Úsporná opatření na přípravu teplé vody specificky pro panelové domy
Při hledání úspor provozních nákladů v panelových domech se v první řadě zaměřujeme na úsporu nákladů na vytápění. Toho lze dosáhnout snížením tepelné ztráty objektu zateplením obálky budovy (článek Zateplování panelových domů - technologické limity), volbou efektivního způsobu větrání (Rekuperace tepla v panelovém domě - ano či ne?) a výměnou zdroje tepla na vytápění (Alternativa k CZT pro panelové domy). Další významné úspory lze dosáhnout na straně přípravy teplé vody.
Energetická náročnost přípravy teplé vody tvoří především pro zateplené objekty významnou složku celkové spotřeby energie objektu. Pro nezateplený panelový dům tvoří energie na přípravu teplé vody při kvalitně zaizolovaném rozvodném systému cca 15 %, resp. při původním a zanedbaném rozvodném systému cca 21 % z celkové spotřeby objektu (odvozeno výpočetně). Pro zateplený objekt je tento podíl již 35 - 40 % za předpokladu, že při rekonstrukci objektu budou zároveň rekonstruovány a zatepleny rozvody teplé vody. Úsporná opatření aplikovaná v oblasti přípravy teplé tak mohou významně snížit celkovou energetickou náročnost objektu.
 |
 |
Obrázek 1: Rozložení spotřeby energie v panelovém domě s nezateplenými konstrukcemi (vlevo)
a v kvalitně zatepleném panelovém domě s izolovanými rozvody TV (vpravo).
Energetickou náročnost a s tím související náklady na přípravu TV lze snížit dvěma způsoby, které lze vzájemně kombinovat. První možností je snížit spotřebu vody přímo u uživatelů v bytech jejich odpovědnějším přístupem nebo instalací úsporných výtokových armatur, perlátorů a rekuperátorů vody. Druhou možností je vyměnit zdroj tepla na přípravu teplé vody.
SNIŽOVÁNÍ SPOTŘEBY TEPLÉ VODY
Spotřebu teplé vody lze snižovat přímo u uživatelů jejím použitým množstvím a teplotou. Potřebu vody snižuje instalace úsporných výtokových hlavic nebo perlátorů u výtokových míst. Požadovanou teplotu udržují termostatické baterie.
Snižování potřeby teplé vody
Významné úspory teplé vody na straně uživatelů lze dosáhnout při sprchování správnou volbou typu sprchové hlavice a režimem sprchování. Při běžném sprchování v délce 5 minut při průtoku 10 l/min se spotřebuje cca 50 l teplé vody (37 °C). Z uvedené doby však vlastní sprchování trvá zhruba 2 min (spotřeba 20 l teplé vody), zbytek doby voda protéká bez užitku. Úsporným chováním nebo vhodným technickým zařízením je možné bez snížení pocitu komfortu uspořit až 60 % běžné spotřeby.
Spotřebu teplé vody u vanové koupele nelze významně ovlivnit bez ztráty komfortu.
Mezi úsporné výtokové armatury patří sprchová hlavice s nastavitelným průtokem vody. Tyto hlavice soustřeďují proud vody do méně trysek, čímž zvětšují jeho rychlost. Tím tak zachovávají stejný mycí efekt a komfort při menší spotřebě vody. Některé hlavice mají "stop ventil", který velmi dobře funguje v kombinaci s termostatickou baterií. Omezit množství protékající vody lze také pomocí škrticích kroužků instalovaných přímo do sprchové hadice, které je možné upravit dle potřeby.
Perlátory mísí vodu se vzduchem a zmenšují průtočný profil. Tím dojde ke zvětšení objemu, snížení průtočného množství vody a zvýšení rychlosti proudění. Bublinky tvořené díky povrchovému napětí vody zvětšují její efektivní plochu a myjí lépe než voda bez bublinek. Z těchto důvodů je zachován pocitový komfort při mytí rukou a zároveň se při menším množství vody zvýší její mycí účinek. Vzhledem k poměrně nízké ceně perlátorů lze očekávat návratnost investice přibližně za jeden rok.
Perlátory a úsporné hlavice je potřeba občas zkontrolovat, neboť zarůstají vodním kamenem, který lze odstranit propláchnutím v octu, nebo lze zakoupit perlátory a hlavice s úpravou proti vodnímu kameni. Instalací úsporných výtokových armatur a perlátorů lze ušetřit přibližně 25 % teplé i studené vody.
