rozvodné sítě, stejně jako energie z okolního prostředí, získaná například ze vzduchu nebo ze země tepelným čerpadlem. To znamená, že z pohledu celkové dodané energie téměř nezáleží na tom, zda je v domě pro vytápění využit jakýkoliv teplovodní kotel, tepelné čerpadlo, elektrické podlahové vytápění atp. Obrazně můžeme říci, že každý jeden metr krychlový objemu moderního rodinného dům může mít určitou maximální potřebu dodané energie, a nepřekročení této limitní hodnoty musí zajistit konstrukce vnějších stěn, střechy, podlahy, oken a dveří domu a účinnost zařízení spotřebovávajících energie. Nutnou maximální měrnou potřebu můžeme však snížit dalším vylepšením například tepelné izolace domu, což se projevuje růstem podílu rodinných domů stavěných v tzv. pasivním standardu a použitím úspornějších a účinnějších spotřebičů, například LED osvětlením, rekuperací tepla při větrání, ale též i dokonalejší regulací vytápění.
V minulosti hrála spotřeba tepla na vytápění zásadní roli ve spotřebě energie rodinného domu. U domů v téměř pasivním standardu však význam potřeby tepla na vytápění klesl. Je to zřejmé i z délky otopného období. Zatímco ve starých rodinných domech se běžně kalkuluje s přibližně 250 dny v roce, kdy bude nutné vytápět, tak v pasivních domech se počet dnů s vytápěním snižuje, někdy až ke 150. Způsobuje to nejen nižší tepelná ztráta tepla takto úsporných rodinných domů, ale i lepší využití tzv. tepelných zisků. Jedná se o zisky ze slunečního záření, z činnosti elektrických spotřebičů, přítomnosti osob. Aby tyto zisky byly maximálně využité, musí je topný systém umět využít.
Co by měl topný systém moderního domu zajistit?
Aby byl provozovatel rodinného domu se svým systémem vytápění plně spokojen, musí jeho systém zajistit:
- Splnění legislativních požadavků
- Využití perspektivního zdroje energie pro vytápění (dostupnost)
- Mít úsporný a bezobslužný provoz
- Zajistit komfort pro všechny obyvatele domu, individuálně v jednotlivých místnostech a časech během dne
- Disponovat rychlou a přesnou regulací s možností vzdáleného přístupu
V souhrnu tedy být komfortním systémem s nízkými provozními i investičními náklady a zárukou dlouhodobého provozu vyžadujícího co nejméně časté návštěvy servisního technika.
Příklad výběru topného systému do nízkoenergetického nebo pasivního rodinného domu
Základem nízkoenergetického nebo pasivního standardu je kompaktní tvar rodinného domu zohledňující solární zisky, úsporné LED osvětlení, rozvod teplé vody bez cirkulace, energeticky úsporné větrání atp.
Obr. Velmi oblíbeným tvarem nového rodinného domu je bungalov. Uspořené místo v interiéru za schodiště se ale promítá do zvětšené plochy podlahy ve styku se zemí a zvětšené plochy střechy. Stanová střecha však není optimální pro instalaci fotovoltaické elektrárny.
Graf rozložení budov podle celkové potřeby energie (zdroj: Šance pro budovy)
Jaké jsou nejvhodnější topné systémy splňující požadavky na topný systém?
Nejčastěji se v moderních rodinných domech potkáváme s vytápěním pomocí podlahového vytápění v kombinaci s tepelným čerpadlem nebo pomocí elektrického podlahového vytápění. Podívejme se na výhody a nevýhody s ohledem na nízkoenergetický nebo pasivní dům.
Výhody a nevýhody systému s tepelným čerpadlem vzduch-voda
Výhody
Nižší okamžité tabulkové provozní náklady podle hodnoty COP
Nevýhody
S klesající venkovní teplotou se snižuje tepelný výkon, COP a ekonomika provozu.
Vysoké pořizovací náklady a celkově vyšší náklady na údržbu po dobu životnosti.
I při pravidelné investici do každoroční revize a údržby (podmínka záruky většiny dodavatelů) je morálně technická životnost 10 let.
Nutnost vyčlenění prostoru v domě pro vnitřní jednotku TČ (pro vytápění cca 1 m2 podlahové plochy, jehož pořizovací cena v novostavbě se pohybuje okolo 50 tisíc Kč).
Zábor prostoru mimo dům pro venkovní jednotku včetně prostoru pro provádění servisu (cca 2 m2).
Instalace teplovodního vytápění, ať již velkoplošného nebo s otopnými tělesy vyžaduje odborný návrh, specialistu topenáře-instalatéra, tlakovou a provozní zkoušku před dokončením stavebních prací a trvá déle.
Teplovodní otopné systémy vyžadující zvýšenou provozní teplotu (například s nedostatečně výkonnými otopnými tělesy) zvyšují provozní náklady a nebo musí být vybaveny technicky náročnějším, a tedy i dražším tepelným čerpadlem.
