Ekonomika, ekologie, dotace...

Kolik energie dům spotřeboval?

V domě přítelkyně, tedy s TČ zem-voda se za elektřinu za zimu 2020/2021 zaplatilo 29000 Kč. Není to jen za vytápění, ale vytápění tvoří převážnou část spotřeby. Proti mému domu je spotřeba sice skoro čtyřnásobná, ale je tam několik faktorů. Můj dům je stavěný jako nízkoenergetický a je i menší, než dům přítelkyně. Její dům je (zatím) bez tepelných izolací. Tepelné čerpadlo voda-voda v kombinaci s podlahovým topením, kde mi do TČ jde 10 stupňová voda ze studně a vodu do podlahy ohřívám maximálně na 35 stupňů, má topný faktor i se započítáním příkonu oběhovek asi 5. TČ zem-voda, kde z vrtu jde po většinu zimy voda s teplotou okolo nuly, nebo i pod nulou a do radiátorů se ohřívá až na 45 stupňů, má COP pod 4. Hodně záleží na teplotě topné vody.

I tak je ale vidět, že takový dům je reálné vytopit tepelným čerpadlem s přijatelnými náklady na energii. Jenže problémy tam jsou. V místnosti, kde se nebydlí a jen se tam odkládají věci, byl radiátor celou zimu zavřený a začaly se tam tvořit plísně. V těchto prostorech je potřeba aspoň trochu temperovat. V kuchyni u stropu se zase tvořily vlhké fleky. Dokud byla v domě stará netěsnící okna a topilo se uhlím až na 25°C, tyhle problémy tam nebyly a byl to dokonale suchý dům.

Takže to bude chtít přece jen trochu víc topit a víc větrat. Jenže vrt v suchém jílovci už větší výkon nedá. Takže to chce buď druhý vrt, což je cca 130000 Kč, nebo dům zateplit a snížit jeho spotřebu tak, aby jeden vrt stačil. To zateplení je výrazně dražší, včetně střechy (tam jsou asi největší ztráty) možná 300000 Kč. Ale množství el. energie spotřebované za rok by mělo podstatně klesnout a za 10 až 15 let by se náklady na obě varianty měly srovnat. Je také potřeba odstranit příčinu vlhnutí stropu, který je studený. Tedy chtělo by to zateplit alespoň tu plochou střechu, tím se teplota stropu zvýší a voda tam přestane kondenzovat.

Původní varianta s druhým vrtem počítala s tím, že vyšší spotřebou energie by při případném zdražování mohly řešit soláry na střeše a virtuální baterie přes ČEZ.

Jenže k zdražování energie už došlo. Soláry by sice byly jakési řešení, kdy si v létě vyrobíme energii na topení na zimu. Jenže přes službu "virtuální baterie" dostaneme zpět jen silovou část ceny energie a distribuční složka zůstává. Takže náklady na energii mohou klesnout jen asi na polovinu, což je vzhledem k ceně solárů neúnosné. Pokud vyrobíme více energie než spotřebujeme, tato část propadá bez náhrady - tedy nelze si na tuto distribuční složku "vydělat" vyšší výrobou energie. Problémy jsou i s podmínkami pro připojení. U staršího domu, kde je elektroměr na domě, by bylo nutné vybudovat sloupek a předělat přívod. Pokud elektřinu jen bereme, elektroměr na domě nikomu nevadí. Tohle nejspíš od solárů odradí většinu majitelů starších domů.

Otázku solárů na domech a distribučních nákladů na energii se snaží řešit vláda a boj s distributory energie bude asi ještě trvat dlouho. O některých problémech s komunitním odběrem energie se píše třeba tady a jde vlastně jen o administrativní záležitost, nastavení férových pravidel. V principu jde o to, že s odebranou silovou elektřinou platím i poplatek za její distribuci, který je už přibližně stejně velký, jako cena samotné silové elektřiny. Pokud energii do sítě dodávám za cenu silové elektřiny a někdy později si ji odeberu, odeberu ji včetně distribučního poplatku za dvojnásobnou cenu.

Byly doby, kdy distributoři tvrdili, že soláry na střechách zvyšují zatížení přenosové soustavy. Ale opak je pravdou. Většinu energie, kterou do sítě dodám, spotřebuje nejbližší okolí často na jedné přípojce a zatížení této přípojky klesne. Zatím co třeba o Temelínu se ani náhodou nedá říct, že by jeho energii spotřebovaly okolní vesnice :-) Problém se snaží řešit komumitní přípojky el. energie, kde se výroba a spotřeba energie v rámci této přípojky částečně kompenzuje a ušetří se na distribučních poplatkách. Jenže pak se řeší další administrativní problémy popsané v uvedeném odkazu. Distributor chce pochopitelně prodávat svoji (levně) nakoupenou energii a logicky tedy o podporu solárů na střechách nemá zájem. Jinak by už dávno v poplatcích za distribuci zohlednil snížení zatížení rozvodné soustavy při decentralizované výrobě energie a drobným solárníkům by distribuční poplatky na jimi vyrobenou a zpětně odebranou energii snížil. Třeba i rozpočítáním na základě měření energie na trafostanicích, kde je ten pokles zatížení nutně vidět. Tedy pokud se chce, jde ledacos.

