Výpočet spotřeby paliva a vyprodukovaných emisí, novinka na TZB-info

Dva nové výpočty na TZB-info k projektu Výměny kotlů

V rámci informační kampaně nazvané „Čisté vytápění domácností s Norskými fondy“ vznikla v redakci TZB-info jednoduchá výpočetní pomůcka Výpočet spotřeby paliva a vyprodukovaných emisí určená provozovatelům zdrojů tepla pro vytápění domácností.

Pokud znáte potřebu tepla pro vytápění vaší domácnosti, lze pomocí naší nové pomůcky zjistit, kolik paliva v případě spalovacích zdrojů, či elektrické energie u tepelných čerpadel, váš zdroj tepla spotřebuje na jeho výrobu. Navíc vám náš výpočet ukáže, kolik emisí váš zdroj vyprodukuje, včetně jeho uhlíkové stopy.

Výpočet spotřeby paliva a produkovaných emisí, průvodce výpočtem, úvod

Výpočet naleznete na stránce www.TZB-info.cz a v horní liště zvolte TABULKY A VÝPOČTY. Tam pak v oboru vytápění samotný výpočet pod názvem „VÝPOČET SPOTŘEBY PALIVA A PRODUKOVANÝCH EMISÍ“. Samozřejmě můžete použít rovnou fulltext.

Výpočet je primárně koncipován jako výpočetní pomůcka pro nejrozšířenější zdroje tepla instalované v rámci dotačních programů Nová zelená úsporám a Kotlíkové dotace, tedy pro kotle a lokální topidla na biomasu a tepelná čerpadla systému vzduch/voda.

Pro porovnání jsou uvedeny navíc výpočty pro plynový kondenzační kotel a nejrozšířenější typy starých ručně přikládaných kotlů na biomasu a uhlí.

Cílem bylo vytvořit jednoduchý a přehledný nástroj pro běžnou veřejnost. Z tohoto důvodu byla zvolena metodika využívající typických hodnot pro jednotlivé technologie získávání energie, tedy typických účinností pro spalovací zdroje a typických sezónních topných faktorů u tepelných čerpadel.

Použitá metodika výpočtu emisí se v maximální možné míře blíží metodikám, které jsou využívány Ministerstvem průmyslu a obchodu a Českým hydrometeorologickým ústavem při inventarizaci celkové dodané energie a emisí ze spalování paliv v domácnostech. Pro jednotlivé zdroje tepla jsou tedy brány typické hodnoty účinností a pro jednotlivé druhy paliv (energií) jejich typické výhřevnosti.

U kotlů s ručním přikládáním na spalování dřeva a dřevních briket se předpokládá, že jsou instalovány v souladu s platnou legislativou a dotačními podmínkami výše zmíněných programů, což znamená, že pokud má kotel od výrobce garantovány a autorizovanou osobou ověřeny technické parametry pouze pro jmenovitý výkon, jsou instalovány s akumulační nádrží o požadované minimální velikosti. Sezónní účinnost těchto zdrojů tepla se pohybuje v rozmezí 80–85 %, pro výpočet je brána reálná průměrná sezónní účinnost 82 %. V případě spalování kusového dřeva jsou brány v úvahu lehké dřevo jehličnatých stromů, těžké dřevo listnatých stromů a mix těchto dřev v poměru 50/50.

V případě peletových kotlů počítáme s průměrnou sezónní účinností 87 % a u lokálních peletových topidel 85 %.

Dalším porovnávaným zdrojem tepla je tepelné čerpadlo systému vzduch/voda, napojené na nízkoteplotní otopnou soustavu, tedy s předpokládanou výstupní teplotou topné vody do 35 °C. V výpočtu je tento moderní zdroj tepla označen jako tepelné čerpadlo pro podlahové vytápění a předpokládá se u něj vysoký sezónní otopný faktor SCOP 4,5 s tím, že po celou topnou sezónu je v minimální míře využíváno záložního bivalentního elektrického zdroje tepla pro přitápění.

Dále je zde tepelné čerpadlo vzduch/voda, napojené na starou otopnou soustavu s radiátory, jako typický představitel výměny starých kotlů na pevná paliva za tepelné čerpadlo bez současné rekonstrukce budovy a otopné soustavy. Typická tepelná ztráta těchto objektů je 14–16 kW a požadovaná teplota otopné vody při nižších venkovních teplotách vyšší jak 55 °C. Sezónní topný faktor je zde uvažován o velikosti 3,5 a navíc je započítáváno využití bivalentního elektrického zdroje tepla o účinnosti 95 %, a to 20 % na celkové dodané energii do budovy.

Posledním zástupcem tepelných čerpadel je v tomto segmentu relativní novinka, kterou je tepelné čerpadlo plynové, u kterého je uvažováno se sezónním topným faktorem 1,5.

U plynového kondenzačního kotle je předpokládáno, že byl opět instalován jako náhrada za starý kotel na pevná paliva do původní otopné soustavy, která nebyla upravována na nízkoteplotní. Zde předpokládáme průměrnou sezónní účinnost 98 %.