Složitá technologie. Minimálně 4 točivé stroje: kompresor, 2 oběhová čerpadla a ventilátor.
Složitá elektronická regulace chodu, zvláště u tepelných čerpadel s regulací výkonu (invertor), nutnost ekvitermního řízení teploty otopné vody.
Obr. Typické schéma systému s tepelným čerpadlem.
Složitá konstrukce zahrnuje systém odtávání, výměníky, chladivo, doplňkovou elektrickou topnou spirálu pro bivalentní provoz.
Průběžné ověřování dostatku chladiva (úniky zhoršují účinnost) a po cca 10ti letech jeho výměna.
Otopný systém musí obsahovat akumulační nádobu, expanzní nádobu, regulační ventily, řídicí elektronickou jednotku.
Nutné prostupy do domu pro dvě potrubí mezi venkovní a vnitřní jednotkou a prostupy vnitřními stěnami pro teplovodní rozvody po domě.
Odvod kondenzátu od venkovní jednotky do kanalizace nebo zasakovací jámy, někdy i s ohřevem pro zabránění zamrznutí.
Nutnost řešit hluk z venkovní jednotky omezuje výběr místa pro instalaci venkovní jednotky.
Nutnost zajistit provoz při opuštění domu v zimě jako ochranu proti zamrznutí systému nebo nutnost použít oproti vodě cenově dražší nezámrznou tekutinu.
Výhody a nevýhody systému s elektrickým podlahovým vytápěním DEVI
Výhody
Maximální konstrukční a technologická jednoduchost.
Velmi nízká investice.
Kabelové rozvody elektřiny instaluje elektrikář souběžně s ostatní elektroinstalací v domě a je nutná jen jedna společná revize.
100%ní účinnost.
Bezúdržbové vytápění.
Bez kotelny, technické místnosti.
20ti letá plná záruka zahrnuje zdroj tepla (elektrické topné kabely a rohože), instalaci a podlahové krytiny.
Rychlá reakce systému na změnu požadavku na vytápění, například na změny v tepelných ziscích.
Jednoduchá elektronická regulace tepelného výkonu v závislosti na konkrétních podmínkách v jednotlivých místnostech.
Jednoduše a bez snížení účinnosti řešený rychlý zátop po nočním útlumu.
Celý topný systém je skrytý (žádné viditelné technologie) a přístupné jsou pouze ovládací displeje v každé místnosti.
Bez rizika zamrznutí systému při opuštění domu.
Nejjednodušší a investičně nejméně náročné vytápění v modernizovaném domě po jeho zateplení do pasivního standardu bez legislativního požadavku na obnovitelné zdroje energií.
Každá jedna kWh elektřiny, kterou elektrické podlahové vytápění DEVI spotřebuje z případně instalované fotovoltaické elektrárny se do provozních úspor promítne v její plné ceně.
Nevýhody
Vyšší provozní náklady.
V novostavbě nutnost kompenzovat spotřebu elektřiny jiným způsobem využívajícím obnovitelné zdroje energií.
Obr. Instalační jednoduchost elektrického podlahového vytápění DEVI je založena na jednom kabelu, kterým je elektřina přivedena od domovního rozvaděče do vytápěné místnosti a faktu, že není třeba řešit odvzdušňování a hydraulické parametry teplovodních systémů.
Obr. Elektrické podlahové vytápění umožňuje nejjednodušší formu individuální regulace teploty v jednotlivých místnostech. Unikátní předvídavý systém 3. generace integrovaný do ovládacího softwaru regulace zohlední akumulační vlastnosti stěn i vybavení každé místnosti tak, aby nedocházelo k přetápění a optimálně řídí i noční útlumy atp.
Ekonomické porovnání pro nízkoenergetický až pasivní rodinný dům v horizontu 25 let
Orientační porovnání bylo provedeno na příkladu rodinného domu s potřebou tepla na vytápění 40 kWh/(m2·rok) a s podlahovou plochou 94 m2. Uvažuje se s aktuální cenou elektrické energie 6 Kč/kWh. Srovnává se využití elektrického podlahového topení s chytrou regulací DeviregSmart v pořizovací ceně okolo 180 tisíc Kč a teplovodního systému s tepelným čerpadlem vzduch-voda střední až vyšší technické úrovně o výkonu 6 kW v pořizovací ceně cca 420 tisíc Kč, oboje se zahrnutím zařízení na přípravu teplé vody.
Pokud se omezíme jen na investiční náklady, tak jsou u elektrického podlahového topení méně než třetinové oproti systému s tepelným čerpadlem, i při nastavení poměrně přísných podmínek pro podlahové topení a měkkých podmínek pro tepelné čerpadlo.
