ELEKTRIZUJÚCA BUDÚCNOSŤ S TEPELNÝMI ČERPADLAMI

 

ELEKTRIZUJÚCA BUDÚCNOSŤ S TEPELNÝMI ČERPADLAMI

Istota do roku 2050

 

Doc. Ing. Peter Tomlein, PhD., SZ CHKT Šamorín, www.szchkt.org

Príbeh elektriny zaznamenáva neustály pokles emisií CO2ekv na vyrobenú kWh elektrickej energie. Na Slovensku sa už podľa Slovenských elektrární blížime ku hodnote 100 g, ktorá sa bude ďalej znižovať. Vyrobené teplo tepelnými čerpadlami je tak v súčasnosti zaťažené len 35 g CO2 na kWh tepla. Existuje teda istota, že vykurovaním s tepelnými čerpadlami sa ciele uhlíkovej neutrality do roku 2050 vo vykurovaní a chladení dajú splniť.

 

Tepelné čerpadlá ako prvé do projektov nových i rekonštruovaných budov

V záujme dosiahnutia čo najnižších emisií a čo najnižšej spotreby pohonnej energie popri využití obnoviteľnej energie pre potreby vykurovania, prípravy teplej vody a chladenia odporúčame v projektoch nových investícií a rekonštrukcií vždy posúdiť najskôr využitie tepelných čerpadiel so sálavým vykurovaním, chladením a len v prípade technických problémov alebo ekonomickej nevýhodnosti zvažovať iné riešenie.

Odporúčanie vyhodnotiť najskôr technológiu, ktorá efektívne chladí aj vykuruje, umožní investorom, projektantom postupovať najrýchlejšou, najefektívnejšou cestou a vyhnúť sa zbytočnému zdržaniu kombináciou iných viacerých technológií, ktoré nedosiahnu lepšie parametre.  Až následne v prípade potreby, záujmu investora je vhodné doplňovať iné technológie. Najbližšie k spolupráci s tepelnými čerpadlami je elektrina z OE.

 

SRI a SG ready

SRI je indikátor pripravenosti, prispôsobivosti budovy na inteligentné ovládanie, ktorý sa zvyšuje použitím tepelného čerpadla. SG ready (Smart grid ready) sa označuje tepelné čerpadlo pripravené na odber nárazovej, lacnejšej elektriny, ktorá je závislá od fluktuácie elektriny vyrobenej z obnoviteľných zdrojov energie. Ak je lacnejšia elektrina k dispozícii kompresor sa môže pustiť a  v zimných mesiacoch plniť nasledovné funkcie:

  • Posunutý ohrev TÚV a zmena z nastavenej hodnoty na maximálnu
  • ohrev elektrickým telesom na teplotu nad 60 oC ako ochranu pred legionelou 
  • ohrev vody v akumulačnom zásobníku na vykurovanie
  • zvýšenie nastavenej teploty v miestnostiach

Tým sa i keď nie ideálne, maximalizuje využitie fotovoltickej, veternej elektriny v zime. V lete výroba FVE lepšie koreluje so spotrebou klimatizácie a jej využitie je lepšie ako v zime, popri možnosti ohrevu teplej vody, bazénu, ...

 

Tepelné čerpadlá a hodinová metóda

Pomer vyrobenej a spotrebovanej energie v budove sa počas roka mení. Najpresnejšie vie potreby a spotreby energií vyjadriť hodinová metóda, ktorá nielenže ich presnejšie vypočíta, ale tiež rozlíši, či ide o potrebu chladenia alebo vykurovania. (Bližšie v článku: „Tepelné čerpadlá posúvajú budovy do kategórie A0“). Hodinová metóda je výhodnejšia aj na dimenzovanie fotovoltiky pre vlastnú spotrebu. Ak budova vyrobenú elektrinu nevie spotrebovať, pri nezabezpečenom odbere predimenzovanie výroby FVE môže byť pre investora nevýhodné.          

 

Citlivosť výpočtu primárnej energie

PEF - primárny energetický faktor, R - tepelný odpor a SPF - sezónny výkonnostný súčiniteľ ovplyvňujú výpočet spotreby primárnej energie v budove na m2 za rok. Citlivosť na PEF, R, SPF pri zaradení bytového domu s TČ do triedy A0<32 kWh/m2/rok (čierna čiara na obrázku) A1 <63 kWh/m2/rok (modrá čiara na obrázku) je ukázaná na grafoch.

Obrázok zobrazuje citlivosť výpočtu primárnej energie v kWh na m2 za rok na parametre PEF, R, SPF a  zaradenie budovy do energetickej triedy A0 na troch grafoch pri tepelnom odpore budovy R=3, R=4,4 a pri R=6,5. Zobrazený je posun budov do energetickej triedy A0 najvýznamnejšie pri vyššom SPF, potom pri vyššom R a nižšom PEF.

