Rozumieme zemnému plynu.

Využitie zemného plynu v rodinných domoch nových energetických tried

Ing. Radovan Illith, PhD1. Prof. Ing. Dušan Petráš, PhD2.,

1 SPP- distribúcia, a.s., Sekcia prevádzky siete a riadenia aktív, Mlynské nivy 44/b, 825 11 Bratislava

2 Slovenská technická univerzita v Bratislave, Stavebná fakulta, Katedra technických zariadení budov, Radlinského 11, 810 05 Bratislava

 

1. Úvod 

 

V zmysle akčného plánu EÚ 20/20/20 sa budú po roku 2020 stavať len budovy s takmer nulovou potrebou energie, čo bude predstavovať úplne nový fenomén z pohľadu projektovania, samotnej realizácie stavby a v neposlednom rade pri prevádzke budov. Ide nielen o samotné budovy s takmer nulovou potrebou energie, ale predovšetkým o filozofiu trvalej udržateľnosti architektúry a výstavby s celkovým zámerom v budúcnosti navrhovať, realizovať a prevádzkovať budovy, ktoré budú energeticky aktívne, ekologicky bezpečné a ekonomicky efektívne.

 

Budova s takmer nulovou potrebou energie sa v EPBD definuje ako „budova, ktorá má veľmi vysokú energetickú hospodárnosť“ v súlade s prílohou I. smernice. Takmer  nulové množstvo energie alebo veľmi nízke množstvo energie má byť zabezpečené vo vý­znamnej miere z obnoviteľných zdrojov, získaných priamo na mieste alebo v blízkosti spotreby.

 

2. Budova s takmer nulovou potrebou energie

 

Budova s takmer nulovou potrebou energie musí spĺňať viaceré požiadavky, tak na tepelnú ochranu ako i na technické systémy. Potreba energie na vykurovanie takéhoto domu je až o 90% nižšia v porovnaní so štandardným rodinným domami a  predstavuje približne 1,5 m3 zemného plynu (resp. 1,5 kg oleja) na štvorcový meter obytnej plochy za rok!

 

Základné kritériá kladené sú:

  • Potreba energie na vykurovania za rok je maximálne 15 kWh/m2
  • Kompaktnosť budovy – konštrukcia bez, resp. s minimálnymi tepelnými mostmi
  • Vzduchotesnosť a ochrana proti vlhkosti.

 

2.1 Potreba energie na vykurovanie

 

Aby bola docielená minimálna požadovaná potreba tepla na vykurovanie je potrebné splniť niekoľko základných pravidiel:

 