 Obrázek 2: Nastavitelná sprchová hlavice a redukční kroužek pro omezení množství vody ve sprchové hadici. Zdroj: Grohe, Ideal standard. |
 Obrázek 3: Perlátory. Zdroj: Watersavers. |
Využití odpadního tepla šedé vody
Z důvodu snížení potřeby energie na přípravu teplé vody je možné využívat teplo odpadní vody ve sprchových koutech pomocí rekuperátorů šedé vody umístěných pod vaničkou sprchového koutu. Tyto rekuperátory mají v sobě integrovaný protiproudý výměník tepla, který předává teplo odpadních vod do přítoku studené vody a tímto snižuje podíl teplé vody v požadovaném mixu teplé a studené ve výtoku sprchy. U vany tento princip nefunguje z toho důvodu, že teplá voda se napouští v jiném čase, než odtéká.
Využitím rekuperace tepla lze předehřát studenou vodu přibližně na 20 °C. Tím dojde ke snížení spotřeby energie na přípravu teplé vody ve sprše při dosažení běžné výtokové teploty sprchy přibližně o 50 %. Obyvatelé panelových domů v oblastech s cenou tepla ze systému CZT 500 Kč/GJ mohou očekávat návratnost této investice přibližně za 7 let, v oblastech s dražším teplem dříve.
 Obrázek 4: Protiproudý výměník tepla pro předehřev studené vody ve sprchovém koutu. Zdroj: Sakal. |
 Obrázek 5: Schéma teplot studené a teplé vody při využití rekuperace tepla z odpadní vody. |
Tepelné ztráty v cirkulačních rozvodech
Kromě redukce potřeby teplé vody lze dosáhnout úspor i zefektivněním její distribuce. Velká část spotřebované energie pro přípravu teplé vody připadá na ztráty ve vnitřních a vnějších rozvodech. V panelových domech obíhá teplá voda stále v cirkulačním rozvodu, aby byla u všech výtokových míst v objektu kdykoliv v požadované teplotě k dispozici. Teplá voda v rozvodech neustále chladne a je třeba ji stále dohřívat zdrojem tepla, kterým je nejčastěji systém centrálního zásobování tepla. Ve chvíli, kdy není teplá voda odebírána ze žádného z výtokových míst, slouží veškeré teplo dodané na přípravu teplé vody pouze k pokrytí ztrát tepla v rozvodech. Ztráty cirkulačního rozvodu se obvykle pohybují mezi 15 a 20 % při časově řízené cirkulaci a kvalitně zaizolovaných rozvodech. Pokud cirkulace běží nepřetržitě a rozvody nejsou rekonstruované, mohou se ztráty pohybovat v rozmezí až 50-90 %. Tento rozvod tedy není z energetického hlediska nijak efektivní. Norma ČSN 06 0320 [5] uvádí požadavek na snížení tepelných ztrát izolací distribuce TV a zařízení ohřevu TV tak, aby hodnota koeficientu z (vliv ztráty při ohřevu vody a ztráty v rozvodech TV a cirkulace) u ohřívání v domovním ohřívači nepřesáhla hodnotu 0,5 a u ohřívání v okrskovém ohřívači hodnotu 0,8. Přirážka na tepelné ztráty teplé vody, kterou uvádí TNI 730302 [6] v případě centrálního zásobníkového ohřevu s řízenou cirkulací, je 0,3, s neřízenou cirkulací je tato přirážka 1, což odpovídá ztrátám 100 %.
Obrázek 6: Kvalitně provedená izolace rozvodů teplé vody.
Aby byly tepelné ztráty v rozvodech maximálně redukovány, je třeba veškeré rozvody kvalitně zaizolovat a regulovat cirkulaci vody v rozvodu podle teploty nebo podle času. Optimální je cirkulaci omezovat například během nočních hodin, kdy je využití teplé vody minimální. Tento krok ale vyžaduje souhlas všech obyvatel domu.
Další možností, jak redukovat ztráty v rozvodech teplé vody, je instalovat do každého bytu stanici s deskovým výměníkem. V bytové stanici se připravuje teplá voda průtočným způsobem pro všechna odběrná místa v bytě a zároveň topná voda pro všechna otopná tělesa v bytě. Regulátor ve stanici po dobu odběru teplé vody uzavírá okruh topení a 100% upřednostňuje přípravu teplé vody. Do bytové stanice je přiváděna topná voda ze stávající výměníkové stanice v domovní kotelně. Výhodou tohoto systému je, že teplá voda je připravována přímo v bytě, čímž odpadají veškeré ztráty v domovních rozvodech teplé vody včetně cirkulace. Tento způsob je vhodné využít v novostavbách, kde lze tomuto systému přizpůsobit dispozici objektu a návrh trasy topného okruhu. V panelových domech jsou ovšem rozvody topné vody vedeny stoupačkami vertikálně a instalace bytových stanic by znamenala zcela změnit trasu i dimenzi potrubí topné vody po objektu, což je v řadě panelových objektů z důvodu nedostačujících rozměrů instalační šachty téměř nemožné.
