Ekonomické souvislosti zvyšování účinnosti tepelných čerpadel
Tlak na zvyšování energetické účinnosti TČ neznamená, že zákazníci budou krýt své tepelné potřeby za pomoci efektivnějších TČ ekonomicky výhodněji.
Praxe ukazuje, že je-li TČ navrženo do objektu, jehož otopná soustava a systém přípravy teplé vody nebyly koncipovány pro nízkoteplotní zdroje tepla, je nutné pro dosažení z environmentálního pohledu příznivé hodnoty SCOP vynaložit podstatné dodatečné náklady, které nemusí být návratné. Má-li se střední teplota topné vody v otopném systému snížit o 20 °C, je nutné k zachování výkonu otopných těles jejich plochu až zdvojnásobit.
V tabulce níže jsou zobrazeny tři modelové případy aplikace TČ vzduch-voda do RD. První reprezentuje instalaci TČ do stávajícího objektu RD po komplexním zateplení, u kterého jsou ponechána původní otopná tělesa a pouze je zavedena ekvitermní regulace topné vody. Reálná hodnota SCOP u takovéto instalace TČ při zohlednění nutného provozu elektrokotle v teplotách pod bodem bivalence může dosahovat 2,5. Druhý případ pak předjímá, že investor současně obmění vybraná či všechna otopná tělesa v objektu tak, aby bylo možné dále snížit průměrnou teplotou topné vody dodávané do systému ÚT o dalších 15–20 °C. S pomocí ekvitermní regulace je výsledkem zvýšení SCOP na průměrnou hodnotu 3. Třetí případ pak simuluje souběžnou instalaci podlahového vytápění, jehož vybudování je při zohlednění pracnosti nejnákladnější a může si vyžadovat další dodatečné náklady na pořízení nové podlahové krytiny. Odměnou je naopak vysoká hodnota SCOP dosahující reálně 3,5 i více.
Z modelového srovnání vyplývá, že vztah mezi náklady instalace, SCOP a provozními náklady není lineární. Zlepšení SCOP o 20 % (z 2,5 na 3) se projeví poklesem nákladů na elektřinu o 13 %, ale vyžaduje o 40 % vyšší investiční náklady. Zlepšení SCOP o 40 % (z 2,5 na 3,5) se projeví poklesem nákladů na elektřinu o 22 %, ale vyžádá investice vyšší téměř o 60 %.
Znamená to tedy, že chce-li investor docílit nadprůměrně vysoké hodnoty SCOP, musí výrazně více investovat do současné úpravy otopné soustavy objektu, ve které má být TČ instalováno, a přitom se spokojit s tím, že takto docílené úspory v provozních nákladech nemusí během očekávaného funkčního života TČ vyrovnat počáteční vícenáklady.
| Náklady instalace [Kč] | Potřeba tepla na ÚT [kWh/rok] | SCOP [-] | Spotřeba elektřiny na ÚT [kWh] | Náklady na elektřinu [Kč/rok] | Úspora nákladů [Kč/rok] | Prostá návratnost vícenákladů [roky] | Úspora primární energie [MWh/rok] | Výše finančního příspěvku [Kč] | Podíl podpory na nákladech [%] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 175 000 | 15 000 | 2,5 | 6 000 | 18 660 | 2,6 | 47 647 | 27 | ||
| 250 000 | 3 | 5 000 | 16 290 | 2 370 | 32 | 2,5 | 92 647 | 37 | |
| 275 000 | 3,5 | 4 286 | 14 597 | 4 063 | 25 | 4,3 | 124 790 | 45 |
Z tohoto důvodu jsou na místě veřejné programy podpory, které investory k efektivnějším aplikacím TČ budou motivovat. Za
jakých podmínek by veřejná podpora měla být poskytována a v
jaké výši?
Evropská komise v roce 2013 vydala harmonizovaná pravidla (Rozhodnutí č. 2013/114/EU), za jakých podmínek je možné produkci
tepla tepelnými čerpadly instalovanými v zemích EU započítávat do národních statistik a závazků rozvoje obnovitelných zdrojů, pokud využívají teplo země, venkovního vzduchu či vody.
Tepelná čerpadla poháněná elektrickou energií musí dosahovat
průměrné roční účinnosti SCOP ve výši alespoň 2,5. V případě TČ, u nichž je hnací energií teplo, je pak účinnost vložené energie rovna 1, čímž minimální hodnota SPF činí 1,151.