  1. Minimalizácia súčiniteľa prechodu tepla U. Pri návrhu stavebných konštrukcií a budov je potrebné splniť minimálne tepelno-izolačné vlastnosti stavebnej konštrukcie. Skladba obvodového plášťa pasívneho domu musí byť taká, aby súčiniteľ prechodu tepla U (tepelná izolácia) bol blízky k hodnote 0,1 W/(m2.K) [9].
  2. Vhodný tvar budovy. Budova musí byť vhodne riešená, musí splniť optimálny faktor tvaru budovy (t. j. plocha teplovýmenného obalu budovy „A“ k jeho objemu „V“ musí byť čo najmenšia. Pre rodinné domy je optimálny faktor A/V= 0,7) a budova musí byť kompaktná, aby bolo minimalizované množstvo nepriaznivých tepelných mostov.
  3. Vhodná orientácia budovy – získanie nízko-potenciálnej energie zo slnka. Orientácia budovy musí byť taká, aby dopad priameho slnečného žiarenia bol využitý v čo najväčšej miere, t.j. aby orientácia budovy zabezpečovala maximalizáciu slnečných ziskov. Vhodnou veľkosťou a umiestnením presklených plôch (otvorových konštrukcií)v obvodovom plášti budovy (poprípade v streche) je možné získať dodatočne energiu zo slnka, ktorá prispeje vo významnej miere ku krytiu tepelných strát budovy.
  4. Vzduchotesná a vetruodolná konštrukcia. Vzduchotesná konštrukcia zabraňuje úniku vzduchu z budovy. Vzduchotesnú zábranu je potrebné inštalovať na „teplú“ stranu konštrukcie. Vetruodolná konštrukcia zabraňuje prieniku vonkajšieho vzduchu do budovy. Tá sa, na rozdiel od vzduchotesnej konštrukcie, inštaluje na vonkajšiu stranu konštrukcie a chráni dom pred chladom a vlhkosťou.
  5. Hodnota súčiniteľa prechodu tepla vonkajšími otvorovými konštrukciami U by sa mala pohybovať na hodnote 0,6 W/(m2.K) [9]. Z dôvodu nutnosti využitia tepelných ziskov zo slnečného žiarenia sa odporúča, aby hodnota celkovej priepustnosti slnečného žiarenia bola čo najvyššia g>0,5. Je potrebné zvoliť kompromis medzi vyšším solárnym ziskom a vyššou tepelnou stratou otvorovej konštrukcie. Škárová prievzdušnosť moderných otvorových konštrukcií musí mať nulový súčiniteľ. V letných mesiacoch je potrebné inštalovať tieniace prvky okenných plôch, z dôvodu zabezpečenia minimalizácie tepelných ziskov.
  6. Riadené vetranie s  rekuperáciou. Na integráciu centrálneho vetracieho systému s rekuperáciou je potrebné myslieť už pri samotnom návrhu projektu domu. Systém zabezpečí optimálnu výmenu vzduchu pri dodržaní hygienických požiadaviek a potrieb a vysokoúčinné rekuperačné výmenníky minimalizujú tepelné straty vetraním. Účinnosť rekuperácie je minimálne 75% a jej zvýšenie je možné zabezpečiť inštaláciou zemného registra.
  7. Pri určovaní tepelných strát vykurovacieho systému je potrebné uvažovať aj s jeho stratami, najmä tepelnou stratou systému odovzdávania tepla, stratou v rozvodoch vykurovacieho systému (ak sú), vlastnou spotrebou rekuperačného systému (pohon ventilátorov), vlastnou spotrebou systému rozvodov tepla (obehové čerpadlá) a podobne.

 

 

2.2 Potreba energie na prípravu teplej vody

 

Potreba energie na prípravu teplej vody sa určí výpočtom podľa STN EN 15316-3-1 a pripočítaním strát prípravy teplej vody. Aby bola splnená požiadavka energetickej triedy pre potrebu energie na prípravu teplej vody je potrebné dodržať základné pravidlá:

 

  1. Voľba zdroja tepla. Realizácia prípravy teplej vody vyžaduje zabezpečenie jej teploty na viac ako 55°C (z hygienických dôvodov až na teplotu 60°C (termická dezinfekcie)), čo je vyššia hodnota ako býva teplota teplonosnej látky v systémoch vykurovania/teplovzdušného vetrania.
  2. Z dôvodu minimalizácie tepelnej straty potrubia a tepelnej stagnácie vody v potrubí, ktorým je vedená teplá voda od zdroja k miestu spotreby je nutné lokalizovať zdroj tepla tak, aby boli minimalizované dĺžky potrubia. Voľba vhodnej izolácie teplovodného potrubia a jeho dimenzie.
  3. Tepelnú stratu teplovodného potrubia v zimnom období je možné považovať za vnútorný tepelný zisk.

 

V minulosti sa rozdelenie potrieb energie na vykurovanie a prípravu teplej vody pohybovalo približne na úrovni 80% energie na vykurovanie a 20% energie na prípravu teplej vody. V súčasnej dobe sa, podľa veľkosti domu, tento pomer výrazne zmenil a je približne 50% energie na vykurovanie a 50% na prípravu teplej vody, pričom príprava teplej vody je rovnomerne rozložená počas celého roka. Tento pomer sa môže v krajných prípadoch zmeniť na hodnoty blížiace sa k pomeru 40:60, t. j. potreba tepla na vykurovanie je nižšia ako potreba tepla na prípravu teplej vody.