Nakonec tedy opouštíme myšlenku solárů a vracíme se k myšlence zateplování.

Kolik ušetříme zateplením?

Pokud počítáme náklady na zateplení, při levné energii z TČ bude návratnost hodně dlouhá. Proto tuto variantu přítelkyně původně odmítala. Jenže záleží, jak se to počítá. Životnost domu je běžně 100 let a i kdyby zateplení vydrželo jen 50 let (mělo by vydržet i těch 100 let), investujeme vlastně do příštích generací podobně, jako když se dům staví, nebo jako když pro TČ pořizujeme vrt. I ten má životnost 100 let. Pokud do toho vstupuje nutnost pořízení druhého vrtu nebo zateplení, rozdíl mezi cenou zateplení a cenou druhého vrtu vrátí třeba už za 10 let a pak už jen šetříme. Zateplení tedy má smysl.

Ceny, dotace, ekologie...

Kamarád mi vyprávěl historku, kterou se mi bohužel na internetu nepovedlo dohledat a ověřit. Údajně se někdy v 70. letech v Japonsku měla stavět atomová elektrárna. Nějaký student tehdy vypočítal, že kdyby všem lidem, kteří ještě používají elektronkové televize, místo nich dali zdarma moderní polovodičové, klesla by spotřeba energie tak, že by nebylo potřeba elektrárnu stavět a vyšlo by to levněji. Prý to takhle dokonce i udělali.

No nevím. Ale pointa je v tom, že dotace nemusí být výhodná jen pro toho, kdo ji dostává, ale i pro stát, který ji dává. Přesto že dotace obecně křiví trh a jsou často odsuzované, třeba takové dotace jako kotlíková a Nová zelená úsporám při zateplování není nic špatného a má své opodstatnění.

Pokud má stát jako celek snížit spalování fosilních paliv, tedy i plynu, což je v dnešní době nutnost, investice do zateplování a do přechodu vytápění z fosilních paliv k tepelným čerpadlům pomůže řešit nejen naše náklady na energii pro vytápění, ale zároveň i problémy energetiky a životního prostředí. Přerozdělování peněz z emisních povolenek je v tomto případě investice do budoucnosti, nebo snad i dohánění toho, co už tady dávno mělo být. Nejde jen o ekonomiku, ale zlepšením životního prostředí se zlepší kvalita života lidí.

Pokud se bude jednotlivec rozhodovat třeba mezi různými způsoby vytápění, případně bude zvažovat zateplení, málo kdo bude "uvědoměle" volit dražší a ekologičtější variantu. Na úrovni řízení státu jsou ty priority jiné a dotacemi lze přesvědčit velkou část lidí.

Výpočty okolo zateplení

Zatím předpokládáme pouze zateplení ploché střechy. Vezmeme již připravený výpočet tepelných ztrát a do položky "zateplení střechy" (buňka N12) zadáme 1. střecha Původní vrstvy (10 cm plynosilikát, 15 cm škvárobeton a 4 cm beton) je nutné odstranit a místo nich bude 30 cm polystyrén. Ve výpočtu to už je takhle nastavené. Výpočtová tepelná ztráta střechy klesne z 3370 na 580W a celková tepelná ztráta domu z 9,9 na 7,8 KW. To by snad mohlo zajistit, aby pro vytápění stačil jeden vrt. Pokud zateplíme i stěny, bude to vycházet ještě lépe.

Z dat naměřených od listopadu 2020 do února 2021 se už dá ledacos spočítat, i když měření za celou zimu by bylo lepší. Výpočet jsem začal podobně jako u mého TČ tím, že jsem sestavil vzorec tak, aby aproximovaná křivka závislosti COP na rozdílu teplot pokud možno co nejpřesněji procházela body změřenými u tohoto typu TČ ve zkušebně. Jedná se o TČ Spirála BW13 s řízením výkonu (s frekvenčním měničem). Ze začátku jsem si myslel, že bude problém s tím, že měřící body odpovídají nějaké předpokládané závislosti výkonu TČ na teplotě topné vody. Jenže tato křivka docela dobře odpovídá teplotám a výkonům naměřeným u nás, takže aproximace by měla dávat dobré výsledky.

