Pri výstavbe alebo rekonštrukcii sa dnes každý zamýšľa nad technológiou pre vykurovanie, chladenie a prípravu teplej vody. Nie je tajomstvo, že tieto energie sú najväčšou položkou pri prevádzke budovy a nemalou čiastkou pri prvotnej investícii na vybudovanie tohto zdroja. Zároveň sa zamýšľame nad ekologizáciou objektu a zabezpečenie čo najnižšej uhlíkovej stopy. Dnešné budovy a aktuálne ceny energií nasvedčujú tomu že Vám nebude postačovať jedno zariadenie, a je potrebné sa zamýšľať aj nad určitým pomerom výroby elektrickej energie pre vlastnú spotrebu v mieste Vašej nehnuteľnosti. Poďme si to teda zhrnúť a rozpísať možnosti.
Ako príklad si vezmeme väčšiu budovu typu bytový dom, polyfunkčný dom, hotel, škola a podobne.
Základnou možnosťou je vybudovať štandardný konvenčný zdroj pri napojení na verejné siete. Elektrická energia z verejnej siete distribútora. Tepelná energia vyrábaná plynovou kotolňou prípadne pripojenie na CZT lokálneho dostupného distribútora. Chladiaca energia vyrábaná elektrickým chladičom.
Takáto budova s takouto skladbou zdrojov primárnej energie splní energetický certifikát A0, len ak sa použije naozaj veľmi vhodný spôsob odovzdávania tepla a chladu nízko-teplotným vykurovaním a vysoko-teplotným chladením. Takýmto zdrojom môže byť napríklad vykurovací a chladiaci strop v omietke alebo akumulácia betónového jadra, použijú sa kvalitne zvolené stavebné materiály a v neposlednom rade sa využije naozaj potenciál správnej rekuperácie(núteného vetrania) v priestore. Pravdepodobne bude nevyhnuté pridanie foto-voltickej alebo foto-termickej technológie pre využitie obnoviteľného zdroja pre zníženie spotreby primárnej energie v určitých obdobiach roka. Táto energia v našich klimatických podmienkach pokrýva cca 25-45% ročnej potreby tepla na ohrev OPV a chladenia.
Stavebné materiály by mali byť nosný pilier stavby budov. Avšak cieľom energetickej efektívnosti je maximálne zníženie prevádzkových nákladov na primárne energie a zníženie emisného zaťaženia planéty od danej budovy. Účinnosť takéhoto zdroja tepla pri využití kondenzačných kotolov je 90%. Elektrická energia zo siete bude mať pri pohľade na zdroj a stratu na rozvodoch verejnej siete účinnosť len cca 40%. Zdroj chladu bude pracovať s účinnosťou okolo 250%, ale bohužiaľ bude pripojený na zdroj elektrickej energie s už spomínanou účinnosťou len 40%.
Ak už máme navrhnutý nízko-teplotný vykurovací systém a ušetrili sme investíciu na budovanie ďalšieho rozvodu chladu (či už v podobe ďalšieho vodného chladiaceho rozvodu, alebo chladivových rúrok na chladenie priamou expanziou), získavame výhodu vybudovania jednej strojovne pre vykurovanie a chladenie.
V takomto prípade prichádza na zváženie využitie obnoviteľného zdroja v podobe tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo pracuje účinne pri nižších výstupných teplotách a správne tepelné čerpadlo vie pracovať s vysokou účinnosťou od 130-400% v závislosti od technológie a klimatických podmienok. Týmto sa dostávame k prvému kroku pri posúdení využitia technológie a ku správnemu kroku zvýšenia energetickej efektívnosti budovy.
Začneme elektrickým tepelným čerpadlom.
