Tepelná čerpadla mají velký potenciál v bytových domech

Společnost Techem Energy Services GmbH. se v Německu zabývá širokým portfoliem služeb, přičemž jejich jádro tvoří sledování spotřeb tepla, jejich vyhodnocení, analýzy a rozdělování nákladů za energie v bytových domech na byty. Aktuálně je veřejnosti k dispozici analýza za rok 2022. Ta poskytuje reálně získaná data umožňující posoudit možností splnění ambiciózního cíle, který vytvořilo schválení novely energetického zákona GEG 2024. Část analýzy je zaměřena na posouzení vhodnosti tepelných čerpadel a z této části jsou vybrány některé infromace.

To, co platí v Německu, lze s velkou pravděpodobností předpokládat i v Česku.

Matthias Hartmann, CEO Techem Gruppe, na počátku studie uvádí: „Neustále pracujeme na snížení závislosti na fosilních palivech. I když je stále přes 50 procent budov vytápěno zemním plynem, podíl elektřiny jako zdroje energie roste. Nastupující elektricky poháněná tepelná čerpadla hrají klíčovou roli. Jejich podíl na novostavbách loni (2022) vzrostl na 57 procent a očekává se, že se toto číslo bude v následujících letech dále zvyšovat. Tato předpověď platí i pro stávající budovy, které jsou v současné době vytápěny radiátory. Naše hodnocení ukazují, že polovina těchto budov, a po výměně otopných těles až 90 % těchto budov, je pro použití tepelných čerpadel vhodná a jsou tedy ‚Připravena na tepelné čerpadlo‘ (Wärmepumpenready, Heatpumpready).“

Obr. Nový „Techem CO2-Index“ umožňuje sledovat pokrok při snižování uhlíkové stopy v oblasti spotřeby tepla bytových domů. Rok 2022 skončil na úrovni 160 % a ke splnění cíle do roku 2030 zbývá 60 %.

Obr. Vývoj podílů zdrojů tepla v % v letech 2013 až 2022 v bytových domech. (Zdroj: Techem Energy Services GmbH)

Současnost (rok 2022) v oblasti vytápění bytů v bytových domů v Německu charakterizuje 51 % vytápění zemním plynem. Dálkové vytápění je na druhém místě s přibližně 38 procenty vytápěné plochy z celku. Topný olej od roku 2013 klesl z přibližně 16 procent na dobrých 10 procent. Dřevní pelety s 0,8 procenty zatím nehrají v současném počtu bytových domů hlavní roli. To nakonec platí i pro tepelná čerpadla, a to i přes znatelný nárůst z 0,13 procenta na 0,5 procenta v roce 2023.

Ze studie jsou dále uvedeny hlavní údaje vztahující se k tepelným čerpadlům v  bytových domech.

Průměrné roční topné faktory

V systémech s tepelným čerpadlem jako jediným zdrojem tepla (monovalentní systémy) se v roce 2022 průměrný roční topný faktor pohyboval mezi 2,8 (systémy s prostorovým vytápěním a ohřevem pitné vody) až po 3,6 (pouze prostorové vytápění). To jsou slušné hodnoty.

Nicméně existuje příliš vysoký podíl systémů s  faktorem pod 2,5, kterých je cca 30 procent. Autoři studie se domnívají, že monitorování a řízení provozu zejména těchto systémů není zdaleka optimální.

Ekonomická výhodnost přestavby kotlů na zemní plyn na tepelná čerpadla závisí nejen na dosaženém průměrném ročním topném faktoru, ale také na konečných cenách energií. Přepočet se stává ziskovým, pokud je poměr ceny elektřiny (€/kWh) k ceně zemního plynu (€/kWh) trvale nižší, než dosažený průměrný roční topný faktor (v průměru cca 2,8 … 3,6).

Ve srovnání s údaji zjištěnými pro systémy s kotli, u kterých se potenciál pro zlepšení energetické účinnosti pohybuje kolem 10 procent, u systémů s tepelnými čerpadly je prostor pro optimalizaci provozu výrazně větší, a to kolem 25 procent, přičemž u výše zmíněných cca 30 % je dokonce výrazně vyšší!

Obr. Zjištěné průměrné roční topné faktory v monovalentních systémech s tepelnými čerpadly pro vytápění a jejich podíly na celku. U oranžově značených je velký potenciál pro zlepšení. (Zdroj: Techem Energy Services GmbH)

Hodnoty ročního topného faktoru byly stanoveny ze spotřeby tepla budov naměřené měřiči tepla a související spotřeby elektrické energie tepelného čerpadla ve zdroji, se zahrnutím průměrných distribučních ztrát tepla. Tato hodnota byla dříve stanovena vyhodnocením budov zásobovaných dálkovým vytápěním, které jsou rovněž vybaveny bytovými měřiči tepla.

Obr. Průměrné roční topné faktory a jejich podíly na celku. U oranžově značených je velký potenciál pro zlepšení. Hodnoceny byly monovalentní systémy s ohřevem pitné vody, ve kterých je jediným zdrojem tepla tepelné čerpadlo. (Zdroj: Techem Energy Services GmbH)

Většina stávajících bytových domů je vybavena radiátory. Pro efektivní provoz tepelných čerpadel je zásadní, aby radiátory měly dostatečnou výkonovou rezervu. Aby mohly pracovat při nízkých teplotách systému.

Pokud byly radiátory takto dimenzované, s rezervou, při standardní venkovní teplotě (nejnižší očekávaný dvoudenní průměr v závislosti na regionu mezi −10 °C až −16 °C) bude teplota topného média maximálně 55 °C, a pak je provoz tepelného čerpadla efektivně možný.

Pro posouzení byla použita konečná spotřeba energie, instalovaný výkon radiátorů a další údaje z více než 130 000 budov analyzovaných v Německu a rezerva topného výkonu vyplývající z obvyklého návrhu vytápění s teplotami 70/50/20 °C. Z provozního chování otopných těles („radiátorový diagram“) bylo odvozeno, že existuje rezerva topného výkonu kolem 40 procent, a ta je dostatečná k tomu, aby bylo možné v topné sezóně snížit provozní teplotu a používat tepelná čerpadla s nízkými provozními teplotami.

Z vyhodnocení vyplývá, že i bez dalších opatření existuje dostatečná rezerva u cca 50 % stávajících budov. V těchto budovách jsou otopná tělesa tak velkoryse dimenzována, že potřebné teplo lze předat do místností i při nízkých systémových teplotách potřebných pro tepelné čerpadlo.

Pokud je výkonová rezerva nižší, je nutné zvýšení instalovaného výkonu radiátoru. U nejběžnějších typů radiátorů (ocelová otopná tělesa dle DIN 4703 i desková) je možné zvýšit jmenovitý výkon o 40 až 50 procent přechodem na jiný typ se stejnou šířkou a výškou. Například výměnou za deskové otopné těleso typu 22 (2 desky) nebo za typ 33 (3 desky, s větší hloubkou zástavby). V závislosti na výkonové rezervě může někdy stačit vyměnit jen některé radiátory (např. obývací pokoj, dětský pokoj) a stávající radiátory ponechat v méně vytápěných místnostech (např. ložnice). Nebo v rámci bytu přemístit stávající radiátory s většími výkony na místo těch s menšími výkony, nově pořídit radiátor s největším požadovaným výkonem a vyřadit jen stávající radiátor s nejnižším výkonem. Taková opatření je možné provést u cca 40 % budov.

Obr. Četnost zastoupení výkonové rezervy radiátorů v bytových domech. Dostatečná rezerva tmavě modře. S možností úprav výměnou radiátorů světle modře. Oranžově je oblast vyžadující celkovou modernizaci. (Zdroj: Techem Energy Services GmbH)

Výkonová rezerva byla stanovena s ohledem na návrh vytápění 70/50/20 °C s místním přizpůsobením ke klimatu, výpočtové teplotě. Výkonová rezerva 0 znamená, že velikost radiátorů je přesně dostatečná pro provoz při oblastní standardní venkovní teplotě (nejnižší očekávaný dvoudenní průměr, např. −10 °C pro Frankfurt/M., výpočtová teplota) s návrhovými teplotami tv = 70 °C a tr = 50 °C pro dosažení vnitřní teploty ti = 20 °C. Kladná výkonová rezerva větší než 0 znamená, že v tomto případě stačí nižší teplotní úroveň, tj. teploty systému lze snížit. Záporná výkonová rezerva (v obrázku oranžově) neznamená, že obyvatelé v bytech mrznou, ale jednoduše to, že topný systém musí být provozován na vyšší teplotní úroveň, aby bylo dosaženo požadovaných hodnot pokojové teploty.

Závěr

V bytových domech obecně existuje velký potenciál pro uplatnění tepelných čerpadel. Jak však autoři studie zdůrazňují, s instalací tepelného čerpadla není automaticky spojen odborný návrh a dohled. Tento nedostatek se podílí na relativně vysokém podílu domů, kde tepelné čerpadlo nepracuje v optimálních podmínkách.

Zdroj:
Techem Verbrauchskennwerte-Studie: Energieeffizienz im Großteil der deutschen Immobilien nicht ausreichend. 04.10.2022. Dostupné zde: https://www.techem.com/de/de/news-und-wissen/alle-beitraege/Techem-Verbrauchskennwerte-Studie-Energieeffizienz-im-Grossteil-der-deutschen-Immobilien-nicht-ausreichend