Dvousložková cena tepla a možnosti její optimalizace
Základním kritériem každé investice je ekonomická efektivnost. Ta se ve vytápění zjednodušeně posuzovala podle větší či menší spotřeby energie. Tento princip není možné uplatnit, pokud se cena za odebranou energii skládá z několika složek, z nichž některé jsou fixní, případně odstupňované ve skocích, a jiné závisí na množství odebrané energie. V takových podmínkách není správné k návrhu technického řešení přistoupit jen na základě jeho nejnižší pořizovací ceny, ale je nutné provádět optimalizační kroky. V článku autor ukazuje, jak velmi odlišná může být cena tepla pro jeden a tentýž objekt v různé cenové struktuře. Současně ukazuje, že zvolit nejvhodnější cenovou strukturu není jednoduchým úkolem, který může provést jen ekonom. Do řešení je nutné zapojit i podrobnou znalost dané otopné soustavy a jejích provozních parametrů a možností.
© Fotolia.com
Úvod
V současných soustavách zásobování tepelnou energií SZTE (také CZT) se vyskytuje více způsobů účtování ceny tepelné energie. V zásadě se dají charakterizovat jako jednosložková cena a cena dvousložková.
1) Jednosložková cena je stanovena pouze jednou složkou, která zahrnuje veškeré uznatelné náklady za prodej tepla zákazníkovi. Vyjadřuje se v jednotkách Kč/GJ. Její výše je určena smlouvou s dodavatelem tepla v rámci vybraného pásma odpovídajícího předpokládanému odběru tepla a celková částka pak závisí na vybraném pásmu či kategorii odběru a také podle toho, zda se odběr uskutečňuje z primární sítě, či z nějaké předávací stanice, která je vlastnictvím dodavatele. Potom je stanovena cena za skutečně odebrané množství tepla. Rovněž bývá také stanovena cena za neodvedený kondenzát.
2) Dvousložková cena je tvořena na principu dvou částí, které z obchodního hlediska vyjadřují nejen samotné započitatelné náklady na výrobu, ale zohledňují i poptávku, distribuční podmínky a také parametry dodávané teplonosné látky.
Dodavatelé tepelné energie uvádí jednotkové ceny složek v ceníku. Obvykle jsou ceny tvořeny podle toho, v jakém zdroji je tepelná energie vyráběna, například jsou to:
- lokální plynové zdroje
- teplovodní či horkovodní sítě s různým vybavením v místě předání tepla
- horkovodní či parní sítě
Skladba cen
Obvykle jsou ceny rozčleněny na kategorie odběru, například do tří pásem A, B a C. Podle ceníku, který je použit pro ilustraci, jsou v tarifním pásmu A zahrnuty odběry tepelné energie do 1800 GJ/rok a s maximálním odebíraným výkonem do 350 kW. Horní tarifní pásmo C může být definováno například nad 12000 GJ/rok a maximálním odebíraným výkonem nad 2290 kW. Tarifní pásmo B je mezi nimi.
Jednotková cena v Kč/GJ je tedy stanovena v každém pásmu odlišně a klesá s přechodem do vyššího pásma, což zohledňuje tržní princip podpory zvýšené poptávky na tepelnou energii.
Pro každý způsob dodávky tepla je určena jistá skladba sazby. Například lze fakturovat náklady za sjednané množství tepla v Kč/GJ, které se hradí, i kdyby žádná zima nebyla a k tomu se přičítají náklady za skutečně odebrané teplo. Nebo lze také kombinovat náklady tak, že se hradí skutečně odebrané teplo s jednotkovou cenou Kč/GJ a namísto tzv. sjednaného množství tepla se dohodne maximum výkonu (čtvrthodinové maximum) v Kč/kW sjednaného výkonu. Způsobem dodávky tepla se míní místo, kde se tepelná energie předává mezi dodavatelem a odběratelem a existují různá označení. Může to být, například na vstupu do předávací stanice s označením sazby N15, či podle toho, jak to označí dodavatel tepla.
Orientační výpočty pro porovnání nákladů za teplo
V dále uvedených příkladech a porovnáních je pro ilustraci použit veřejně dostupný ceník Pražské teplárenské a.s. Cílem není poskytnout kompletní matematický nástroj pro uživatele, ale ukázat na problematiku cen, neboť s nimi těsně souvisí tvorba smlouvy o odběru tepla a na některé jevy, které ovlivňují náklady za odebranou tepelnou energii. Uvažuje se bytový dům, kde lze roční potřebu tepla odhadnout na 1000 GJ a nutný maximální výkon 120 kW.