VÝMĚNA ZDROJE TEPLA NA PŘÍPRAVU TEPLÉ VODY
Další úspory lze dosáhnout změnou zdroje tepla za zdroj jiný, provozně levnější. Výměnou zdroje tepla na přípravu teplé vody lze snížit energetickou náročnost její přípravy a tedy i provozní náklady pro uživatele. Další možnou úsporou je volba zdroje využívající levnější energii, než je cena tepla ze stávajícího zdroje CZT.
Zdroj tepla může být centrální pro celý objekt, který připravuje teplou vodu v centrálních zásobnících, nebo lokální v bytech. Mezi centrální zdroje patří systém CZT, tepelná čerpadla, plynové kotle a solární kolektory. Příprava teplé vody se může také decentralizovat a přenést do jednotlivých bytů, čímž zcela odpadnou ztráty v cirkulačních rozvodech. Mezi lokální zdroje patří elektrické akumulační zásobníky, průtokové ohřívače a kompaktní jednotky určené pro větrání a přípravu teplé vody v bytech.
Přesunutím zdroje tepla přímo do objektu odstraníme ztráty vedením centrálního zásobování tepla od zdroje k domu. Přesto se nemusí investice do nového zdroje vrátit v podobě úspory provozních nákladů, a to především v lokalitách s levnějším teplem ze systému CZT (do 500 Kč/GJ). Výnosnost investice do nového zdroje se liší pro každý objekt, a proto je nutné si před zamýšlenou realizací nechat zpracovat energeticko-ekonomickou studii výměny zdroje.
Lokální zdroje pro přípravu teplé vody
Lokální způsob přípravy teplé vody přímo v bytech může být například řešen tak, že voda v koupelně je ohřívána pomocí elektrického akumulačního zásobníku a v kuchyni pomocí elektrického průtokového ohřívače umístěného co nejblíže dřezu. Z navržených variant výměny zdroje se jedná o nejlevnější řešení, u kterého lze očekávat investici ve výši přibližně 13 000 Kč na jeden byt s poměrně krátkou dobou návratnosti. Celkovou ekonomickou bilanci navíc příznivě ovlivňuje fakt, že na přípravu teplé vody pomocí akumulačních ohřívačů se vztahuje levnější tarif elektrické energie D25, u kterého je cena elektrické energie v porovnání s běžným tarifem D02 přibližně o 45 % nižší. Ten je možné využívat pro všechny spotřebiče a osvětlení v domácnosti. Lokální příprava teplé vody v bytech je však poměrně neekologické řešení kvůli využití elektrické energie.
| Zdroj pro přípravu teplé vody | Lokální příprava TV v bytech | Elektrická tepelná čerpadla | CZT kotle na zemní plyn solární kolektory |
|---|---|---|---|
| Příprava TV | D25 | C25 | CZT/plyn |
| Větrání lokální | D25 | D02 | D02 |
| Větrání centrální | C02 | C25 | C02 |
| Osvětlení a spotřebiče v bytech | D25 | D02 | D02 |
| Osvětlení a spotřebiče ve společných prostorech | C02 | C02 | C02 |
Obrázek 6: Sazby za elektrickou energii podle použitého zdroje pro přípravu teplé vody.
Lokálně lze teplou vodu připravovat také pomocí kompaktní větrací jednotky, která současně řeší bytové větrání a přípravu teplé vody. Součástí kompaktní jednotky je lokální rekuperační jednotka a akumulační zásobník teplé vody. Teplá voda je předehřívána tepelným čerpadlem vzduch-voda, který v rámci jednotky odebírá teplo odpadnímu větracímu vzduchu za rekuperací. Tento systém lze tedy využít pouze v bytech, kde je větrání řešeno lokálním systémem s rekuperací tepla. Díky snížení potřeby tepla a eliminaci tepelných ztrát v rozvodech po objektu klesne spotřeba energie pro přípravu teplé vody přibližně o 40 %. Další výhodou je stejně jako v případě lokální přípravy teplé vody v akumulačních zásobnících možnost využití levnějšího tarifu elektrické energie pro domácnost D25. Nevýhodou je prozatím její vysoká pořizovací cena (cca 180 000 Kč včetně instalace potrubí v bytě).
Obrázek 7: Schematické znázornění funkce kompaktní větrací jednotky. Zdroj: Drexel und Weiss.