Elektrické tepelné čerpadlo pracuje s priemernou ročnou účinnosťou (SCOP) cca 280%. Jeho nevýhodou je výrazný pokles výkonu pri nižších vonkajších teplotách a teda potrebujeme aj bivalentný zdroj tepla pre vykurovanie a ohrev teplej vody, ktorý zabezpečí potrebnú energiu aj v období kedy tepelné čerpadlo nepokryje potrebu budovy a nedokáže zabezpečiť potrebný tepelný komfort. Pri elektrickom tepelnom čerpadle sa obvykle uvažuje nad zdrojom s rovnakou primárnou energiou- t.j. elektrické energia. Priamo-ohrev vo forme elektrickej vykurovacej špirály alebo elektro-kotla má účinnosť 1 a teda koľko energie vyrobí toľko aj spotrebuje, čo nie je zrovna žiadúce ak máme k dispozícií zariadenia s vyššou účinnosťou. Elektrické tepelné čerpadlo teda zabezpečí len určitý pomer potrebnej energie, ktorý samozrejme ušetrí náklady, ale v obdobiach kedy budeme potrebovať viac tepla pri nižšej vonkajšej teplote neplní úlohu šetrenia primárnej energie. Pri chladení je tepelné čerpadlo samozrejme účinnejšie nakoľko obdobie leta je pre funkcionalitu optimálne, ale obvykle výkon reverzibilného tepelného čerpadla určeného na vykurovanie, nie je tak veľký ako bežného chladiaceho zariadenia určeného iba na chladenie. To môže spôsobiť problém v potrebe väčšieho počtu zariadení čo sa odráža na investičných a servisných nákladoch. Základným posúdením optimálnosti využitia elektrického tepelného čerpadla je absencia plynovej prípojky v blízkosti objektu a dostatočná kapacita elektrickej prípojky v objekte.
Ďalšou možnosťou je využitie plynového tepelného čerpadla AISIN TOYOTA. Na začiatok pri popise tejto možnosti pripomenieme, že aktuálna cena elektrickej energie a zemného plynu je v pomere 3:1 v prospech zemného plynu. Ďalšou dôležitou informáciou je jednoduché vysvetlenie, čo je to plynové tepelné čerpadlo(PTČ). PTČ je tepelné čerpadlo, ktoré narozdiel od elektrického tepelného čerpadla využíva na pohon kompresorov plynový spaľovací motor namiesto elektrických kompresorov. Plynový spaľovací motor je poháňaný zemným plynom z nízkotlakej verejnej siete zemného plynu. Na prvé prečítanie sa človek zarazí, že ako môže byť plynový spaľovací motor ekologický, ale opak je pravdou. Účinnosť tohto zariadenia sa vie vyšplhať až nad 220% a celoročná sezónna účinnosť je 135%. To znamená že PTČ spotrebuje menej zemného plynu oproti konvenčnému kondenzačnému kotlu, a tým pádom šetrí spotrebu a znižuje environmentálnu záťaž. Zároveň strata plynu na rozvode je blízka nule voči strate a účinnosti elektrickej siete, ktorá predstavuje len 40% z celkovej vyrobenej energie v elektrárni dodávanej spotrebiteľovi. Plynové tepelné čerpadlo pracuje s nižšími maximálnymi výstupnými teplotami pre vykurovanie ako elektrické tepelné čerpadlo, ale narozdiel od elektrického dosahuje celoročne svoj nominálny výkon, teda pre vykurovanie nepotrebuje bivalentný zdroj a dokáže pokryť 100% potreby vykurovania počas celého roka do teploty až -20°C pri nízko-teplotnom vykurovaní. Bivalentný zdroj je potrebný iba na dohrev teplej vody na normovú teplotu nad 50°C. Ďalšou prednosťou PTČ je veľmi podobný nominálny výkon pre chladenia ako pre vykurovanie. Takýto pomer zabezpečí plnohodnotné pokrytie tepelnej potreby jedným zariadením. Plynové tepelné čerpadlo teda pokrýva 100% potreby vykurovania, cca 50% potreby OPV a 100% potreby chladenia. Zároveň najväčšou výhodou plynového tepelného čerpadla je využitie odpadného tepla z motora, ktoré tvorí dodatočnú energiu zadarmo a pokryje v určitom období kompletnú potrebu pre ohrev OPV a nahradí energiu napríklad zo solárneho systému alebo fotovoltického systému, čo ušetrí investičné náklady na túto technológiu. Zároveň šetrí menej účinnú výrobu tepla z kondenzačného kotla. Plynové tepelné čerpadlo tvorí optimálny zdroj tepla a chladu pre budovy, ktoré už majú privedený zemný plyn a nahrádza sa napríklad pôvodná plynová kotolňa, alebo investičné náklady na vybudovanie prípojky zemného plynu sú nižšie, ako vybudovanie veľkej trafostanice a následné náklady na poplatky distribútorovi pri väčších príkonoch zariadení. Pri nahradení pôvodnej zastaranej plynovej kotolne vie PTČ ušetriť až 40% z celkových prevádzkových nákladov.
V doterajšom obsahu článku sme sa zaoberali stabilnými zdrojmi tepla. Ďalej by sme chceli predstaviť aj možnosti čiastkového alebo celkového pokrytia nákladov na energie v podobe modernejších technológií, využívajúcich energiu zo slnka alebo zariadenia pre kombinovanú výrobu energií. Pre jednoduché pochopenie rozpíšeme, prečo a kedy je vhodné použiť ten daný typ zdroja.