  1. Prvý graf ukazuje spotrebu primárnej energie pri tepelnom odpore obálky budovy R=3, druhý pri R=4,4 a tretí pri R=6,5.
  2. Z grafov je možné vidieť, že spotreba primárnej energie klesne:
  • s rastúcim tepelným odporom
  • s rastúcim sezónnym výkonnostným súčiniteľom
  • s klesajúcim primárnym energetickým faktorom. 
  1. Pri rovnakom percentuálnom navýšení R a SPF alebo znížení PEF najväčší vplyv na spotrebu primárnej energie má SPF,  potom R a nakoniec PEF.

V článku o výpočte potreby a spotreby energií v budove hodinovou metódou pri použití súčasnej hodnoty podľa vyhlášky PEF = 2,2 a R= 3, SPF=2,9 sa hodnotené budovy dostali všetky do energetickej triedy A0.

 

Pokles spotreby elektriny bol pomalší ako pokles spotreby plynu

Bude to dlhodobý trend?

Spotreba elektriny od roku 2014 rástla až do roku 2017 a v rokoch 2018-2019 mierne klesla, ale pomalšie ako spotreba plynu. Rast mesačnej spotreby elektriny približne v rozmedzí 0,2 až  0,3 TWh/mesiac za roky 2014-2019 je výrazne vyšší ako narástla pohonná energia potrebná na pohon všetkých tepelných čerpadiel na vykurovanie s nárastom cca 0,02 TWh/mesiac alebo približne 0,23 TWh za roky 2014 až 2019. Keďže tepelné čerpadlá sa nikdy všetky nespustia naraz ich vplyv na navýšenie mesačnej spotreby elektriny sa môže pohybovať podľa vybraného mesiaca v súčasnosti 2 až 5 percent.

Orientačné porovnanie so spotrebou elektriny nepreukázalo neprimeranosť výpočtu spotreby pohonnej elektriny, ktorá je viac ako 10 x nižšia, ako je nárast spotreby elektriny evidovaný SEPS za roky 2014-2019 pri klesajúcej spotrebe zemného plynu po roku 2017 evidovaného URSO. Vývoj sa dá porovnávať s priebehom odchýlok v jednotlivých rokoch od priemernej vonkajšej teploty z rokov 1981 až 2010 podľa SHMU. Napriek nie vždy úplne korelujúcim priebehom sú trendy zvyšovania spotreby elektriny pri znižovaní vonkajšej teploty v zimných mesiacoch a zvyšovaní v letných mesiacoch viditeľné, pričom spotreba elektriny voči zemnému plynu po roku 2017 klesla pomalšie ako zemného plynu. Tento trend môže byť kolísavý, ale predpoklad je, že bude dlhodobý a čaká nás stále intenzívnejšia elektrifikovaná budúcnosť.

Obrázok znázorňuje prudký rast získanej obnoviteľnej energie najmä v roku 2018 , ktorý je spôsobený nielen dotáciami, ale tiež so zvyšujúcim sa počtom oznamujúcich firiem. Dá sa predpokladať, že zmiernený rastv roku 2019 nastal okrem iného po ustálení počtu oznamovateľov a znížení dotácií. Najvýznamnejší rast je v sektore obyvateľstvo s TČ do 20 kW výrazne ovplyvnený dotáciami, nasledujú TČ inštalované v sektore služieb a v bytových domoch s výkonom nad 20 kW. Pokles v roku 2019 majú TČ inštalované v priemysle.  

 

Obnoviteľné teplo odobrané tepelnými čerpadlami z prostredia

            Členené je podľa sektorov využitia tepelných čerpadiel. Najvýznamnejší rast na Slovensku je v sektore obyvateľstvo s TČ do 20 kW, ktorý je výrazne ovplyvnený dotáciami, nasledujú TČ inštalované v sektore služieb a v bytových domoch s výkonom nad 20 kW. Pokles v roku 2019 majú TČ inštalované v priemysle.  

Obrázok kumulatívneho rastu získanej obnoviteľnej energie tepelnými čerpadlami v TJ za 12 rokov životnosti (2007 – 2019). Najvýznamnejší rast je v sektore obyvateľstvo s TČ do 20 kW výrazne ovplyvnený dotáciami, nasledujú TČ inštalované v sektore služieb a v bytových domoch s výkonom nad 20 kW. Menší rast majú TČ inštalované v priemysle a v CZT. Celkom v roku 2019 bolo získanej 1654 TJ čo je 1,654 PJ obnoviteľnej energie, čo je približne 10 % z plánovanej hodnoty obnoviteľnej energie za Slovensko pre rok 2020.

