Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta managementu
Diplomová práce
12/2011
Ing. Roman Čížek
Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta managementu Katedra managementu a podnikatelské sféry
Téma práce: Energetická a finanční analýza jednotlivých zdrojů energie pro provoz RD
Vypracoval
Ing. Roman Čížek
Vedoucí diplomové práce
prof. Ing. František Kovář, CSc.
Rok obhajoby
2012
Čestné prohlášení: Čestně prohlašuji, že diplomovou práci na téma „Energetická a finanční analýza jednotlivých zdrojů energie pro provoz RD“ jsem vypracoval samostatně, veškerou použitou literaturu a další podklady jsem řádně označil a uvedl v příloze.
V ……………………………. dne …………………………….
…………………………………………… podpis zpracovatele
Anotace:
Energetická a finanční analýza Cílem diplomové práce je zhodnotit systémy různých zdrojů tepla na vytápění z ekonomického, uživatelského a ekologického hlediska pro moderní nízkoenergetickou stavbu a klasický RD z 80. let 20. století
Prosinec 2011
Poděkování: Za odborné rady, náměty a korekce bych chtěl poděkovat: prof. Ing. Františku Kováři CSc., z Vysoké školy ekonomické v Praze, fakulty managementu v Jindřichově Hradci
Dále bych chtěl poděkovat osloveným firmám za cenové nabídky pro jednotlivé systémy vytápění. Latop, spol. s.r.o., U Čápova dvora 2762, 390 05 Tábor MonTop, Hlinická 1508, 390 02 Tábor Evex Eng. s.r.o., Peckova 301/13, 186 00 Praha 8 Instaltherm Tábor, Zhoř u Tábora 52, 390 02 Tábor
Obsah Úvod………………………………………………………………………………….….-1-
Teoreticko-metodologická část…………………………………………..-31. Výpočet roční měrné potřeby a spotřeby tepla na vytápění……………….……...-31.1 Vysvětlení základních pojmů………………………………………………….....….-31.2 Konkrétní postupy výpočtů, požadavky norem…………………………………....-131.2.1 Stanovení vnější teploty prostředí…………………………………………….-141.2.2 Stanovení hodnot ploch vnější obálky budovy……………………..………....-141.2.3 Výpočet tepelného odporu a součinitele prostupu tepla ……………………...-141.2.4 Výpočet tepelných ztrát objektu……………………………………………....-161.2.5. Metodika výpočtu potřeby tepla pro vytápění…………………………….…-211.2.6. Metodika výpočtu potřeby tepla na přípravu teplé vody……..………..….…-241.3 Ekonomické hodnocení investic…………………………………………………....-251.2.1 Ekonomické pojmy pro zhodnocení investic …………………………..…….-25-
Praktická část………….………………………………………..……….-312. Charakteristika objektů…………………………………........................................-312.1 Objekt 1……………………………………………………………………………-312.1.1 Výkresová dokumentace……………………………………………………....-312.1.2 Charakteristika obalových konstrukcí objekt 1…………………………….....-332.1.3 Výpočet tepelných ztrát objekt 1 ………………………………………....…..-342.1.4 Výpočet potřeby tepla pro vytápění objekt 1…………………….…………....-352.1.5. Výpočet ročních nákladů na vytápění ze spotřeby paliva objekt 1…………...-372.2 Objekt 2……………………………………………………………………………-382.2.1 Charakteristika obalových konstrukcí objekt 2……………………………....-382.2.2 Výpočet tepelných ztrát objekt 2 ……………………………………….........-392.2.3 Výpočet potřeby tepla pro vytápění objekt 2…………………….………..….-402.2.4. Výpočet ročních nákladů na vytápění ze spotřeby paliva objekt 2…………..-413. Hodnocené zdroje tepla………………………………….........................................-424. Investiční náklady…………………………………..................................................-454.1 Objekt 1……………………………………………………………………………-454.2 Objekt 2……………………………………………………………………………-47-
5. Roční Cash- Flow………………………………….................................................-505.1 Objekt 1…………………………………………………………………………...-505.2 Objekt 2…………………………………………………………………………...-506. Hodnocení ekonomické efektivnosti investic…………………………….............-506.1 Objekt 1…………………………………………………………………………...-506.1.1 Tepelné čerpadlo země-voda……………………………...............................-516.1.2 Kotel na zemní plyn ……………………...………........................................-526.1.3 Kotel na dřevo…………………….……………………………………..…..-536.1.4.Kotel na pelety…………………....................................................................-546.2 Objekt 2…………………………………………………………………………...-556.2.1 Tepelné čerpadlo země-voda……………………………...............................-556.2.2 Kotel na zemní plyn ……………………...………........................................-566.2.3 Kotel na dřevo…………………….……………………………………..…..-576.2.4.Kotel na pelety…………………....................................................................-58-
7. Závěrečné vyhodnocení……………………………...............................................-597.1 Objekt 1……………………………………………………………………….…..-597.2 Objekt 2……………………………………………………………………….…..-60-