 

 

3. Využitie zemného plynu v rodinných domoch pri zásobovaní teplom po roku 2016 a 2020

 

V zmysle vykonávacej vyhlášky č. 364/2012 Z. z.  v znení neskorších predpisov [4][8] sa celková potreba energie budovy určí ako súčet potrieb energie pre jednotlivé miesta spotreby. Pri rodinných domoch je to súčet potreby energie na vykurovanie a potreby energie na prípravu teplej vody. Potreba energie na vetranie a chladenie sa pri rodinných domoch nehodnotí.

 

3.1 Primárna energia

 

Globálnym, alebo hlavným hodnotiacim ukazovateľom energetickej hospodárnosti budovy je primárna energia, ktorá sa určí vynásobením potreby energie (vykurovania a prípravy teplej vody) faktormi primárnej energie, ktoré sú určené pre jednotlivé energetické nosiče.[4]

 

V novele vykonávacej vyhlášky č. 324/2016 Z.z. [8] došlo, okrem iného, k zmene hodnôt faktorov primárnej energie pre jednotlivé energetické nosiče vrátane zemného plynu (tab. č. 1).

 

Faktor primárnej energie zemného plynu je stanovený  na hodnote fp= 1,10. Legislatívno-technická energetická náročnosť dopravy plynu ku konečnému miestu spotreby predstavuje max. hodnotu 2,60% zo skutočného množstva dopraveného plynu[1]. Prevádzkovatelia plynárenskej dopravnej infraštruktúry z tohto dôvodu vynakladajú maximálne úsilie na to, aby energetická náročnosť dopravy zemného plynu bola čo najnižšia. Reálna hodnota faktora, ktorá by zohľadňovala technickú realitu, príslušné právne predpisy a tiež rozhodnutia ÚRSO1, by mala byť znížená minimálne na úroveň fp= 1,026.

 

Tab. č. 1 – Faktor primárnej energie pre zemný plyn podľa vyhlášky 364/2012 Z.z. v znení neskorších prepisov  (zemný plyn) [4][8]

_____________________________

[1] Maximálne množstvo plynu na prevádzkové účely, vrátane strát, je definované rozhodnutím Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 0103/2014/P zo dňa 23. 06. 2014 a § 11 ods. 6 vyhlášky Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 223/2016 Z. z., ktorou sa ustanovuje cenová regulácia v plynárenstve.

 

 3.2 Ekológia

 

Vyhláška č. 364/2012 Z.z. v znení neskorších predpisov hodnotí jednotlivé palivá iba podľa produkcie emisií CO2. Problém produkcie tuhých znečisťujúcich látok (ďalej len „TZL“) do ovzdušia, ktoré vznikajú pri spaľovaní, vyhláška nehodnotí. Produkcia TZL, či už v porovnaní s inými fosílnymi, alebo s palivami na báze dreva, robí zemný plyn jedným z najekologickejších palív vôbec. Množstvo vyprodukovaných TZL  je pri spaľovní zemného plynu niekoľko násobne nižšie, ako pri spaľovaní iných palív. Negatívny dopad práve TZL na zdravie obyvateľstva je alarmujúci [7]. Zvýšená koncentrácia TZL (PM2.5) zvyšuje výskyt autizmu, poruchy kognitívnych funkcií u detí, depresie, demencie, parkinsonovej choroby, ovplyvňuje koncentráciu proteínu BDNF, respiračné choroby … [7]

 

 3.3 Plynový zdroj tepla

 

Výhody plynového zdroja tepla

  • Jednoduchá a overená konštrukcia kotla
  • Inštalácia bez nutnosti budovania kotolne
  • Spoľahlivá, plne automatizovaná prevádzka (žiadne rotačné prvky, okrem čerpadla)
  • Stabilná účinnosť ( >90%) v celom rozsahu vonkajších teplôt
  • Jednoduchá a okamžitá regulácia teploty
  • Ekologický zdroj s minimálnymi až takmer žiadnymi emisiami
  • Jednoduchá a rýchla príprava teplej vody. Prietokový ohrev teplej vody, bez nutnosti inštalácie zásobníka
  • Výrazne nižšia obstarávacia cena kotla v porovnaní s ostatnými druhmi zdrojov, vrátane inštalácie a údržby.