Smlouva A
Smlouva A vychází z těchto údajů:
- sjednané množství tepla Qs [GJ/r]
- odebrané množství tepla Qo [GJ/r]
Roční odběr budeme uvažovat v tarifním pásmu A, tj. < 1800 GJ/r.
Potom v sazbě N23 vychází:
- Cena za Qs je Cs = 316,37 Kč/GJ (vč. DPH)
- Cena za Qo je Co = 351,33 Kč/GJ (vč. DPH)
Pokud bychom sjednali a skutečně odebrali 1000 GJ/rok, tak sumární cena za jednotku tepelné energie Cso bude
a celoroční náklady na tepelnou energii Nso budou
Pokud v rámci podmínek smlouvy A odebereme ve skutečnosti jen 800 GJ/rok, budou celkové náklady Nso zahrnovat platbu za sjednané množství 1000 GJ/rok, to se nezměnilo
a k tomu platbu za skutečně odebranou tepelnou energii 800 GJ
tedy celkově
Skutečná jednotková cena tepla vzhledem ke skutečně odebranému množství tepla bude:
Neodebráním sjednaného množství tepelné energie se tedy skutečná jednotková cena zvýšila z 667,70 Kč/GJ na 746,79 Kč/GJ, tedy je vyšší o 79,09 Kč/GJ. To je zvýšení jednotkové ceny o 11,8 %.
Při pohledu z jiné strany bychom mohli říci, že oproti předpokladu odebrání 1000 GJ/rok jsme ušetřili 667 700,– Kč/rok mínus 597 434,– Kč/rok, tedy 70 266,– Kč/rok.
Je zřejmé, že čím přesněji se ve smlouvě určí sjednané množství tepla vzhledem k odebranému, tím nižší bude výsledná jednotková cena.
Smlouva B
Smlouva B vychází z těchto údajů:
- sjednaný výkon Ps [kW]
- odebrané množství tepla Qo [GJ/r]
Roční odběr bude v tarifním pásmu A, tj. < 1800 GJ/r
Potom v sazbě N26 vychází:
- cena za Ps je Cps = 1651,42 Kč/kW (vč. DPH)
- cena za Qo je Co = 351,33 Kč/GJ (vč. DPH)
Základní sumární a ani jednotkovou cenu nejde vypočítat jako ve smlouvě A, protože sjednané množství tepelné energie je určeno jen omezením vyplývajícím ze sjednaného výkonu. Vypočítat z něj „sjednané“ množství tepla je možné s využitím úvahy, že sjednaný výkon bude trvale využit, ale tento údaj není smysluplný. Protože uvažujeme stejný dům jako u smlouvy A, tak použijeme stejné údaje z předchozího příkladu smlouvy A s tím, že pro daný dům stačí sjednat výkon na úrovni 120 kW.
Při sjednání výkonu 120 kW a skutečně odebraném množství 800 GJ/r budou celkové náklady ve výši:
Skutečná jednotková cena tepla bude
To je o (667,70 Kč/GJ − 599,04 Kč/GJ) = 68,66 Kč/GJ méně, než jak vycházela nejnižší možná jednotková cena Cso = 667,70 Kč/GJ ve smlouvě A při shodě mezi sjednaným odebraným množstvím tepla a o (746,79 Kč/GJ − 599,04 Kč/GJ) = 147,75 Kč/GJ při skutečně odebraném množství tepla 800 GJ.
Vliv sjednaného výkonu
V rámci úvah nesmíme opomenout vliv sjednaného výkonu, který je velký. Z již vypočtených údajů můžeme určit maximální velikost sjednaného výkonu pro smlouvu B, abychom nepřekročili náklady za teplo podle smlouvy A, kde celkové náklady při spotřebě 800 GJ/rok dosáhly 597 434,– Kč/rok.
Maximální sjednatelný výkon potom určíme podle vzorce:
Z výsledku vidíme, že pokud by se přecházelo ze smlouvy typu A na smlouvu typu B, bylo by možné beze změny ročních nákladů uvažovat se sjednaným výkonem až 192 kW. Tato změna by postrádala ekonomický smysl. Pokud by však jednalo o uzavření nové smlouvy na odběr tepla, a to typu B, tak jde o limitní výkon. Skutečné náklady při sjednaném Ps max = 192 kW by v případě odebrání 800 GJ/rok byly:
Nsp = 192 × 1651,42 + 800 × 351,33 = 598 136,64 Kč
Jednotková cena vychází 747,67 Kč/GJ a oproti jednotkové ceně tepla při sjednaném výkonu Ps = 120 kW, která je 599,04 Kč/GJ, je tedy o 148,63 Kč/GJ vyšší. Je tedy zřejmé, že co nejpřesnější určení sjednaného výkonu má při smlouvě na dodávku tepla typu B zásadní vliv.