Fotovoltaická elektráreň:
V dnešnej dobe zažíva najväčší úspech „fotovoltika“. Relatívne cenovo dostupné zariadenie na získavanie elektrickej energie zo slnka. Aktuálny boom so znižovaním spotreby elektrickej energie vydláždil cestu lokálnym zdrojom elektrickej energie na strechách objektov. Takýto zdroj dosahuje svoju najvyššiu účinnosť v letnom období, kedy je oslnenie najvyššie a fotovoltický panel dosahuje svoje najvyššie výkony. V zimnom období je už táto účinnosť nižšia vplyvom nižšieho slnečného žiarenia a zamračeného obdobia prípadne zasneženia panelov. To znamená, že fotovoltická elektráreň nie je vhodná na pokrytie tepelných strát objektu v zimnom období, lebo získaná energia „zadarmo“ nepokryje potreby hlavného zdroja tepla a opäť sa musíme spoľahnúť na konvenčný zdroj tepla a dodávku energie z distribučnej siete. Predpokladané pokrytie nákladov spojených s nákupom elektrickej energie pokryje fotovoltika cca 15-25% celkovej ročnej potreby objektu. Tento pomer závisí samozrejme od zaťaženia a potreby objektu v priebehu roka a celkovej využiteľnosti systému. Výraznou podporou využitia fotovoltickej elektrárne sú inštalované batérie a prípadné využívanie nabíjania elektromobilov.
Fototremická technológia:
Fototermika je asi najstaršou technológiou na získavanie elektrickej energie zo slnka. Už v dávnej dobe ľudia využívali na čierno natreté sudy na vodu na záhradách pre záhradné sprchy a podobne. V letnom období sa voda v obyčajnej hadici hodenej na trávu, dokázala prehriať na vysokú teplotu vplyvom slnečného žiarenia a vysokej vonkajšej teploty. Tu sa kryštalizuje odpoveď, na aký účel je možné využiť solárny panel. Solárny panel respektíve panely, nám zabezpečia ohrev teplej vody v zásobníku. Dimenzovanie tohto systému je individuálne od spotreby vody. Účinnosť systému je závislá samozrejme od slnečného svitu a aj vonkajšej teploty ovzdušia. Solárny systém je schopný pokryť cca 20-40% potreby tepla na ohrev pitnej vody. Podiel využitia tohto systému pre vykurovanie je zanedbateľný, nakoľko je efektívny iba v prechodných obdobiach a veľmi ovplyvnený počasím v týchto obdobiach. Efektivita využitia solárneho systému stúpa pri vyššej spotrebe teplej vody napríklad v nemocniciach, hoteloch, domovoch dôchodcov alebo pri využívaní ohrevu bazénu a podobne.
Fototermická a fotovoltická technológia v jednom paneli:
Technologický pokrok napreduje a na trhu je už dostupný aj systém 2v1 od výrobcu SoLink, ktorý kombinuje všetky výhody oboch systémov využitia solárnej energie v rovnakých rozmeroch štandardného fotovoltického panelu. Účinnosť kombinovaného panelu sa šplhá ku 80% narozdiel od fotovoltického panelu, ktorého účinnosť premeny slnečnej energie na elektrickú energiu je len okolo 20%. Veľkou výhodou systému je výstup tepelnej elektrickej energie z jedného panelu na podstatne menšej zabranej ploche strechy. Systém SoLink zároveň ponúka riešenie plug&play bez potreby osadenia meničov v interiéri domu.
Fototermika a fotovoltika je vhodný doplnkový zdroj na zníženie nákladov na primárnu energiu, ale je potrebné poctivo zvažovať veľkosť systému s ohľadom na vstupnú investíciu a návratnosť.
Kogenerácia:
Kogenerácia predstavuje kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla. Zariadenia na zabezpečenie takejto formy výroby energie sú napríklad kogeneračné jednotky XRGI od ECPOWER. Kogeneračná jednotka je zariadenie, ktoré spaľuje určitý druh paliva a točivým momentom poháňa generátor, ktorý generuje elektrickú energiu a následne sa pri tomto procese využíva teplo z motora. Obvyklým palivom je zemný plyn a dosahované výkony sa pohybujú v rozsahu od 6-20kW elektrickej energie a 6-48 kW tepelnej energie z jedného zariadenia s možnosťou neobmedzeného kaskádovania. Účinnosť kogeneračnej jednotky vie dosiahnuť až 110% pri využití aj kondenzačnej energie zo spalín. Kogeneračná jednotka predstavuje moderný zdroj energie, ktorý zabezpečí elektrickú energiu s minimálnou stratou na rozvode, nakoľko výroba prebieha veľmi blízko miestu spotreby. Poháňaná je zemným plynom alebo bioplynom. V prípade zemného plynu sa jedná a vysokoefektívne zariadenie, ktoré výrazne znižuje CO2 a v prípade bioplynu sa jedná o veľmi ekologické zariadenie, ktoré využíva obnoviteľný plyn. Kogeneračná jednotka dosahuje výstupnú teplotu až 85°C čo zabezpečí aj jestvujúci starší vysoko-teplotný radiátorový prípadne fancoilový systém a je vhodná ako doplnenie jestvujúcej vykurovacej technológie. Vhodné je kogeneráciu kombinovať s obnoviteľnými zdrojmi ako fotovoltika, fototermika, prípadne tepelné čerpadlo pre dosiahnutie najlepšej energetickej efektívnosti.
Trigenerácia:
Toto pomenovanie predstavuje kombinovanú výrobu troch energií z jednej primárnej energie- zemného plynu, biplynu, LPG alebo vodíka. Mikroturbína Capstone predstavuje spaľovaciu turbínu, ktorá vyrába elektrickú energiu o výkone 65-1000kW a teplo o výkone 120-2000kW. Spaľovacia mikroturbína generuje teplo v spaľovacej komore, kde turbínou vyrába elektrickú energiu a teplota spalín dosahuje až 280°C. Táto teplota sa dá využiť na absorpčné chladenie s účinnosťou až 130% pri zachovaní okamžitej výroby elektrickej energie, tepla a chladu. Celková účinnosť mikroturbíny dosahuje pri kombinovanej výrobe elektrickej energie a tepla až 98%. Vysoká teplota spalín predurčuje zariadenie na využitie v centrálnych sústavách zásobovania teplom, prípadne priemyselné využitie pri vysokej spotrebe primárnych energií.
Optimálny energetický mix v tomto prípade predurčuje účel a charakter budovy a jej využitie s ohľadom na spotrebu energií pre vykurovanie, chladenie, prípravu teplej vody a samotnú spotrebu elektrickej energie. Cieľom skladby technológie je z čo najmenšieho množstva primárnej energie dosiahnuť tepelnú pohodu a komfort pri spotrebe elektrickej energie prípadne zemného plynu.
Príkladom môže byť napríklad hotel, ktorý pre zabezpečenie energií pri inštalácii konvenčných zdrojov, plynová kondenzačná kotolňa a elektrické chladenie, predstavuje ročnú spotrebu na úrovni cca 670 000 Eur. Pri inštalácii optimálneho počtu kogeneračných jednotiek XRGI s elektrickými tepelnými čerpadlami od EC Power predstavuje ročnú úsporu na úrovni 210 000 Eur. Elektrická energia vyrábaná kogeneračnou jednotkou sa z časti spotrebováva v elektrických tepelných čerpadlách, prebytočná energia je využívaná v elektrickej sieti. Ostatná elektrická energia je optimálne nakupovaná z verejnej distribučnej siete. Tepelné čerpadlá produkujú energiu na vykurovanie a chladenie, kogeneračná jednotka produkuje vysokoteplotnú energiu na ohrev teplej vody a elektrickú energiu. Tepelné čerpadlá zároveň chladia a na chladenie využívajú elektrickú energiu účinne vyrobenú z kogeneračných jednotiek XRGI v kombinácií s elektrickou energiou zo siete. Celkové pokrytie tepla by v tomto prípade predstavoval iba kogeneračný obnoviteľný zdroj v už spomínanej skladbe kogeneračných jednotiek a elektrických tepelných čerpadiel. Celková úspora nákladov by predstavovala cca 32%.
Pri optimálnom energetickom mixe zariadení je vždy potrebné zhodnocovať okamžitú spotrebu jednotlivých typov energie. Budúcnosťou zdrojov bude diverzifikovanie získavania energie z rôznych zdrojov pre čo najlepšie využitie potenciálu danej primárnej alebo obnoviteľnej energie vo forme slnka, vody alebo vetra.
Podrobnejšie informácie o zmienených zariadeniach nájdete na www.yzamer.sk alebo nás kontaktujte.