 

Nevýhody plynového zdroja tepla

  • Neumožňuje chladenie interiéru ( + cca 3000 € na klimatizačné jednotky)
  • Neobnoviteľný zdroj energie (v prípade, ak sa nespaľuje biometán)
  • Aj v prípade spaľovania biometánu (obnoviteľný zdroj energie) chýba podpora zo strany štátu.

 

4. Príklad výpočtu rodiného domu s takmer nulovou potrebou tepla

 

Príklad predbežného návrhu domu s takmer nulovou potrebou energie o rozlohe 120 m2, zdroj tepla – kondenzačný plynový kotol.

 

Rodinný dom postavený súčasnými modernými technológiami: U- strop 0,10 W/(m2.K); U – obvodovej steny 0,11 W/(m2.K); U – podlaha nad terénom (tzv. termodoska) 0,12 W/(m2.K); U – okná 0,67 W/(m2.K.) Južná stena – veľká presklená plocha – optimalizovaná (najväčší zisk slnečnej energie pri najmenšej tepelnej strate, rekuperácia vzduchu s účinnosťou 75%. Zdroj tepla umiestnený tak, aby boli minimalizované straty v rozvodoch tepla a teplej vody.

 

 

Globálny ukazovateľ – primárna energia, kategória rodinné domy v triede energetickej hospodárnosti budovy A1< 108 kWh/(m2.a) a pre A0 je < 54  kWh/(m2.a)

 

Navrhnutý rodinný dom spĺňa kritérium pre energetickú triedu A1 46,43 kWh/(m2.a) < 108 kWh/(m2.a). a pravdepodobne spĺňa aj energetickú triedu A0 46,43 kWh/(m2.a) > 54 kWh/(m2.a). (Tab. č.2 a č. 3).

 

4. Záver

 

Za presne stanovených okrajových podmienok sa zemný plyn javí ako vhodné palivo na vykurovanie a prípravu teplej vody v budovách s takmer nulovou potrebou energie, spĺňajúci triedy energetickej hospodárnosti budov A1. Je to najmä z dôvodu výhodného pomeru ceny kondenzačného kotla (vrátane inštalácie), vysokej účinnosti, nízkych prevádzkových nákladov, jednoduchosti, skutočného komfortu a dostupnosti, nehovoriac o takmer zanedbateľnom dopade na ekológiu. Pri triede A0, ktorá vstúpi do platnosti po roku 2020, je potrebné prehodnotiť hodnotu faktoru primárnej energie zemného plynu a stanoviť ju na hodnotu zohľadňujúcu technickú realitu t.j. maximálne na úroveň fp = 1,026.

 

Literatúra:

[1] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Councilof 19 May 2010 on the energy performance of buildings (recast).

[2] Zákon č. 555 z 8. novembra 2005 o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov

[3] Zákon č. 300 z 18. septembra 2012, ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon) v znení neskorších predpisov

[4] Vyhláška č. 364 z 12. novembra 2012, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov

[5] DAHLSVEEN T.- PETRÁŠ D. a kol. Energetický audit a certifikácia budov. Bratislava: JAGA GROUP, 2008. ISBN 978-80-8076-063-2.

[6] KRAJČÍK M. – PETRÁŠ D. Energetické hodnotenie budov. Bratislava: Nakladateľstvo STU, Bratislava, 2015. ISBN 978-80-227-4462-1

[7] Radim J. Šram: Zemní plyn a zdraví.  Jesenná konferencia SPNZ, Horný Smokovec, 6. 10. 2016, http://www.spnz.sk/uploads/2016/JK_prednasky/Sram_Radim_JK_2016.pdf

[8] Vyhláška č. 324 z 7. decembra 2016, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov

[9] STN 73 0540-2: Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií  a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky

 

Zdieľajte obsah: