logo TZB-info

estav.tv nový videoportál

Reklama

Ekologické aspekty provozu tepelných čerpadel ve starší zástavbě


Ilustrační obrázek (Zdroj: Brilon a.s., tepelné čerpadlo Loria)

Vytápění a příprava teplé vody s tepelnými čerpadly má nižší emise CO2 než s plynovými kotli již od provozního ročního topného faktoru cca 1,7.

Reklama

Ve snaze zmírnit následky klimatických změn se neobejdeme bez snížení emisí CO2. V rámci „Evropské zelené dohody“ („European Green Deal“) byl stanoven požadavek na snížení těchto emisí v Evropě do roku 2030 na 55 %. V Německu se prosazuje požadavek, aby pro návrh nového vytápění byl uzákoněn minimální podíl 65 % energie získané z obnovitelných zdrojů energie. V České republice tak ambiciózní požadavek zatím není, nicméně u novostaveb rodinných domů se pro splnění kritérií energetické náročnosti budov s některými zdroji tepla již bez určitého podílu využití OZE rovněž neobejdeme a vše směřuje k tomu, aby se budovy co nejdříve staly v roční bilanci potřeby a výroby energie nulové až plně soběstačné.

Hlavním nástrojem k dosažení snížení uhlíkových emisí v procesu zásobování budov teplem u starších budov je kromě zkvalitnění pláště při rekonstrukci a tím i snížení spotřeby tepla, pokud možno i okamžitá přestavba zdrojů tepla na technologie, které vykazují co nejnižší emise CO2 a jsou tedy z klimatického hlediska roční bilance neutrální. Velkou roli na této přeměně mají mít tepelná čerpadla.

Tepelná čerpadla jsou po technologické stránce dostatečně vyvinutá a již dnes je s nimi možné nahradit velkou část zdrojů tepla využívajících fosilní paliva (uhlí, zemní plyn nebo topný olej). U tepelných čerpadel s elektrickým pohonem závisí úspora CO2 na dvou faktorech:

  • na množství CO2 vznikajícím při výrobě elektřiny
  • a na energetické efektivitě tepelného čerpadla (topném faktoru zjištěném měřením v konkrétních provozních podmínkách za rok).

První faktor, tedy emisní faktor nám udává, jak „čistě“ s ohledem na CO2 je vyráběna elektrická energie. To znamená, že vycházíme z množství emisí CO2 v gramech nutných na výrobu 1 kWh dodávané elektřiny. Velikost emisního faktoru je sice v různých regionech odlišná a mění se v závislosti na čase, lze však vycházet i z dostatečně vypovídajících průměrných hodnot.

Podle německého Spolkového úřadu pro životní prostředí poklesl v SRN průměrný emisní faktor CO2, a to v souvislosti s výstavbou zdrojů využívajících energii větru či slunečního záření a s návazným ústupem od uhelných elektráren při výrobě elektřiny, ze všech druhů využívaných energetických zdrojů v letech 1990 až 2019 ze 764 g CO2/kWh na 401 g CO2/kWh.

Pro srovnání, v České republice došlo podle údajů MPO k poklesu emisního faktoru z hodnoty 554 g CO2/kWh v roce 2010 na 383 g CO2/kWh v roce 2020. V českém legislativním prostředí se lze setkat i s velikostí emisního faktoru 860 g CO2/kWh, a to v příloze č. 8 vyhlášky č. 140/2021 Sb. o energetickém auditu. Tato vysoká hodnota se vztahuje výlučně k tzv. fosilní elektřině, tedy elektřině vyrobené jen s využitím fosilních zdrojů energií a nezahrnuje elektřinu vyrobenou s využitím OZE a jaderné energie.

Na základě emisního faktoru elektřiny 401 g CO2/kWh v Německu za rok 2019 a jeho předpokládané hodnoty 143 g CO2/kWh v roce 2030, stálého emisního faktoru zemního plynu 240 g CO2/kWh, lze provést srovnání, jak velkou musí mít tepelné čerpadlo energetickou efektivitu, tedy reálný topný faktor za období jednoho roku, aby bylo emisně lepší, než kombinace plynového kotle a tepelného solárního systému pro přípravu teplé vody. Protože solární systém má emisní faktor téměř nulový, tak výsledný emisní faktor uvedené kombinace byl na základě simulací snížen na úroveň 215 g CO2/kWh. Vychází se z toho, že plynový kotel pracuje s průměrným stupněm využitím energie ze zemního plynu na úrovni 90 % a tepelný solární systém pokrývá 70 % potřeby tepla na přípravu teplé vody během roku. Výsledky jsou zobrazeny v připojeném grafu.

Graf: Příklady ukazující snížení výsledného emisního faktoru g CO2/kWh tepla při vytápění a přípravě teplé vody s využitím elektrického tepelného čerpadla oproti kombinaci plynového kotle a tepelného solárního systému pro přípravu teplé vody.
Graf: Příklady ukazující snížení výsledného emisního faktoru g CO2/kWh tepla při vytápění a přípravě teplé vody s využitím elektrického tepelného čerpadla oproti kombinaci plynového kotle a tepelného solárního systému pro přípravu teplé vody.

