Tepelné čerpadlá pri obnove bytových domov na Slovensku

Jedným z vhodných zdrojov tepla na vykurovanie a ohrev vody, ktorý možno použiť aj pri obnove bytového domu, je tepelné čerpadlo. Je toto riešenie v porovnaní s centralizovaným zdrojom tepla naozaj rentabilné?

Od roku 1992 sa na Slovensku pristúpilo k cielenej obnove bytového fondu staršieho ako 20 rokov, a to predovšetkým zatepľovaním, výmenou otvorových konštrukcií, odstraňovaním statických nedostatkov a obnovou zdroja tepla.

Výstavba panelových domov sa na našom území skončila v roku 1993 a všetky tieto bytové domy by sa mali postupne obnoviť. Táto veľmi aktuálna téma však prináša niekoľko základných otázok, ktoré súvisia predovšetkým s financovaním obnovy či s vhodnými technickými riešeniami.

Medzi vhodné technické riešenia vykurovania a ohrevu vody patrí napr. tepelné čerpadlo. Takéto riešenie sa použilo aj pri obnove bytového domu v zastavanej sídliskovej časti mesta Gelnica.

Opis bytového domu

Bytový dom bol do užívania odovzdaný v roku 1978, čo predstavuje viac ako 40 rokov prevádzky. Bytový dom je samostatne stojaca 9-podlažná budova pričlenená k susednému bytovému domu jedným rohom na štítovej stene prostredníctvom dilatačnej škáry. Schéma prepojenia a orientácia bytového domu sú znázornené na obr. 1.

Pôdorys bytového domu má pravidelný obdĺžnikový tvar s rozmermi 25,65 m × 16,20 m. Je vybudovaný v stavebnej sústave PS 82 PP. Priestorový oporný systém priečnych a pozdĺžnych nosných stien je v základnom module 3 600 mm.

Obvodový plášť je sendvičový s hrúbkou 300 mm, zložený z vnútornej betónovej vrstvy, tepelnoizolačnej vrstvy na báze EPS a z vonkajšej ochrannej betónovej membrány. Strecha je plochá jednoplášťová s dvoma vnútornými dažďovými vpustmi.

Parametre bytového domu sú takéto:

• zastavaná plocha: 415,53 m²,
• obstavaný objem: 9 661,68 m³,
• merná plocha: 2 358,00 m²,
• celkový počet podlaží: 9,
• počet obytných podlaží: 8,
• konštrukčná výška podlaží: 2,80 m,
• celkový počet bytových jednotiek: 32 (8 NP × 4 BJ),
• celkový počet lodžií: 32.

Rozsah obnovy bytového domu

Na základe energetického hodnotenia sa v roku 2014 vydalo stavebné povolenie na obnovu bytového domu v tomto rozsahu:

• zateplenie obvodového plášťa (vonkajší tepeplnoizolačný systém s EPS 70 F, hr. 140 mm, nad výškou 22,40 m sa použila minerálna vlna),
• odstránenie systémovej poruchy panelovej sústavy PS 82 PP,
• výmena otvorových konštrukcií (plastové päťkomorové profily, izolačné dvojsklo),
• zateplenie stropu v technickom podlaží (1. NP),
• obnova lodžií s výmenou zábradlí,
• obnova strešného plášťa a navýšenie tepelnej izolácie (EPS Roof 150 S, hr. 80 mm a 70 mm),
• výmena výťahu,
• výmena rozvodov zdravotnotechnických inštalácií a plynu,
• obnova ostatných povrchov v spoločných priestoroch bytového domu,
• odpojenie od CZT a inštalácia vlastného zdroja tepla (tepelné čerpadlá F2300-20, 4 ks),
• NN prípojka elektrickej energie a odberné elektrické zariadenie.

Technické parametre

Bytový dom bol od začiatku užívania v roku 1978 napojený na centralizované zásobovanie tepla (CZT). CZT je súčasťou tepelnej siete vybudovanej na zabezpečenie dodávok tepla a teplej vody obyvateľom určitej lokality. Je to sústava potrubí, prostredníctvom ktorej sa teplonosnou látkou dopravuje tepelná energia od výrobcu k spotrebiteľovi.

Je to teda sústava budov a zariadení na dopravu tepla z centrálnych zdrojov k odberateľom tepla, nezávislá od ich výkonu, charakteru a spôsobu využitia tepla [2]. V rámci obnovy bytového domu sa v roku 2015/2016 bytový dom odpojil od CZT a napojil sa na vlastný novovybudovaný zdroj tepla.

Technické zariadenie budovy

Novým zdrojom tepla sú 4 ks tepelných čerpadiel (TČ) vzduch-voda NIBE F 2300-20, ktoré sú umiestnené na streche bytového domu (obr. 2). Zdrojom nízkopotenciálneho tepla je v tomto prípade vzduch. Chladivo tepelného čerpadla je R 407C.

Vykurovací systém v bytovom dome je teplovodný s núteným obehom vykurovacej vody. Na vykurovanie bytového domu sa navrhol teplotný spád 55/45 °C. Potreba energie na vykurovanie a prípravu teplej vody za rok je 225 000 kWh, v oblasti s výpočtovou teplotu -15 °C je potrebný tepelný výkon 59 kW.

Výkon tepelných čerpadiel podľa EN 14511 bude pri vonkajšej teplote -7 °C a teplote výstupnej vykurovacej vody 55 °C 4 × 15,2 kW = 60,8 kW.

Ako doplnkový zdroj sa do vykurovacej sústavy nainštaloval elektrokotol Protherm Raja s teplotným výkonom 18 kW, ktorý slúži ako špičkový zdroj na dohrev pri nízkych teplotách vonkajšieho vzduchu. Bivalentný zdroj je umiestnený spoločne aj s vnútornou jednotkou TČ v technickej miestnosti na 1. NP.

Predpokladaná ročná potreba energie pre tepelné čerpadlo:

• potreba elektrickej energie pre TČ je 70 896 kWh/rok,
• COPTČ = 3,02; predpokladané sezónne PSFTČ = 2,94.

Predpokladaná ročná potreba energie pre bivalentný zdroj (elektrokotol):

• potreba elektrickej energie pre elektrokotol je 591 kWh/rok.

Na riadenie zdroja tepla a obehových čerpadiel je použitý regulátor Nibe SMO 40. Sústava je riadená ekvitermickým regulátorom. Regulátor riadi prevádzku tepelných čerpadiel s kaskádovým spínaním, prevádzku elektrokotla, prípravu teplej vody (TV) a prevádzku obehových čerpadiel.

Príprava teplej vody je riešená zásobníkovým spôsobom. Navrhnuté sú tri zásobníkové ohrievače OKC 500 NTH/HP s elektrickou výhrevnou vložkou.

Prehľad spotreby energie pred obnovou a po nej

Z dostupných údajov o spotrebách a cenách energie sa vyhodnotil stav pred inštaláciou a po inštalácii nového zdroja tepla (graf 1). Toto porovnanie poukazuje na to, ako veľmi sa zmenila spotreba energie, náklady spojené s odpojením od CZT a inštalovaním tepelných čerpadiel. Zistenia preukázali nárast úspor za dodávku tepla, ovplyvnený podstatným znížením spotrebovaného množstva tepla.

Ekonomická analýza

Rozsah obnovy je priamo úmerný rozsahu finančných prostriedkov nevyhnutných na jej realizáciu. Charakteristickým znakom pri obnove bytového fondu je spájanie jednotlivých zdrojov financovania a vypracovanie optimálneho modelu financovania. Rozpočtové náklady v tomto prípade boli stanovené vo výške 369 923,00 €. V tab. 1 je uvedený podrobnejší opis.

Financovanie

Vlastné zdroje spoločenstva vlastníkov bytov a nebytových priestorov vložené do tejto obnovy tvoria takmer 16 % z celkovej sumy potrebnej na obnovu. Nevyhnutné bolo hľadať iné zdroje financovania, v tom čase bola jednou z možností podpora štátu prostredníctvom ŠFRB a dotácií na odstránenie systémových porúch vďaka úveru z komerčných bánk alebo zo zdrojov EÚ.

V rámci financovania sa rozhodovalo medzi dvoma alternatívami: grantová schéma alebo financovanie zo ŠFRB v kombinácii s komerčným úverom. Obidve alternatívy sú znázornené v tab. 2 a tab. 3. Výhodnejším modelom financovania je financovanie podľa druhej alternatívy uvedenej v tab. 3.

Najväčší finančný objem z celkovej sumy potrebnej na obnovu pokrýva úver, ktorý nie je klasickým komerčným úverom, ale išlo o úverový produkt pre projekty na zníženie spotreby energie a emisií skleníkových plynov.

Produkt bol vytvorený s podporou Európskej investičnej banky a Európskej komisie. Ďalej sa využili nenávratné príspevky z grantových zdrojov Európskej únie, z kreditnej linky Európskej investičnej banky a Európskej komisie.

Získanie tohto grantu je viazané splnením podmienok Európskej investičnej banky. Výsledné porovnanie dvoch alternatív sa nachádza v tab. 4. Náklady na bytovú jednotku pred inštaláciou a po inštalácii zdroja tepla sú uvedené v tab. 5.

Dotazníkový prieskum spokojnosti (subjektívne hodnotenie)

Motívom na realizáciu dotazníkového prieskumu bola potreba poukázať spokojnosť obyvateľov bytového domu. Štúdia sa realizovala v mesiacoch jún až august v roku 2018. Do štúdie bolo zaradených 26 respondentov (26 bytových jednotiek) z celkového počtu 32 (zúčastnilo sa viac ako 80 % opýtaných), ktorí majú trvalý alebo prechodný pobyt v bytovom dome.

Na zaradenie do prieskumného súboru pre cieľovú skupinu bolo potrebné splniť nasledujúce kritériá: inštalácia nového zdroja tepla (tepelné čerpadlo) a zateplenie bytového domu. Súhlas s účasťou v prieskume potvrdili zúčastnení svojím podpisom.

Pred realizáciou prieskumu boli respondenti poučení o predmete a cieli dotazníka. V prieskume sa použil dotazník rozdelený na tri celky (základné údaje; zdroj tepla; kvalita vzduchu). Dotazník obsahuje spolu 15 otázok v zložení: 2 dichotomické otázky, 2 otázky s viacnásobným výberom a 11 s jednoduchým výberom.

Cieľom bolo zistiť spokojnosť respondentov s novým zdrojom tepla (tepelnými čerpadlami) a so zateplením bytového domu, v ktorom bývajú. Údaje sa vyhodnotili pomocou deskriptívnej štatistiky.

Výsledky

Všetky výsledky spokojnosti respondentov sú uvedené v prehľadných tabuľkách a grafoch. Rozdelené sú podľa jednotlivých častí dotazníka tak, aby bolo možné dať jednoznačné odpovede na stanovené otázky týkajúce sa hodnotenia spokojnosti respondentov.

Vybrané prieskumné otázky pre dotazník spokojnosti:

1. Prečo ste súhlasili so zmenou zdroja tepla z CZT (centralizované zásobovanie tepla) na TČ (tepelné čerpadlá)?
2. Zmenili sa vaše návyky, čo sa týka vykurovania a prípravy teplej vody?
3. Vykurujete miestnosti na vyššiu teplotu ako predtým (nastavenie termostatu)?
4. Máte možnosť nastaviť teplotu na svojich vykurovacích telesách ventilmi s termostatickými hlavicami?
5. Dokurujete v byte doplnkovým lokálnym zdrojom (elektrický prenosný ohrievač a pod.)?
6. Ruší vás hlukom alebo vibráciami vonkajšia jednotka tepelného čerpadla umiestnená na streche?

Na prieskume sa zúčastnilo 14 žien (53,8 %) a 12 mužov (46,2 %) bytového domu s 3-izbovými bytmi. Najpočetnejšiu skupinu (65,38 %) tvorili respondenti vo veku 51 a viac rokov a najčastejšie (46,15 %) išlo o trojčlennú rodinu.

Z výsledkov uvedených v grafe 2 vyplýva, že najčastejším dôvodom (n = 21), prečo respondenti súhlasili s výmenou zdroja tepla z CZT (centralizované zásobovanie teplom) na TČ (tepelné čerpadlo) a so zateplením bytového domu, bolo ušetrenie nákladov na vykurovanie a prípravu teplej vody.

Druhým najčastejším dôvodom (n = 14) bolo ušetrenie energie. Názor prieskumnej vzorky je odrazom dlhoročných skúseností odborníkov v tejto oblasti.

Z výsledkov uvedených v grafe 3 vyplýva, že najčastejšie (n = 16) došlo k zníženiu počtu dní v roku, keď respondenti vykurujú. Zaujímavým faktom je, že 10 respondentov nepocítilo žiadne zmeny a ich návyky sa nezmenili.

Z grafu 4 vyplýva, že viac ako polovica (n = 14) respondentov napriek výmene zdroja tepla a zatepleniu bytového domu vykuruje svoj byt na rovnakú teplotu ako predtým. Ale od 12 respondentov sme zaznamenali odpoveď, že vykurujú na nižšiu teplotu ako pred obnovou bytového domu.