Na závěr jsou pro porovnání ve výpočtu uvedeny staré kotle na pevná paliva. Jako zástupce kotle na uhlí je brán ocelový odhořívací kotel typu Dakon DOR s průměrnou sezónní účinností 75 %, který byl primárně určen pro spalování hnědého uhlí, palivové dřevo se využívalo především na zátop, případně na krátké „přitopení“ mimo otopnou sezónu.

Jako typický představitel starého kotle na palivové dřevo je brán litinový prohořívací kotel se sezónní účinností 70 %. Tyto kotle byly původně uvedeny na trh na spalování černého uhlí, koksu a palivového dřeva. Spalování hnědého uhlí v těchto kotlích je nelegální, černé uhlí a koks se již prakticky nevyužívají, v drtivé většině jsou v současnosti používány především pro spalování palivového dřeva.

Je nutné si také říci něco o uvažovaných palivech

Co se týče palivového dřeva, předpokládá se spalování palivového dřeva o průměrné energetické, tedy relativní vlhkosti 20 %, což odpovídá vlhkosti 25 % naměřené hrotovým vlhkoměrem.

Přečtěte si také Jak dlouho vysychá palivové dřevo? Přečíst článek

Pro náš výpočet jsme použili typické výhřevnosti pro dřevo listnatých stromů a dřevo jehličnatých stromů, které byly vyjádřeny jako hustota energie. Tedy energie obsažená v palivu vztažená k plnometru. Tím jsme se snažili eliminovat značné nepřesnosti vyplývající z velice orientačních přepočtů na prostorový metr rovnaný a prostorový metr sypaný. Pod tabulkou je v Kalkulátoru uveden jednoduchý algoritmus, podle kterého si může uživatel přepočítat vypočtenou hodnotu roční spotřeby v plnometrech na jím zvolenou jednotku.

Z tvarových biopaliv jsou uvažována pouze paliva vyrobená z dřevní hmoty, pro které jsou uvažovány výhřevnosti 17,2 GJ na tunu daného paliva.

Jako primární energie potřebná k pohonu tepelných čerpadel je samozřejmě brána elektrická energie.

U zemního plynu je počítáno s výhřevností 0,034 GJ/m³, ze které jsou následně počítány emise i spotřeba plynu v m³.

Pomůcka pro stanovení orientační tepelné ztráty rodinného domu

Jak již bylo řečeno v úvodu, jako vstupní údaj pro výpočet je nutné znát roční potřebu tepla pro vytápění. Pro orientační výpočet lze použít známého údaje o tepelné ztrátě vytápěné budovy. U menších budov postavených po roce 2000 by to neměl být problém, protože by u nich měla být k dispozici projektová dokumentace, ze které lze tyto základní údaje vyčíst.

U starších budov bez dostupné dokumentace je nutné tyto tepelnou ztrátu budovy nově stanovit. Tepelné ztráty a potřeby tepla pro konkrétní budovu by měl jednoznačně počítat autorizovaný projektant či energetický specialista! Nicméně existují situace, kdy nám postačí orientační výpočet, například pro předběžnou kalkulaci nákladů na zvažovanou rekonstrukci otopné soustavy. Pro tento případ jsme pro vás připravili orientační výpočet tepelné ztráty domu v kW podle podlahové plochy nebo vytápěného objemu. Tento výpočet lze najít opět v sekci „TABULKY A VÝPOČTY“ pod názvem „ODHAD TEPELNÉ ZTRÁTY RODINNÉHO DOMU DLE OBDOBÍ VÝSTAVBY“.

Metodika výpočtu předpokládá, že je dům postaven v souladu s technickými normami z daného období. Na základě znalosti objemu vytápěného prostoru a přibližného období výstavby lze orientačně stanovit tepelné ztráty rodinného domu či menší budovy. Na začátku výpočtu je nutné zvolit typ vytápěné budovy, tedy zda se jedná o samostatně stojící budovu či dům (byt) v řadové zástavbě.

Stanovení měrné tepelné ztráty vychází z tepelně-technických norem a směrnic platných v době výstavby daného objektu, tedy pro standardy z let 1960, 1978, 1992, 1994, 2002, 2011, 2020. Proto je nutné znát období výstavby domu. Základem výpočtu je stanovení vnitřní podlahové plochy vytápěného prostoru nebo vnějšího vytápěného objemu objektu. Výpočet je platný pro budovy s celkovým objemem vytápěného prostoru do 1000 m³.

Pro výpočet je nutné znát venkovní výpočtovou teplotu lokality, ve které je budova umístěna. Tu lze jednoduše zjistit tak, že si v tabulce myší najedete na ikonku mapy republiky a po otevření nápovědy zvolíte lokalitu, ve které se váš dům nachází.

Po zadání vytápěné plochy či objemu vytápěného prostoru v m³ se v tabulce objeví přepočtené hodnoty tepelných ztrát pro jednotlivé typy budov a jednotlivé výpočtové teploty. Nyní stačí zvolit období výstavby a odečíst příslušnou hodnotu tepelné ztráty.