Provozní náklady jsou u elektrického podlahového topení přibližně 2,5krát vyšší než u tepelného čerpadla, ovšem jen v případě ideálního návrhu a nastavení systému tepelného čerpadla a provozní kázně provozovatele (volba přiměřené vnitřní teploty v místnostech).
Při zohlednění investičních nákladů, současně platných nákladů na elektřinu, servis, kontroly, revize, opravy, nákladů na prostor v domě, poplatku za záruku atp. vychází 25 let využití elektrického podlahového vytápění DEVI s chytrou regulací DEVIreg™ Smart jsou na cca 1 mil. Kč, zatímco systém s tepelným čerpadlem na cca 1,2 mil. Kč. Elektrické podlahové vytápění DEVI s chytrou regulací DEVIreg™ Smart je tak o cca 20 % příznivější oproti systému s tepelným čerpadlem.
Za určitých podmínek by mohlo srovnání vycházet i přibližně neutrálně, ale je nutné zohlednit, že elektrické topné kabely se mohou porouchat jen při bezohledných stavebních pracích v podlaze a případná pozáruční výměna některého z regulačních termostatů v místnosti nepředstavuje z pohledu nákladů, ale i technického řešení termostatu, zásadní problém.
Pravděpodobnost, že tepelné čerpadlo vydrží v provozu 25 let bez výměny některého z jeho zásadních konstrukčních prvků, zejména elektroniky, ale může to být i zanesený výměník, není vysoká. Je to dáno i obecně šířeným názorem, že 10 let je hranice pro technickou i morální zastaralost. Z něj vychází výrobci při návrhu mechanické i elektrické odolnosti prvků svých výrobků. Svědomitý výrobce slibuje, že originální náhradní díly bude držet na skladě po dobu 10 let po ukončení výroby, čímž tuto praxi i nepřímo potvrzuje. O rostoucí ceně opravářských prací vyžadujících vysokou kvalifikaci nemluvě.
DEVIreg™ Smart a DEVIsmart™App
Tok elektřiny pro vytápění lze ihned vypnout stejně jako zapnout. V elektricky vytápěné podlaze při odstavení vytápění proto nezůstává tolik tepla jako v teplovodním vytápění a může proto rychleji útlumem reagovat na příznivě působící tepelné zisky.
Pro uživatele je velmi pohodlné nastavování regulace pomocí aplikace umožňující i sledování provozních parametrů.
Základní vlastnosti:
- Diskrétní, stylový design.
- Jednoduché a intuitivní dotykové ovládání DEVIsmart™App.
- Kompatibilní s multirámečky 55×55 mmUnikátní 5ti letá záruka.
- Může být připojení až 10 zařízení přes DEVIsmart™App.
- Může komunikovat s dvěma mobilními zařízeními současně.
Závěr
Pokud stavebník nízkoenergetického nebo pasivního rodinného domu hledá konstrukčně jednoduché řešení vytápění s extrémě dlouhou životností, vysokými požadavky na regulovatelnost a úsporným provozem, nabízí mu elektrické podlahové vytápění DEVI to nejvhodnější řešení. Tyto přednosti vytvářejí i příležitost ke zvýšení využitelnosti energie z fotovoltaické elektrárny, která se již v blízké budoucnosti stane standardem pro moderní rodinné domy. Přitom zůstává zachována jednoduchá kombinovatelnost tohoto v interíéru „neviditelného“ systému s případným krátkodobým stylovým vytápěním s využitím například designových krbových kamen i pro případ přerušení dodávky elektřiny.
Elektrické podlahové topení a vlastní fotovoltaická elektrárna představují zcela „zelenou“ alternativu pro majitele nízkoenergetických a pasivních domů. Díky vysoké míře tepelné izolace a nízké spotřebě elektrické energie na vytápění lze v rámci celého roku dosáhnout prakticky vyrovnané bilance mezi vlastní výrobou elektřiny a její spotřebou. To například umožňuje již nyní využívaný princip virtuální baterie, při kterém je nadbytečná, fotovoltaicky vyrobená elektřina dodávána do elektrické sítě a v zimě je ze sítě následně odebírána. Jinými slovy – dům si vyrábí vlastní elektřinu způsobem neutrálním co do emisí CO2 a není třeba se zříkat dnes obvyklého pohodlí. Podobných technických řešení přibývá a jejich rozmach lze očekávat i v souvislosti s rozvojem tzv. komunitní energetiky, tedy sdílení přebytků elektřiny i mezi jednotlivými domy.
Při rozhodování by majitel domu měl zvážit i to, že investuje do svého domu, do svých zařízení, a tím se odpoutává od budoucí a většinou nejisté závislosti na dodavatelích a složitých technologiích.
Danfoss nabízí: regulační prvky pro CZT, termostatické hlavice, ventilová tělesa a šroubení, armatury pro vyvážení soustav v rezidenčních a komerčních budovách, produkty pro chytré vytápění - ovládání radiátorů a podlahového vytápění vzdáleně přes ...