Tento systém je možno použít jen v určitých typech objektů se dvěma vzduchotechnickými stoupačkami, které je nutno izolovat. Opatření tohoto typu je vzhledem k velikosti kompaktní jednotky a vzduchotechnickým rozvodům, které bývají vedeny v podhledech, náročnější na prostor. Přes uvedené nevýhody a nákladnost tohoto opatření se jedná o velmi účinný systém, který při současných trendech zvyšování cen energií najde v budoucnu zřejmě široké uplatnění.
Příprava teplé vody pomocí tepelných čerpadel
Jako centrální zdroj tepla v panelových domech je možné využít tepelná čerpadla v kombinaci s bivalentním elektrokotlem. Ten pokrývá nejchladnější období roku, kdy je větší potřeba teplé vody a zároveň není topný faktor tepelných čerpadel tak vysoký.
Vzhledem k velikosti pozemků kolem panelových domů a také nákladnosti při budování zemních kolektorů je reálnější použití tepelných čerpadel vzduch-voda. Hodnota topného faktoru tepelných čerpadel je závislá na teplotě okolního vzduchu. Tepelné čerpadlo spotřebovává pro ohřev vody o to méně elektrické energie, o kolik teplejší vzduch k čerpadlu přivádíme. V létě je tak spotřeba tepla pro přípravu teplé vody mnohem nižší v porovnání se zimou. Průměrný roční topný faktor se pohybuje mezi 2,5-3.
Zajímavou možností je v tepelném čerpadle vzduch-voda využívat odpadní větrací vzduch z objektu, který má po celý rok poměrně stabilní teplotu, čímž se významně zvyšuje topný faktor čerpadla. Prakticky vypadá tato instalace tak, že se na vyústění větrací šachty na střechu objektu instaluje tepelné čerpadlo vzduch-voda, které si "přisává" ohřátý odpadní vzduch odvětrávaný z bytových jednotek. Tímto se především v chladnějších obdobích roku využívá odpadní teplo, které by bylo jinak vypouštěno bez užitku do exteriéru. Díky tomuto uspořádání tepelné čerpadlo nemění svůj topný faktor během roku tak významně, jako tepelná čerpadla odebírající teplo vzduchu z exteriéru. Nutnou podmínkou tohoto systému je realizace systému podtlakového větrání, při kterém je odpadní vzduch odváděn šachtou na střechu (viz článek Centrální podtlakové větrání (hybridní větrání) v panelovém domě. Rekuperace či hybrid?).
Tepelná čerpadla mohou být umístěna na střeše budovy, respektive na její fasádě. Zde je ale nutno zabývat se hlukem, který produkují, aby nedocházelo k rušivým vlivům na okolní objekty. Tepelná čerpadla mohou být umístěna také uvnitř objektu, například v technickém podlaží. Zde je však třeba řešit přívod a odtah vzduchu.
 |
 |
Obrázek 9: Kaskáda plynových (vlevo, zdroj: Buderus) a elektrických (vpravo, zdroj: IVT) tepelných čerpadel.
Při instalaci kaskády tepelných čerpadel je obvykle třeba navýšit příkon elektrické přípojky, což může hrát hlavní roli v rozhodování, zda použít tuto alternativu. Pokud nelze dostatečně příkon navýšit, lze jako alternativu k elektrickým tepelným čerpadlům uvažovat plynová tepelná čerpadla vzduch-voda v zapojení s kondenzačními plynovými kotli. V případě plynových tepelných čerpadel je však nutná dostatečná přípojka zemního plynu. Tato soustava tepelných čerpadel a kondenzačních kotlů se většinou umisťuje na střechu na nosný rošt nebo do technického podlaží. Oproti klasickým tepelným čerpadlům s kompresorem poháněným elektrickým proudem mají plynová tepelná čerpadla nižší topný faktor, a to pouze 1,2 až 1,4. Tento rozdíl je ale dorovnán rozdílem ceny plynu a elektrické energie a ve výsledku je tak úsporný efekt obou typů čerpadel srovnatelný.
| Zdroj pro přípravu teplé vody | Orientační cena na byt [Kč/byt] | Diskontovaná návratnost [let] | Finanční úspora po 40 letech (NPV 40 let) [Kč] |
|---|---|---|---|
| Lokální v bytech (akumulační zásobník+průtokový ohřívač) | 13 000 Kč | 2 | 266 500 Kč |
| Kompaktní jednotka | 180 000 Kč | 19 | 260 000 Kč |
| Elektrické TČ vzduch-voda (vzduch z exteriéru) |
16 900 Kč | 4 | 227 500 Kč |
| Elektrické TČ vzduch-voda (odpadní větrací vzduch) |
16 900 Kč | 3,5 | 240 500 Kč |
| Kotel na zemní plyn | 13 650 Kč | 3,5 | 188 500 Kč |
| Solární kolektory | 30 000 Kč | 8 | 104 000 Kč |
Obrázek 7: Orientační cena zdrojů tepla pro přípravu teplé vody vztažená na průměrný byt o ploše 65 m2, diskontovaná návratnost a úspora financí při předpokládané ceně tepla ze systému CZT 1000 Kč/GJ.