 

Záverom

Hodnotenie odobranej obnoviteľnej energie z prostredia tepelnými čerpadlami je mierne konzervatívne, vzhľadom na uplatnený normatívny spôsob výpočtu podielu obnoviteľnej energie podľa Rozhodnutia EK, ako aj podľa zvyšujúceho sa počtu oznamovateľov TČ za roky 2016 - 2018.

Vyššie SPF vo vyhláške nie sú určené a doložené pre všetky druhy TČ. Preto za základ je braný konzervatívny odhad variant A podľa normatívnych SPF v Rozhodnutí EK. V roku 2019 bolo takto podľa normatívneho výpočtu získanej 1654 TJ čo je 1,654 PJ obnoviteľnej energie, čo je približne 10 % z plánovanej hodnoty za Slovensko pre rok 2020.

Zvyšovanie počtu inštalácií tepelných čerpadiel napriek súčasnej podpore právnych noriem v zápase s klimatickými zmenami a podpore dotáciami, bude naďalej významne ovplyvňovať cenový pomer tepla z plynového kotla a z elektricky poháňaného tepelného čerpadla. Tento pomer zatiaľ znevýhodňuje elektrinu pre koncových užívateľov a patrí k najvyšším v EÚ. Tepelné čerpadlá voda/voda musia prejsť cez náročný postup schvaľovania a spoplatnenie energetického využitia podzemných vôd.

Na obrázku sú porovnané veľkosti obnoviteľnej energie vypočítané použitím SPF podľa Rozhodnutia EK a s použitím vyšších SPF podľa vyhlášky 324/2016 Z.z.:

  • Variant A: podľa oznámených údajov s použitím SPF podľa Rozhodnutia EK
  • Variant B: variant A s použitými SPF podľa vyhlášky č. 324/2016 Z.z

Z výsledkov na obrázku z porovnaní vyplýva, že obnoviteľná energia vo variante B s použitými SPF podľa vyhlášky, je o 6 % vyššia. 

 

Pre rast počtu inštalácií sú dôležité znalosti a skúsenosti z inštalácií tepelných čerpadiel, ktoré sa úspešne vyvíjajú v oblasti malých tepelných čerpadiel. Zvýšenú pozornosť si vyžadujú veľké tepelné čerpadlá vhodné do priemyslu, centrálneho zásobovania teplom a podobne tak ako je uvedené v publikácii Veľké tepelné čerpadlá na Slovensku.

 

S podporou

SZCHKT – Slovenský zväz pre chladenie ,klimatizáciu a tepelné čerpadlá reprezentuje 800 členov z oblasti výroby, obchodu a servisu chladiacej, klimatizačnej techniky a tepelných čerpadiel 1500 certifikovanými firmami a s takmer 500 odborníkmi s osvedčením, s obratom cez k 1,5 mld Eur s viac ako 12 tis. zamestnancami.

Literatúra:

  1. DELEGOVANÉ NARIADENIE KOMISIE (EÚ) č. 811/2013 z 18. februára 2013, ktorým sa dopĺňa smernica Európskeho parlamentu a Rady 2010/30/EÚ, pokiaľ ide o označovanie tepelných zdrojov na vykurovanie priestoru, kombinovaných tepelných zdrojov, zostáv zložených z tepelného zdroja na vykurovanie priestoru, regulátora teploty a solárneho zariadenia a zostáv zložených z kombinovaného tepelného zdroja, regulátora teploty a solárneho zariadenia energetickými štítkami
  2. Rozhodnutie Komisie 2013/114/EÚ z  1. marca 2013 , ktorým sa ustanovujú usmernenia pre členské štáty na výpočet obnoviteľnej energie z tepelných čerpadiel z rôznych technológií tepelných čerpadiel podľa článku 5 smernice Európskeho parlamentu a Rady 2018/2001/EÚ[oznámené pod číslom C(2013) 1082] Text s významom pre EHP
  3. VYHLÁŠKA 324/2016 Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky z 30. novembra 2016, ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky č. 364/2012 Z. z., ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov 
  4. Oznamovací systém výrobcov, dovozcov a certifikovaných organizácií SZ CHKT na www.szchkt.org
  5. Mesačné spotreby elektriny na Slovensku https://www.sepsas.sk/UdajeOPrev2020Mesiac.asp?kod=680
  6. Emisie CO2 na kWh vyrobenejj elektriny https://www.seas.sk/emisie-co2
  7. Veľké tepelné čerpadlá na Slovensku. SZ CHKT, 2019, Portál Energie 2019
  8. Tepelné čerpadlá posúvajú budovy do kategórie A0. Portál Energie, 2020.
  9. http://www.urso.gov.sk/sites/default/files/dokumenty/URSO_VS_2019_SK.pdf

Viac informácií nájdete v časopise Správy 7/2020