Z naměřených průběhů teplot a jim odpovídajících výkonů přepočítaných z výpočtové tepelné ztráty domu byl vypočítán průběh teploty topné vody, COP, spotřeba el. energie a chladící energie ve vrtu. Rovněž jsme za tuto dobu odečítali údaje z elektroměru. Protože nejde všechna el. energie jen na topení, odečítali jsme elektroměr i v létě a o tuto část ostatní spotřeby domu, kterou předpokládáme přibližně konstantní, byla naměřená spotřeba snížena. Do výpočtu bylo zahrnuto i to, že se vytápí pouze asi polovina plochy domu (kuchyň a obyvák), ložnice a chodba se temperuje na cca 16 stupňů a ve dvou malých pokojíkách se netopilo vůbec. Pokud jsem do výpočtu zadal 65% výpočtové tepelné ztráty domu, shodovala se spotřeba energie vypočítané z teplot s energií spotřebovanou dle elektroměru.

Ve výpočtu je mnoho nepřesností. Teploty byly odečítány v nepravidelných intervalech a někdy i s přestávkou několika dní. Občas jsme si večer zatopili v kamnech a TČ pak přestávalo topit, občas přítelkyně odjela na pár dní ke mě a topení nastavila o dva stupně níž. Takže těch 65% výpočotvé tepelné ztráty domu, jak to vyšlo podle elektroměru, by ve skutečnosti bylo víc. Ale důležitější, než samotná spotřeba energie, je výpočet porovnání spotřeby před a po zateplení. A ten vychází z reálných průběhů teplot a z průběhu COP. Ostatně k podobným výsledkům bychom se dostali i přes přepočet přes denostupně a u TČ jsou definované COP pro různá chladnější a teplejší období. Tyto výpočty jsou pak silně zjednodušené a opírají se jen o statistická data. Výpočet z reálných průběhů teplot je přesnější, i když jen pro tu jednu konkrétní zimu.

Vlivem nižší teploty radiátorů po zateplení stoupe i průměrný COP tepelného čerpadla a tím dojde k většímu snížení spotřeby el. energie, než by odpovídalo spotřebě tepla. Naopak množství tepla odebrané z vrtu je o něco větší, než odpovídá poměru spotřeby tepla domu. Zvýšení teplot ve vrtu v důsledku jeho menšího zatížení sice nebude výrazné, ale dále ještě pomůže o nějaké to procento zvýšit COP a tedy ještě snížit spotřebu el. energie.

Zateplení obvodových stěn?

Obvodové stěny se obvykle zateplují všechny, jenže má to u tohoto typu domu význam? U domu typu "šumperák" do ulice (severní strana) a do zahrady (jižní strana) tvoří velkou část plochy stěn okna. dům Okna jsou plastová s trojskly. Západní stěna je zcela bez oken a je u obývané části (obyvák, kuchyň). Východní stěna je u koupelny, ložnice, neobývaného pokojíčku. Jediná koupelna je vytápěná na komfortní teplotu, ostatní části jsou jen temperovány. Průměrnou teplotu v těchto prostorech počítejme 17 stupňů. V důsledku nižší vnitřní teploty je tepelná ztráta východní stěny menší, než západní, ale i tak je podstatná a musíme s ní počítat.

Zateplení všech stěn dává nejvyšší úsporu energie, ale změní se vzhled domu, před okny přibyde 10 cm stěny (okna jsou ve stěně víc utopena) a zateplení ostění vrstvou 3-5 cm ještě zmenší množství světla do oken. Je tedy otázka, jestli se nespokojit jen se zateplením střechy a bočních stěn, což již dává 50% úsporu el. energie a sníží zatížení vrtu tak, že vrt bude pro vytápění stačit s rezervou. Zateplíme asi také severní stěnu, kde je kuchyň a na studené stěně by mohla kondenzovat vlhkost. Zateplovat jižní stěnu do zahrady, kde také solární zisk částečně kompenzuje tepelnou ztrátu, asi nemá velký význam a alespoň tam se zachová původní vzhled domu.

V následující tabulce jsou výpočtové tepelné ztráty domu při různých kombinacích zateplení. V počátečním stavu "bez zateplení" jsou již plastová okna s trojskly a 8 cm polystyrén na stropech v nevytápěném přízemí. Jinak by byla tepelná ztráta domu ještě podstatně větší, cca 14,5 KW.

	bez zateplení	jen střecha	jen západní stěna	jen východní stěna	severní + jižní stěna	střecha + stěny západ + východ	střecha, západ, sever, východ	zatepleno vše
tepelná ztráta [KW]	9,499	6,705	8,565	8,702	7,435	4,974	3,920	2,910
úspora tepla [%]	0	29	9,8	8,4	22	48	59	69
spotřeba el. energie [KWh/rok]	4071	2482	3482	3563	2865	1986	1531	1146
úspora el. energie [%]	0	39	14,5	12,5	29,6	51	62	72
náklady na energii (6 Kč/KWh)	24426	14892	20892	21378	17190	11916	9186	6876

Na tomto příkladu je vidět, že i po zdražení energií může být vytápění domu levné a v případě dotací je i zateplení a pořízení TČ finančně únosné. Dokonce lidem s nízkým příjmem chce stát dotovat až 95% ceny tepelného čerpadla, takže přejít od fosilních paliv k tepelnému čerpadlu může dnes snad každý.