Ekonomické a ekologické hodnotenie zdrojov tepla v bytových domoch

Príspevok porovnáva možné zdroje tepelnej energie na vykurovanie a prípravu teplej vody v bytových domoch, a to z ekonomického aj ekologického hľadiska. Na príklade reálneho bytového domu s klasickou teplovodnou vykurovacou sústavou sa porovnáva centralizované zásobovanie teplom, plynový kotol, tepelné čerpadlo a elektrokotol.

V súčasnosti sa v odborných aj iných publikáciách vyskytujú rôzne názory na energetickú a ekonomickú efektívnosť možných zdrojov tepla v existujúcich, ale aj nových bytových domoch s klasickou teplovodnou vykurovacou sústavou (ako napríklad v [1]), pričom väčšina názorov sa zhoduje na energetickej aj ekonomickej neefektívnosti centralizovaného zásobovania teplom v porovnaní s ostatnými zdrojmi. Nasledujúce ekonomické a ekologické hodnotenie je založené na konkrétnych údajoch potreby tepelnej energie a zodpovedajúcich platbách z roku 2011 až 2014, ktoré sa týkajú 12-podlažného nerekonštruovaného (nezatepleného) panelákového domu v Bratislave s vykurovanou plochou bytov
3 096 m² s klasickou teplovodnou vykurovacou sústavou [2].

Centralizované zásobovanie teplom (CZT)

Dodaná tepelná energia v roku 2011 bola 538 577 kWh, zodpovedajúce platby za CZT boli 49 163 €. V roku 2012 to bolo 524 656 kWh, pričom platba bola 51 593 €. Ďalej budeme počítať s priemernou ročnou hodnotou 531 616 kWh a zodpovedajúcimi prevádzkovými nákladmi 50 378 €. Kumulatívne náklady tohto zdroja tepelnej energie (súčet ročných prevádzkových nákladov) budú potom po 15 rokoch 663 480 € a po 25 rokoch 1 105 790 €.

Plynový kotol (PK)

V roku 2013 bola v dome vybudovaná domová plynová kotolňa, vykurovať sa začalo na jeseň 2013. Inštalovaný tepelný výkon domovej plynovej kotolne je 270 kW (tri kondenzačné plynové kotly po 90 kW). Celkové investičné náklady (vrátane montáže, vonkajšieho a  vnútorného plynovodu, komínového telesa, projektu a ďalších pridružených nákladov) boli 57 549 €. Za rok 2014 sa dodalo na vykurovanie a ohrev vody 466 971 kWh, fakturovalo sa 24 112 €. Kumulatívne náklady tohto zdroja tepelnej energie (súčet vstupnej investície a ročných prevádzkových nákladov) sú potom po 15 rokoch (počíta sa s minimálnou životnosťou TČ) v hodnote 419 229 € a po 25 rokoch (minimálna životnosť PK) vo výške 660 347 € .

Tepelné čerpadlo (TČ)

Celkové investičné náklady na TČ vzduch – voda ako monovalentný zdroj tepelnej energie na vykurovanie a ohrev vody vzťahované k nameranej hodnote z roku 2014 (466 971 kWh) sú minimálne 2,5-krát vyššie ako pri plynovom kotle (dokumentované aj v [3]), teda na úrovni 150 000 €. Pri výpočte ročných prevádzkových nákladov počítame s dosiahnutím energetickej efektívnosti vo výške sezónnej hodnoty COP (SPF) = 2,5, výrazne vyššie hodnoty (ako je uvedené aj experimentálne dokázané v [4]) nemožno pri klasickej teplovodnej vykurovacej sústave a príprave teplej vody na potrebu dosiahnutia kondenzačnej teploty na úrovni 60 až 65 °C očakávať. Pri koncovej cene elektrickej energie 0,11 €/kWh (priemerná hodnota sadzby DD6 odporúčanej pri TČ) budú prevádzkové náklady na výrobu 466 971 kWh tepla 20 547 €. Kumulatívne náklady na prevádzku TČ budú potom po 15 rokoch jeho životnosti 458 199 €. TČ sa môže prevádzkovať po generálnej oprave (výmene kompresora a niektorých ďalších komponentov) ešte približne ďalších 10 rokov (teda zhruba do konca životnosti plynového kotla). Preto počítame s dodatočnou investíciou po 15 rokoch minimálne na úrovni 50 % z pôvodnej investície, teda na úrovni 75 000 €. Kumulatívne náklady na vykurovanie a prípravu teplej vody TČ budú po 25 rokoch 738 665 €.

Elektrokotol (EK)

Celkové obstarávacie náklady na EK sú výrazne nižšie ako pri PK (kde sa viac ako 60 % nákladov týka komínového telesa, plynovodov a ďalších pridružených investícií), budeme počítať maximálne so sumou 15 000 €. Ročné prevádzkové náklady budú pri cene elektrickej energie 0,117 €/kWh (priemerná hodnota sadzby DD5) 54 635 €. Kumulatívne náklady po 15 rokoch budú 834 525 €, po 25 rokoch 1 380 875 €. Predmetné náklady na všetky uvedené zdroje tepla (CZT, PK, TČ a EK) sú uvedené v tab. 1 vrátane porovnania jednotlivých variantov (rozdielov nákladov). Vo výpočte prevádzkových nákladov sa nepočítalo s nepriamymi prevádzkovými nákladmi (náklady na údržbu, obsluhu, opravy a pod.), zjednodušene ich zarátame v rovnakej výške pri všetkých zdrojoch tepla (v skutočnosti sú najvyššie pri TČ, a to až dvojnásobne v pomere k PK), takže na uvedené porovnania ich hodnota nevplýva. V tab. 1 je vyčíslený aj ekologický vplyv (ekvivalentný únik CO₂ v kg) uvedených zdrojov tepla počas jedného roka. Počíta sa s reálnymi hodnotami emisií, pri elektrickej energii je v podmienkach Slovenska (keď sa spaľovaním fosílneho paliva vyrába v súčasnosti len asi 15 % elektriny) možné počítať s hodnotou 0,178 kg CO₂/kWh (údaj Slovenských elektrární) a  pri spaľovaní plynu s experimentálne zistenými hodnotami 0,2010 kg CO₂/kWh pri novom kondenzačnom kotle a 0,2365 kg CO₂/kWh pri diaľkovom vykurovaní zemným plynom.

Ekonomické porovnanie jednotlivých zdrojov tepla

Z údajov kumulatívnych nákladov po 15 a 25 rokoch pri jednotlivých variantoch zdrojov tepla uvedených v tab. 1 jednoznačne vyplýva, že ekonomicky najefektívnejším zdrojom sú plynové kotly v domovej kotolni. Jednoduchá (hrubá) návratnosť takejto investície vychádza v porovnaní s CZT na 2,86 roka. Návratnosť investície počas životnosti dosahuje oproti CZT aj investícia do TČ (6,33 roka), celkové kumulatívne náklady na výrobu tepla v TČ sú však v porovnaní s PK po 15 aj 25 rokoch (tab. 1) výrazne vyššie – využitie TČ teda nemôže priniesť v porovnaní s PK žiadne úspory. Použitie EK prináša, ako je zrejmé z tab. 1, jednoznačne najvyššie kumulatívne náklady oproti všetkým ostatným riešeným zdrojom tepla. Uvedené kvantitatívne porovnanie EK oproti ostatným zdrojom tepla však platí len pri uvažovaných tepelných výkonoch a množstvách dodanej tepelnej energie (teda v rámci približne stoviek kW a státisícov dodaných kWh). Pri podstatne menších hodnotách uvedených energetických tokov sa budú porovnania EK s ostatnými zdrojmi tepla výrazne meniť.

Je to preto, že investičné náklady na PK, a predovšetkým TČ sú v porovnaní s EK viacnásobne vyššie a neklesajú úmerne s klesajúcim tepelným výkonom, ale podstatne menej, a teda ich vplyv na celkové kumulatívne náklady výrazne stúpa. Pri PK je to dané najmä tým, že samotná investícia do zariadenia PK je len 30 až 40 % z celkovej obstarávacej ceny (potreba investícií do komína, plynovodov a iného, ktoré sa pri EK nevyskytujú) a pri TČ výrazne klesajú merné investičné náklady na 1 kW tepelného výkonu, takže napríklad pri poklese tepelného výkonu z približne 100 kW na 10 kW sú, naopak, 3-krát vyššie [3]. Čo sa týka EK, pri využití v tzv. nízkoenergetických domoch v pasívnom štandarde s potrebou tepla na vykurovanie a ohrev vody do 15 kWh/m² vykurovanej obytnej plochy za rok (čo je asi 10 % z potreby hodnoteného domu v tab. 1) orientačné výpočty uvedených porovnaní ukazujú, že kumulatívne náklady na EK a PK sú porovnateľné. Ktorý z týchto zdrojov bude ekonomicky najefektívnejší, závisí od konkrétnych podmienok aplikácie, vývoja cien plynu a elektrickej energie a ďalších technických parametrov inštalácie.   

Ekologické porovnanie jednotlivých zdrojov tepla

Porovnanie ročných únikov CO₂, ktoré vznikajú prevádzkovaním uvedených zdrojov tepla (dokumentované v tab. 1) ukazuje, samozrejme, na najvyššiu ekologickú efektívnosť pri použití TČ. Porovnanie s EK je úmerné hodnote COP, teda v tomto prípade TČ produkuje 2,5-krát menej emisií ako EK. Najvyššie emisie sú pri spaľovaní zemného plynu, teda pri  CZT a  PK, pričom EK produkuje vzhľadom na nízku hodnotu emisií na vyrobenú 1 kWh v podmienkach Slovenskej republiky menej emisií ako PK a CZT. Pri použití EK na veľmi malé potreby tepelnej energie (ako pri uvedených nízkoenergetických domoch) budú potom v podmienkach výroby elektrickej energie na Slovensku emisie CO₂ z jeho prevádzky kvantitatívne malé a ekologicky prijateľné.

Záver

Z uvedených ekonomických a ekologických porovnaní zdrojov tepla v bytových domoch s klasickou teplovodnou vykurovacou sústavou (zosumarizovaných v tab. 1) vyplývajú tieto závery:

Z hľadiska ekonomickej efektívnosti je najvýhodnejšie použiť PK v rámci domovej kotolne. Tento záver platí v širokom rozsahu tepelných výkonov a potrieb tepelnej energie, teda aj pri malých objektoch, ako sú rodinné domy a podobne. Pri tzv. nízkoenergetických domoch v pasívnom štandarde s potrebou tepla maximálne 15 kWh/m² za rok sa ukazujú ekonomicky konkurencieschopné aj zdroje energie založené na priamej premene elektrickej energie na teplo použitím EK. Použitie TČ vzduch – voda ako monovalentného zdroja tepla je pri aplikácii v konvenčných teplovodných vykurovacích sústavách ekologicky jednoznačne najefektívnejšie, no z ekonomického hľadiska TČ nedokážu konkurovať PK. To platí nielen pri bytových domoch, ale aj pri akýchkoľvek menších tepelných výkonoch – napríklad v rodinných domoch –, pretože s poklesom tepelného výkonu výrazne stúpajú merné investičné náklady a rozdiel v celkových kumulatívnych nákladoch na výrobu tepla sa zvyšuje v neprospech TČ (napríklad po zateplení objektu, čo súčasne znamená výrazné zvýšenie investičných nákladov).

Ekonomickú efektivitu použitia TČ oproti ostatným zdrojom tepla možno dosiahnuť len pri veľmi vysokých tepelných výkonoch (najmä v priemyselnej oblasti) a nízkych teplotách ohrievaného média (približne pod 40 °C), napríklad pri použití veľkoplošných vykurovacích systémov. To však neplatí pri nízkoenergetických domoch v pasívnom štandarde, kde ani pri veľkoplošných vykurovacích systémoch nemožno v porovnaní s PK a EK dosiahnuť ekonomickú efektívnosť TČ.

Použitie EK ako zdroja tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody v bytových domoch je vysoko ekonomicky neefektívne. To však neplatí pri uvedených nízkoenergetických domoch, kde sa EK ukazuje ekonomicky konkurencieschopným oproti PK, a to pri prijateľnej ekologickej efektívnosti.

Literatúra
1. Anketa: Energetické hodnotenie budov. In: TZB Haustechnik 04/2015, str. 48 –51.
2. Faktúry platieb za dodané teplo a výstavbu domovej plynovej kotolne v r. 2011 až 2014 bytového domu na Ľubovnianskej 1, Bratislava-Petržalka.
3. Tomlein, P.: Tepelné čerpadlá v administratíve a priemysle. Cyklus  akreditovaného vzdelávania o tepelných čerpadlách, SZ CHKT Rovinka, 01/2016.
4. Matuška, T: Energetická efektivita nasadenia tepelných čerpadiel v bytových domoch. In: TZB Haustechnik 03/2015, str.18 – 20.

Text: prof. Ing. Václav Havelský, PhD. Autor pôsobí na Strojníckej fakulte STU v Bratislave.

Ilustračné foto: Dano Veselský

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.