Jinými slovy, jakákoliv veřejná podpora by měla být poskytována pouze investorům, jejichž aplikace TČ docílí z hlediska efektivity
provozu alespoň této minimální hranice (od které mohou výrobu tepla daným tepelným čerpadlem započítat do národních statistik).
S využitím předchozí tabulky je možné provést kalkulaci případné veřejné podpory, která bude zohledňovat, jak efektivně TČ v dané instalaci pracuje a kolik energie svým účinnějším provozem ušetří.
Absolutní výše finančního příspěvku je kvantifikována pro modelově stanovenou měrnou podporu ve výši 5 tis. Kč v přepočtu na jeden GJ ušetřené primární energie. Investor instalující si TČ s průměrným SCOP 2,5 pro krytí stanoveného množství tepla by dle této metodiky měl nárok na finanční příspěvek ve výši necelých 50 tis. Kč. Pokud by se rozhodl a investoval by současně do úpravy otopné soustavy tak, aby SCOP zvýšil na průměrnou hodnotu 3, pak by měl nárok na více než 90 tis. Kč. Pokud by se však rozhodl pro nejnákladnější řešení, podpora by opět byla zvýšena na celkových 125 tis. Kč.
Předností takto pojatého způsobu podpory je, že jasně motivuje investory, aby přemýšleli systémově a TČ přizpůsobili otopné soustavě, ve které pracuje. Definitivní rozhodnutí o poskytnutí podpory však vyžaduje prokazatelné doložení, že otopná soustava objektu, do kterého má být TČ instalováno, je navržena na nižší teplotní spády (55/45 °C, 45/35 °C anebo 35/25 °C). Čím nižší jsou teploty systému ÚT, tím vyšší sezónní účinnosti TČ s vysokou pravděpodobností dosáhne a tím vyšší absolutní i
relativní veřejnou podporu v poměru k celkové investici je odůvodněné poskytnout.
Druhou možností je stanovit výši podpory ověřením reálně dosaženého SCOP za pomoci monitoringu TČ v dané aplikaci. Kvalitnější TČ jsou již vybaveny měřením množství spotřebované elektřiny a vyrobeného tepla (i proto, že takto je dnes pojat systém podpory instalací TČ v rezidenčním sektoru v sousedním Německu)
Použité odkazy:
1) V účinnosti vložené energie není rozlišeno, zda je hnací energií tepelná energie nebo palivo, z nějž je teplo vyráběno (množství vložené hnací energie je vyjádřeno podle toho, zda je proměna palivo do tepla integrální součástí čerpadla nebo nikoliv)
Použité zkratky pro hodnocení účinnosti TČ:
- COP – Topný faktor (z angl. Coefficient of Performance), poměr tepelné energie odváděné z kondenzátoru tepelného čerpadla v poměru k (elektrické či tepelné) energii pohánějící pracovní okruh tepelného čerpadla
- SCOP – Sezónní topný faktor, průměrný topný faktor za delší časové období – typicky topnou sezónu. SCOP zpravidla zohledňuje i spotřebu energie v časech, kdy TČ není v aktivním provozu (např. stand-by).
- SPF – Faktor sezónní účinnosti (z angl. Seasonal Performance Factor), faktor průměrné sezónní účinnosti tepelného čerpadla v aktivním režimu (u elektricky poháněných tepelných čerpadel označován jako SCOPnet, u tepelně poháněných tepelných čerpadel SPERnet). Pro věcnou správnost by SPF mělo být stanoveno v souladu s příslušnými normami (EN 14825:2012 případně
- EN 12309).
- SPER – Sezónní koeficient primární energie, využíván pro TČ poháněná tepelnou energií k vyjádření energické účinnosti výroby tepla za pomoci přivedené hnací (tepelné) energie
Článek porovnává reálně dosažitelné hodnoty sezónního topného faktoru (SPF) a hodnotí, jaké jsou dodatečné investiční náklady pro dosažení nadprůměrné hodnoty SPF. V závislosti na množství uspořené primární energie je zdůvodněna výše veřejné podpory. V textu se však průběžně pracuje s faktorem SPF a SCOP. Zatímco SPF je sezónní topný faktor, dle definice normy ČSN EN 15316-4-2 nebo faktor sezónní účinnosti, dle rozhodnutí komise EU 813/2013. Sezónní topný faktor SCOP se stanovuje dle normy ČSN EN 14825. Z jednotlivých norem jsou tyto hodnoty pro konkrétní objekt shodné pouze u jasně definované hranice. Je tedy důležité správně stanovit, který sezónního topný faktor (SPF nebo SCOP) je pro dané účely vhodnější.