I s poměrně nízkým ročním topným faktorem v reálných podmínkách je elektrické tepelné čerpadlo emisně lepší než zemní plyn

Z grafického znázornění je patrný pokles emisí CO2 při využití tepelných čerpadel v závislosti na růstu jejich energetické efektivity.

Podle údajů, získaných ze základních podkladů pro výpočet, vykazuje tepelné čerpadlo v příkladu „SRN 2019“ stejné emise jako kombinace plynového kotle a tepelného solárního systému již při provozním ročním topném faktoru dosaženém v reálných podmínkách ve výši 1,7. Provozní roční faktor tepelných čerpadel vzduch-voda a země-voda zjištěný na základě terénních měření ve starší zástavbě dosahuje i průměrných hodnot 3,1 respektive 4,1. Je tedy podstatně vyšší než byla pro rok 2019 potřebná minimální hodnota 1,7. Úspory emisí CO2 oproti zemnímu plynu jsou v takovém případě vyšší než 44 %, respektive 58 %. Při porovnání s plynovým vytápěním tak tepelná čerpadla za daných podmínek šetří asi polovinu emisí CO2.

V terénním průzkumu byla jako nejméně energeticky efektivní zjištěna tepelná čerpadla vzduch-voda pracující s provozním ročním topným faktorem 2,5. I tato tepelná čerpadla však byla emisně výhodnější než využití zemního plynu a dosahovala úspory asi 33 % CO2.

V druhém příkladu „SRN 2030“ jsou emisní faktory při výrobě elektřiny zvoleny podle studie „Klimaticky neutrální Německo 2050“. Podle vyjádření autorů studie „Prognos“ budou v roce 2030 při výrobě elektřiny vznikat emise CO2 asi 143 g CO2/kWh. Poté i tepelné čerpadlo se spíše nízkou energetickou efektivitou, s provozním ročním topným faktorem na úrovni 2,5, bude vykazovat oproti plynu úsporu emisí asi 76 %. S nárůstem efektivity tepelných čerpadel se tato hodnota zvyšuje až na téměř 90 %. Za těchto podmínek výroby elektřiny však bude i prosté přímotopné elektrické vytápění emisně výhodnější než plynové a při své energetické efektivitě, reálném topném faktoru 1,0, by dosáhlo úspory 40 % CO2 oproti zemnímu plynu.

Čím nižší emisní faktor a vyšší energetická efektivita, tím nižší úspora při jejím zvýšení

Z grafického znázornění je patrný ještě jeden aspekt. Čím je energetická efektivita tepelného čerpadla vyšší a čím je emisní faktor při výrobě elektřiny nižší, tím menší je nárůst úspor CO2 při zvyšování energetické efektivity tepelného čerpadla. Číselně vyjádřeno se zvýšení provozního ročního topného faktoru TČ z hodnoty 2,5 na 3,5 v modelovém roce 2019 projeví snížením emisí CO2 o cca 20 %. Zatímco zvýšením topného faktoru TČ o stejnou absolutní hodnotu 1,0, tedy z hodnoty 3,5 na 4,5 by se dosáhla v témže roce úspora CO2 již jen asi 10 %.

I když budou úspory emisí CO2 v roce 2030 nepochybně již na dost vysoké úrovni a emisní faktor elektřiny mnohem nižší, povede zvýšení energetické efektivity TČ, tedy provozního topného faktoru o hodnotu 2,0, tedy například z hodnoty 2,5 na 4,5, ke snížení emisí skleníkových plynů asi o 10 %, v porovnání s 30 % úsporami, které by to představovalo v roce 2019.

S narůstající energetickou efektivitou TČ ovšem klesá i spotřeba elektřiny. A to je z hlediska spotřebitelských nákladů a možností výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů stejně tak důležitý cíl.

Závěr

Z čistě ekologického hlediska snižování emisního faktoru CO2 se bude význam rostoucí energetické efektivity tepelných čerpadel do budoucna snižovat. Neznamená to ovšem, že vysoká energetická efektivita nebude důležitá pro ekonomické hodnocení TČ samotných.

Z celkového pohledu vyplývá, že použití tepelných čerpadel skutečně přispívá ke snižování emisí CO2, porovnáváme-li je s otopnými soustavami založenými na spalování fosilních paliv. S nárůstem výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů se budou tyto úspory ještě zvyšovat. Za předpokladu odborného provedení se proto velký potenciál ke snížení emisí CO2 s tepelnými čerpadly nachází nejen u novostaveb, ale také u starší zástavby.

Poznámka redaktora:
V článku je uveden orientační modelový příklad a číselné údaje se pro různé regiony a jinak zvolené předpoklady mohou lišit.

Základní překlad článku zpracoval Ing. Antonín Chyba. Za redakční úpravy, terminologii a doplnění o české reálie odpovídá Ing. Josef Hodboď, TZB-info.
Provozním ročním topným faktorem je míněn topný faktor stanovený výpočtem ze změřené spotřeby elektrické energie tepelným čerpadlem a změřené tepelné energie dodané tepelným čerpadlem do soustavy za jeden kalendářní rok v podmínkách využívaného domu. Nejedná se tedy o topný faktor COP nebo sezónní topný faktor SCOP zjištěný za zvolených podmínek na zkušebně a normativním výpočtem.

 
 

Reklama


© Copyright Topinfo s.r.o. 2001-2024, všechna práva vyhrazena.