V tabulce jsou v prvním řádku uvedeny údaje platné pro dům postavený v daném období podle tehdy platných tepelně-technických standardů. Zvláště u starších budov však mohla být dodatečně provedena tzv. „energeticky úsporná opatření“, tedy výměna oken a zateplení obálky. To samozřejmě sníží celkovou tepelnou ztrátu objektu. Z tohoto důvodu jsou na dalších řádcích uvedeny údaje platné pro případ, že byla na budově provedena pouze výměna oken nebo zda bylo provedeno kompletní a odborné zateplení budovy.

Zpět k výpočtu spotřeby paliva a produkovaných emisí

Vracíme se zpět ke spotřebě paliva a již můžeme přistoupit k samotnému výpočtu. Předpokládejme například roční potřebu tepla na vytápění 100 GJ, což řádově odpovídá rodinnému domku o tepelné ztrátě 15 kW. Po dosazení do okénka pro roční potřebu tepla se nám automaticky vypočítá spotřeba paliva či elektrické energie odpovídající zadané potřebě tepla u jednotlivých zdrojů tepla. Roční potřebu tepla lze zadávat také v jednotce kWh, v tomto případě je nutné změnit jednotku v okénku napravo. Vypočtené hodnoty spotřeby paliva či elektrické energie jsou udávány v jednotkách typických pro daný zdroj tepla, tedy v plnometrech pro palivové dřevo, v tunách pro pelety a brikety, v m³ pro plyn a MWh pro elektrickou energii u tepelných čerpadel. Pokud chcete vypočtenou spotřebu palivového převést na prostorový metr rovnaný, je nutné vypočtenou hodnotu vynásobit číslem 1,5. Pokud ji chcete převést na prostorový metr sypaný, je nutné vynásobit číslem 2,5.

Obr. Ukázka, jak má vypadat palivové dřevo pro změření jeho objemu, tedy určení jeho množství v prostorových metrech rovnaných.

Obr. Takto bez ladu a skladu se hodnotí objem palivového dřeva v prostorových metrech sypaných. Je zřejmé, že jeden prostorový metr sypaný obsahuje méně dřeva než prostorový metr rovnaný.

Jak bylo řečeno již v úvodu, náš kalkulátor počítá nejen spotřebu paliva, ale z této spotřeby také emise, které daný zdroj tepla pro danou spotřebu v průměru vypustí. Pro výpočet emisí ze spotřeby paliva a elektřiny byly použity emisní faktory, které využívá Český hydrometeorologický ústav inventarizaci celkových emisí ze spalování paliv v domácnostech. U biomasy a plynu byl brán vážený průměr z emisí produkovaných při jmenovitém výkonu a při sníženém výkonu v poměru 50/50. Výpočet je zaměřen na emise, které jsou citovány v zásadních strategických dokumentech týkajících se emisí z lokálního vytápění domácností, tedy oxidů dusíku, tuhých znečišťujících látek, vyjádřených jako celkový prach a karcinogenního Benzo(a)pyrenu. U těchto druhů emisí neexistují relevantní emisní faktory pro elektrickou energii, respektive jsou zanedbatelné, z tohoto důvodu jsou emise u tepelných čerpadel rovny nule.

Emise jsou důležitým parametrem pro vyjádření lokální imisní zátěže daného regionu (České republiky). Ovšem pro vyjádření globálního enviromentálního dopadu daného zdroje energie jsou důležité také emise oxidu uhelnatého CO₂. Pevná paliva z biomasy jsou v ČR získávána jako odpad z těžby a zpracování dřeva, je na ně tedy v bilancích CO₂ pohlíženo jako na palivo tzv. CO₂ neutrální. Nicméně u těchto paliv je nutné zohlednit podíl primární neobnovitelné energie (elektřina, nafta,…) využité při jejich výrobě a distribuci. Pro větší objektivitu byly pro výpočet převzaty emisní faktory, které od listopadu 2021 využívá v sousedním Německu Spolkový úřad pro hospodářství a kontrolu provádění BAFA. Pro bilanci CO₂ u uhlí a plynu byly brány emisní faktory stanovené v metodice Českého hydrometeorologického ústavu, u elektrické energie byl prán emisní faktor stanovený Ministerstvem průmyslu a obchodu pro rok 2021 na hodnotu 382 kg/MWh, což odpovídá 106,7 kg/GJ, u paliv z biomasy byl převzat CO₂ ekvivalent opět z BAFA.

Závěr

Ať jsou vám výpočty dobrý pomocníkem a můžete se inspirovat i v řadě dalších výpočtů a tabulek.
Tematicky souvisí např. Výhřevnost a měrné jednotky palivového dřeva, Výpočet výhřevnosti biopaliva a hnědého uhlí, Porovnání nákladů na vytápění a teplou vodu, Přepočet tepelného výkonu otopných těles na jiný teplotní spád a další.

Nenašli jste potřebný výpočet? Dejte nám vědět. Výpočty na TZB-info odborně připravujeme i programujeme v redakci a za inspiraci z praxe budeme rádi.