V rámci spokojnosti respondentov sme zisťovali aj to, či majú možnosť nastaviť teplotu na vykurovacích telesách ventilmi s termostatickými hlavicami. Výsledkom bolo, že 92,31 % (n = 24) respondentov odpovedalo, že majú túto možnosť, a 7,69 % (n = 2) odpovedalo záporne.

Zároveň sme zisťovali, či využívajú možnosť nastaviť si teplotu termostatickými hlavicami. Výsledky vidieť v grafe 5. Z grafu 5 vyplýva, že 53,85 % (n = 14) respondentov odpovedalo, že túto možnosť využívajú často, 34,62 % (n = 9) odpove­dalo, že teplotu termostatickými ventilmi nastavujú iba niekedy.

Iba jeden respondent sa vyjadril, že teplotu termostatickými ventilmi nenastavuje nikdy. Z uvedených výsledkov v grafe 6 vyplýva, že takmer 73 % (n = 19) nikdy nepotrebovalo svoje byty dokurovať doplnkovým lokálnym zdrojom, ale 27 % (n = 7) z nich uviedlo, že aspoň raz muselo využiť aj elektrický prenosný ohrievač.

V rámci týchto odpovedí by bolo vhodné bližšie určiť, kedy 1/3 opýtaných respondentov využila elektrický prenosný ohrievač, v dôsledku akých okolností došlo k takémuto dokurovaniu.

V nasledujúcej otázke sme zisťovali hlukový komfort respondentov, kde sme sa pýtali na to, či ich vonkajšia jednotka tepelného čerpadla umiestnená na streche ruší hlukom alebo vibráciami.

Až 92,31 % (n = 24) respondentov odpovedalo záporne, t. j. že ich neruší hluk ani vibrácie, a 7,69 (n = 2) uviedlo možnosť „niekedy“. Ani jeden respondent neodpovedal kladne, t. j. že ho ruší hluk a vibrácie vonkajšej jednotky tepelného čerpadla. Z tohto výsledku možno usúdiť, že jednotka bola inštalovaná správne.

Záver

Životnosť budov (predovšetkým bytových domov) sa vplyvom konštrukčných nedostatkov pri ich výstavbe, ale aj ich užívaním značne znižuje.

Z toho dôvodu je potrebné hľadať čo najlepšie riešenia obnovy bytového fondu, a to s prihliadnutím tak na technicko-konštrukčné a ekonomické riešenie, ako aj na spokojnosť samotných obyvateľov a vnútorné prostredie v bytoch.

Obnova uvedeného bytového domu má jasný pozitívny prínos, odhliadnuc od vyšších investičných nákladov. Správne použitá technológia a kvalitné stavebné materiály sú zárukou návratnosti finančných prostriedkov vynaložených na obnovu bytového domu.

Poďakovanie
Túto prácu podporilo Ministerstvo školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky prostredníctvom grantu VEGA 1/0847/18 a KEGA 044STU-4/2018.

Literatúra

1. Tokarčíková, V.: Obnova bytového fondu: diplomová práca. Košice: Technická univerzita v Košiciach, 2015. 100 s.
2. Horbaj, P. – Tauš, P. – Opáth, R.: Odpájanie odberateľov od sústav centralizovaného zásobovania teplom z hľadiska ceny energie.
   Plavnica 20. – 22. 5. 2009, s. 25 – 34.
3. Petráš, D. a kolektív: Obnoviteľné zdroje energie pre nízkoteplotné systémy, 1.vyd. Bratislava: JAGA GROUP, s. r. o., 2009. ISBN 978-80-8076-075-5.
4. Sternová, Z.: Požiadavky na obnovu budov v úrovni ultranízkoenergetickej výstavby aplikované pri obnove bytového domu v rámci projektu EU-GUGLE. In: 23. Odborná konferencia Teória a konštrukcie pozemných stavieb. Obnova budov v ultranízkoenergetickej úrovni výstavby, 2016. ISBN 978-80-89627-06-6.
5. STN EN 15450 Vykurovacie systémy v budovách. Navrhovanie vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami, 2007.
6. STN EN 14825 Klimatizačné jednotky, jednotky na chladenie kvapalín a tepelné čerpadlá s elektricky poháňanými kompresormi na vykurovanie a chladenie. Skúšanie a hodnotenie pri podmienkach čiastočnej záťaže a výpočet sezónnej účinnosti, 2016.
7. STN EN 15316 4-2 Vykurovacie sústavy v budovách. Metóda výpočtu energetických požiadaviek systému a účinnosti systému. Časť 4-2: Priestorové systémy výroby tepla, systémy tepelného čerpadla. 2008.

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov 3/2019.