Pozn: Pro výpočty bylo uvažováno s diskontní sazbou 3 %, růstem cen energie 3 % p.a.
Příprava teplé vody v plynové kotelně
Pokud je možné do panelového domu přivést přípojku zemního plynu o dostatečné dimenzi, lze jako zdroj tepla zvolit kotelnu s kaskádou kondenzačních kotlů na zemní plyn. V porovnání s tepelnými čerpadly je tento zdroj z hlediska investice levnějším řešením, ovšem přinese menší úsporu financí v porovnání s tepelnými čerpadly. Kotle se umisťují do kotelny nebo jiné technické místnosti v objektu. Zde je potom nutno řešit přívod čerstvého vzduchu a odtah spalin. Ten je nejčastěji veden po fasádě objektu nebo výtahovou šachtou, kde je třeba pro tyto účely vybudovat zvláštní požární úsek. Pokud použijeme kotle s venkovní úpravou, lze je umístit na střechu na nosný rošt. Při použití této varianty není nutno řešit kouřovod a přísun čerstvého vzduchu.
Obrázek 8: Plynová kotelna. Zdroj: Buderus.
Solární kolektory
Solární termické kolektory mohou v panelových domech sloužit jako zdroj části energie pro přípravu teplé vody. Tím se sníží náklady na přípravu teplé vody jednotlivým domácnostem a zvýší se energetická nezávislost domu. Výhodou tohoto zdroje je, že se jedná o obnovitelný zdroj energie, který snižuje negativní dopady výroby tepla na životní prostředí. Optimální je navrhovat solární systém tak, aby pokryl 40-45 % celoroční spotřeby tepla na přípravu teplé vody. Nejsnadnější je instalace kolektorů na střechu objektu, při které lze zvolit optimální sklon a orientaci panelů a je tedy z energetického i ekonomického hlediska nejvýhodnější. Využití sluneční energie a termických kolektorů na přípravu teplé vody je podrobněji popsáno v článku Solární soustavy pro přípravu teplé vody v panelových domech.
Závěr
Vysoká spotřeba energie na přípravu teplé vody panelových domů má vliv jak na provozní náklady pro samotné uživatele bytu, tak na vysokou zátěž pro životní prostředí při výrobě tepla. Pokud je teplo do objektu dodáváno z centrálních tepláren, stoupá navíc množství produkovaného tepla o energii potřebnou k pokrytí tepelné ztráty v rozvodech mezi teplárnou a panelovými domy.
Úspory v oblasti teplé vody je možno rozdělit do dvou kategorií. První cestou je snížit spotřebu teplé vody u koncového uživatele. Toho lze dosáhnout instalací úsporných armatur, rekuperačních výměníků a zároveň zodpovědnějším přístupem uživatelů. Druhou možností úspor je snížení energetické náročnosti přípravy teplé vody pomocí výměny za efektivnější zdroj s nižšími provozními náklady.
[1] Tintěra, L. a kol. (2002): Úsporná domácnost. Vydavatelství ERA, Brno.
[2] Ing. Tomáš Matuška, PhD. FS ČVUT, EkoWATT (2009): Kontrolní zpráva projektu VAV-SP-3G5-221-07
[3] ČSN EN 15 316-3-2 Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení potřeb energie a účinností soustavy - Část 3-2: Soustavy teplé vody, rozvody, ČNI, 2010.
[4] ČSN EN 15 316-3-3 Tepelné soustavy v budovách - Výpočtová metoda pro stanovení potřeb energie a účinností soustavy - Část 3-3: Soustavy teplé vody, příprava, ČNI, 2010.
[5] ČSN 06 0320: 2006 Tepelné soustavy v budovách - Příprava teplé vody - Navrhování a projektování. ČNI, 2006.
[6] TNI 730302 Energetické hodnocení solárních tepelných soustav - Zjednodušený výpočtový postup. ÚNMZ 2009.
If we consider energy efficiency measures we do think first and commonly only about heating consumption. But there are other energy flows in our households like domestic hot water heating. The DHW could become a very serious part of the energy operation costs. Moreover DHW in comparison with heating provides often better return on investment of the possible energy efficiency measures.