Optimální určení velikosti sjednaného výkonu nelze provést úvahou, odhadem atp. Musí být vypracována podrobná analýza a vychází se:
- ze statistiky spotřeb za více let zpětně s ohledem na konkrétní klimatické podmínky v jednotlivých letech a skutečného instalovaného výkonu
- z ověření skutečných technických vlastností otopné soustavy a jejího přepočtu na reálný tepelně technický stav budovy podle PENB a vybavení otopné soustavy spolu s výpočtem reálných fyzikálních parametrů, tedy nikoliv jen zvolených projektantem
- z posouzení vypočítaných reálných parametrů otopné soustavy dané budovy a jejich porovnání s parametry dodávky tepla na vstupu do budovy
- pokud je shoda vypočítaných a skutečných parametrů, existuje-li vhodné technické vybavení na vstupu do budovy a lze on-line zajistit v průběhu celého roku udržování správných parametrů, není nutné další opatření
- není-li shoda, musí být použito na vstupu do budovy nové technické vybavení, které zajistí dodržování potřebných, fyzikálně správných, parametrů otopné vody
Výstraha
V praxi je potvrzeno, že přepočty otopných soustav na základě klasického přístupu, tj. podle instalovaného výkonu těles, libovolně odhadnutého teplotního spádu a bez lepší než klasické ekvitermní regulace, nefungují ekonomicky a hydraulicky, či teplotně stabilně a správně a vedou nejen ke stížnostem uživatelů bytů na nekomfortní vytápění, ale i k nedosažení očekávané ceny tepla.
Vhodné technické řešení není možné prokázat protokolem o tzv. zaregulování otopné soustavy, protože jde o mnohem složitější problematiku, i ve vazbě na ekonomiku, cenovou strukturu, smluvní podmínky o dodávce tepla.
Co ovlivňuje výkon?
Smlouvy typu B obsahují ustanovení o penalizaci za překročení sjednaného výkonu. Potřebný výkon ovlivňuje více parametrů.
Základní bilanci tepelných ztrát, zisků a akumulace tepla lze zapsat:
kde je
- Pt
- potřebný výkon otopného tělesa,
- Pp
- tepelné ztráty prostupem konstrukcemi,
- Pv
- tepelné ztráty větráním,
- Pe
- tepelné zisky z exteriéru,
- Pi
- tepelné zisky z interiéru, včetně zisků z potrubí, typicky stoupaček
- Ps
- tepelné zisky od sousedů či sousedních místností uvnitř bytu,
- Pak
- kladná nebo záporná akumulace tepla do stavebních konstrukcí a vybavení místnosti.
Co nelze považovat za optimální?
- snižování teploty vzduchu pod hodnoty odpovídající obecné tepelné pohodě, tj. teplotě 21 °C (suchý teploměr) s korekcemi podle počtu ochlazovaných stěn a prosklení, či naopak.
- snižování roční spotřeby tepla omezováním větrání
Ad a) i b) ohrožuje tepelnou pohodu a teplotní stabilitu objektu, vč. zdraví. Přetápění +2 °C odpovídá zvýšení spotřeby přibližně o 12 až 15 %.
Negativní vliv manipulace s termostatickými hlavicemi
Častou příčinou nespojenosti s vytápěním, respektive s cenou tepla, je nevhodná manipulace s termostatickými hlavicemi ventilů na otopných tělesech. U části uživatelů bytů vznikla představa, že plným uzavíráním ventilů při odchodu z bytu a jejich opětným otevíráním po příchodu domů velmi ušetří. Tato představa neodpovídá realitě a je v rozporu s rozborem nákladů na tepelnou energii, který byl uveden výše. Neboť větší pokles teploty v bytě, pokud k němu dojde, vyžaduje po otevření ventilu výrazné zvýšení dodávky tepla během co nejkratší doby, aby byl dosažen požadovaný tepelný komfort v bytě. To lidé provádí plným otevřením ventilu. Důsledkem je nutnost navýšení potřebného výkonu dodávky tepla do bytu. Pokud se takto začne chovat více uživatelů bytů, musí být odpovídajícím způsobem navýšen sjednaný výkon pro celý dům. To znamená zvýšení jednotkové ceny tepla. Takže na jedné straně uživatel bytu něco málo ušetří, v praxi maximálně 2 až 3 %, ale cena tepla stoupne i o desítky procent. Proto je stabilní nastavení termostatických hlavic mnohem více produktivní, efektivní a úsporné.
Chování uživatelů bytů
Skutečné používání termostatických hlavic nikoliv k jemnému doladění teploty v místnostech, ale k jejich používání v režimu otevřeno – uzavřeno dokumentuje například výsledek měření, který je zachycen v grafu.
Průběh teplot vzduchu v různých částech místnosti (růžová – v koutě místnosti, modrá – u okenního parapetu) dokumentuje v období 14. 1. 2013, 18:00 hodin až 17. 1. 2013, 12:00 hodin maximální rozdíl teplot v době plného otevření ventilu a plného uzavření ventilu okolo 5 K, ale průměrně pod 4 K. Že jde skutečně o střídání plného otevření a zavření ventilu potvrzují teploty přívodní a zpětné otopné vody měřené na otopném tělese. Zřejmé jsou výrazné poklesy teploty v době od cca 23:30 hodin do 7:00 hodin dne. S tím souvisí potřeba zvýšit výkon dodávky tepla, aby ranní náběh byl co nejkratší.
Noční útlum
Podobně negativně se na velikosti potřebného sjednaného příkonu projevuje tzv. noční útlum. Tento způsob šetření teplem se opírá o nezpochybnitelné fyzikální základy. Pokud se však propojí fyzika a ekonomika, nelze provozování nočního útlumu obecně doporučit. Důvod je zachycen na dalším grafu.
V grafu je zanesen potřebný výkon dodávky tepla do domu během 24 hodin, a to v procentech ve vztahu k průměrné hodnotě. Je zřejmé, že po 22:00 dochází k poklesu dodávky tepla na hodnotu danou hranicí nočního útlumu a okolo 5:30 je dodávka tepla obnovena. Ranní špičkový výkon je více než dvojnásobný a vyžaduje tedy na překrytí tohoto krátkého odběrového maxima bez penalizace od dodavatele tepla (ten vypočítává tzv. čtvrthodinové maximum) sjednání velkého výkonu, tedy zvýšení trvalé paušální platby, které se samozřejmě nepříznivě promítne do výsledné jednotkové ceny tepla.
Na jedné straně jsou tedy ekonomické parametry dané typem smlouvy a jejími konkrétními podmínkami, a na druhé straně skutečné fyzikální parametry předávací stanice tepla a otopné soustavy v domě. Fyzikální podstatou nezdaru většiny nevhodných řešení paty domu jsou nesprávně určené a neřízené parametry topné vody. Bez sofistikovaného přístupu k optimalizaci všech parametrů dodávky tepla, jeho distribuce po domě do bytů a přestupu tepla z otopné soustavy do místností nelze dosáhnout maximálního snížení nákladů za odebrané teplo.
„Sofistikovaný“ zde není sprostým slovem, ale metodou k nalezení kvazi fyzikálně správných optimálních parametrů topné vody jak z hlediska sdílení tepla, tak z hlediska hydraulického seřízení. Libovůle tvorby základních teplotních a hydraulických parametrů (zejména po zateplení) nikdy nevede ke zdárnému cíli. Dokonce není možné ani splnit například požadavek na prokázání, že je soustava správně seřízená tak, jak to požadují úřady prostřednictvím dokladu nazvaného „Protokol o zaregulování“. Navíc lze konstatovat, že pojem zaregulování není zcela správný. Ještě jsem neslyšel, že bychom si zaregulovávali hodinky, či motor auta, ap.
Nesprávné řešení ukazuje následující graf, kde tzv. volba teplotního spádu bez ohledu na skutečné fyzikální vlastnosti zcela degraduje hydraulické řešení a hospodárnost provozu.
Tečkovaná teplota topné vody na vstupu do objektu Tw1 ze zdroje tepla vyžaduje, aby se pro stav po zateplení vracela otopná voda o teplotě podle čárkované křivky. Katastrofou je, že již při venkovní teplotě te ≈ 10,5 °C, tedy stále v době potřeby vytápění, bychom otopnou vodu museli již „něčím“ dochlazovat, protože potřebná teplota zpátečky je pod teplotou v místnostech. Jinak se musíme smířit s tím, se voda v bytě o teplotě 21 °C neochladí, zvýší se proto výkon tělesa, a jedná se tedy jednoznačně o přetápění, anebo vynucený přerušovaný provoz!!! Správná otopová křivka by měla být udržována podle plné červené a modré křivky. Nalezení takových křivek a jejich dodržování v provozu je výsledkem sofistikovaného přístupu a nikoliv libovůle projektanta.
Vliv indikátorů
Názorným příkladem je také naprosto negativní vliv indikátorů, když uživatelé v předposledním podlaží těží z nutnosti vytápět v posledním podlaží, ve kterém jim z tepelně technického hlediska nic jiného nezbývá!
Graf zobrazuje příklad v jednom vchodě šestipodlažního domu, kde jsou v každém podlaží 2 byty (celkem 12 bytů), červené sloupce vyjadřují podíly náměrů indikátorů v bytech onačených sudými čísly a modré v bytech s lichými čísly, a to téhož vchodu. Celková suma indikovaných „dílků“ byla proporcionálně přepočítána na procentuální podíly pro jednotlivé byty v sudé a liché řadě čísel (převzato ze statistiky objektu).
Indikované dílky sice absolutně nic neříkají o spotřebě tepla, ale mají jedinou vypovídací hodnotu. Je z nich patrný rozsah využívání otopné plochy pro vytápění. Otopná soustava je projektována tak, že by výpočtově při stejnoměrném vytápění měly být indikovány stejné počty „dílků“, což vyplývá z toho, že je do těles přiváděna voda o teplotě upravované před vstupem do otopné soustavy domu a má se indikovat střední teplota tělesa (na tomto je založena metoda indikátorů). Při nepřetržitém vytápění je také čas stejný. Výsledkem je tedy součin teplot a času. Jak je vidět, výsledky v grafu ukazují naprostou nevyváženost vytápění a ani trochu nepřipomínají předpoklady projektu.
V sudých bytech (červené) je vzájemný poměr mezi maximem a minimem 32,96 % ku 3,70 %, tj. 8,9 ku 1,0, a u lichých (modrých) 25,98 % ku 1,29 %, což je poměr 20,1 ku 1,0 !!!
I když to není v rozporu s legislativou pro rozdělování nákladů na vytápění, je to v absolutním rozporu s fyzikou a solidaritou. Jednoznačně je vidět, že byty v 5. (předposledním) patře téměř nevyužívají otopnou plochu tělesa, ale prostup tepla ze stěn se sousedy a tím vytvářejí tlak na zvyšování příkonů tepla, v tomto případě v posledním 6. patře. Tímto postupem je vynucováno zvýšení příkonu oproti stavu, kdyby všichni vytápěli rovnoměrně. Toto může způsobit potřebu zvýšit při sjednávání dodávky tepla čtvrthodinové maximum, které se zpravidla v kombinaci s útlumy využije pouze několik málo hodin z celodenních 24 hodin.
Jestli je nezbytné u uvedeného důvodu zvýšit maximum příkonu například ze 100 kW v orientační ceně 160 000,– Kč, třeba o 20 kW (+20 %), bude cena 192 000,– Kč. Podíl na této zvýšené ceně zaplatí samozřejmě i ti, kteří tzv. šetří.
Závěr
Věřím, že si ho čtenář udělá sám. Jen připojím malou poznámku, že uvedené grafy a čísla nejsou vybrány z převážně dobrých výsledků, jak by mohl někdo šálit čtenáře. Je to výběr z mnoha a mnoha téměř stejných a skutečně změřených výsledků současnosti. Ať již se závěr čtenáře přikloní k tomu, že legislativní „barikády“ tomu neumí zabránit, nebo je v tom záměr, nebo i k něčemu jinému, je zřejmé, že opomíjení nutnosti propojit znalost fyzikálních zákonů s jejich projevy v reálných otopných soustavách s problematikou cenotvorby tepla vede ke zbytečně vysoké ceně tepla, kterou musí odběratelé tepla platit. V některých případech to vede i ke zbytečnému rozhodnutí se od SZTE odpojit a vybudovat vlastní zdroj tepla. Na druhé straně, i dodavatelé tepla musí na reálné průběhy odběrů tepla nějak technicky reagovat, vynakládat finanční prostředky na potřebná zařízení a pak, pochopitelně, mají i své podnikatelské zájmy. Odběratelé tepla však nemusí v tomto procesu hrát jen pasivní roli „stříhaných ovcí“. V článku bylo naznačeno, že s přiměřenou a odborně podloženou aktivitou lze náklady za teplo příznivě ovlivnit.
The basic criterion for each investment is economic efficiency. This has been simplified in heating by more or less energy consumption. This principle cannot be applied if the energy take-off price consists of several components, some of which are fixed or graduated in jumps, and others depend on the amount of energy taken. Under such circumstances, it is not right to design a technical solution solely on the basis of its lowest purchase price, but optimization steps are required. In the article, the author shows how very different the heat price can be for one and the same object in a different pricing structure. At the same time, it shows that choosing the most appropriate price structure is not a simple task that can only be done by an economist. The detailed knowledge of the heating system and its operating parameters and possibilities must also be included in the solution.