Závěr……………………………………………………………………………….…..-62Literatura a internetové zdroje………………………………………………………...-64Seznam grafů…………………………………………………………….…………….-65Seznam obrázků………………………………………………………….….……...…-66Seznam tabulek……………………………………………………………….………..-67Seznam příloh………………………………………………………………….…....…-69-
Úvod V současné době, kdy rostou ceny energií a paliv každoročně v řádech několika jednotek až desítek procent, se stále více veřejnosti zajímá o možnosti úspor spotřeby energie. Dle ČSÚ a statistiky struktury spotřebních vydání domácností v %, v roce 2010 činí 21% výdaje na bydlení, vodu, energii. Zajímavý je trend, že toto číslo roste již několik let v komparaci s ostatními výdaji a je největší položkou balíku spotřebních výdajů. Problematika je však značně složitá a v záplavě lobby jednotlivých výrobců se běžný spotřebitel těžko orientuje, jaký zdroj tepla vybrat pro jeho konkrétní nemovitost a lokalitu. Možnosti výběru zdrojů tepla jsou obrovské, taktéž portfolium jednotlivých segmentů zaručuje téměř neomezenou volbu. V této práci bych chtěl komplexně porovnat jednotlivé druhy zdrojů tepla v závislosti na měrné potřebě tepla posuzovaných dvou objektů. V současné době existují v omezené míře práce, které srovnávající jednotlivé druhy zdrojů tepla z hlediska porovnání nákladů na vytápění, ale pokusím se v praktické části dokázat, že nejsou úplné. Současné hodnocení je založeno pouze na vstupních nákladech-investicích do zařízení zdroje tepla, vnitřních rozvodů a s tím se srovnávají roční náklady na spotřebu tepla v průběhu životnosti investice. Současné studie se taktéž zaměřují na jeden objekt, který je většinou nový, dobře izolovaný, s malou potřebou tepla, kde vychází skoro vždy nejlépe nejnižší počáteční investice. Ovšem ve výpočtech chybí náklady na komín, náklady na zastavěnou plochu kotelny, případné roční revize komína, kotlů atd…Další chybou je nezapočítávat do počáteční investice u zdrojů na tuhá paliva zastavěnou plochu kotelny, popř. skladu paliva. V první části práce vypočítám tepelné ztráty objektu. Dle tepelných ztrát objektu se pak vypočte celková roční potřeba tepla na vytápění, která je směrodatná pro výpočet ročních nákladů na vytápění.
Po výpočtu roční potřeby tepla na vytápění bude
následovat přepočet na roční spotřebu tepla a následně na roční náklady na vytápění za rok. Výpočty se provádí výhradně pomocí výpočtových programů. Každý výpočet bude obsahovat slovní komentáře s podrobným vysvětlením problematiky. V druhé části budou vypočteny náklady na počáteční investici včetně všech nutných vícenákladů na instalaci daného zdroje. Následně provedu výpočet všech parametrů pro hodnocení efektivnosti investic.
-1-
Cílem práce budou přehledné tabulky s komentářem a hodnocením výsledků výpočtů. Na závěr bych chtěl subjektivně porovnat poměr kvalita //cena u zvolených zdrojů tepla. Myslím tím uživatelský komfort z hlediska způsobu regulace a údržby zařízení.
-2-
Teoreticko – metodologická část
1. Výpočet roční měrné potřeby a spotřeby tepla na vytápění 1.1 Vysvětlení základních pojmů Obestavěný prostor- pro potřebu těchto výpočtů se do obestavěného prostoru počítá pouze objem obytných prostor ohraničený vnější obálkou budovy. Nepatří sem objemy základů, neobydleného podkroví, přesahů střechy atd… Výpočtové teploty (rozdělení dle lokality) - území ČR je rozděleno z hlediska venkovní návrhové teploty Te na tři základní oblasti. Níže jsou uvedeny návrhové venkovní teploty pro tyto jednotlivé oblasti. Dále je možné definovat pro konkrétní město návrhová (výpočtová) venkovní teplota v zimním období je definována pro jednotlivé y a města České republiky v ČSN EN 12831.
Tabulka 1 - Oblasti v ČR dle vnější výpočtové teploty Te1
1
Te
Oblasti
-12°C
I. Oblast
-15°C
I. Oblast (nad 400m n.m.)
-15°C
II. Oblast
-18°C
II. Oblast (nad 600m n.m.)
-18°C
III. Oblast
-21°C
III. Oblast (nad 400m n.m.)
ČSN EN 12831
-3-
Kondukce (vedení) - teplo je vlastně energie neuspořádaného, chaotického pohybu částic (atomů, molekul). Dotýkají-li se dvě tělesa, pak po určité době dojde k tomu, že částice teplejšího tělesa předají energii svého kmitavého pohybu částicím tělesa chladnějšího a teplota obou těles se vyrovná. Vedení tepla je snadné v kovech, podstatně horší v nekovových látkách a kapalinách a velmi špatné v plynech. Proto se chladiče na polovodičové součástky dělají z mědi a tepelné izolace z pěnového polystyrénu, což je z 90% vzduch uzavřený v malých bublinkách málo tepelně vodivého plastu. Jak dobře hmota vede teplo je vyjádřeno veličinou nazvanou součinitel tepelné vodivosti. Konvekce (proudění) - v kapalinách a plynech existuje další způsob šíření tepla, a tím je pohyb kapaliny nebo plynu. Obrazně lze říci, že jde o "přenos tepla i s tělesem". Příkladem může být stoupání teplého vzduchu nad radiátorem. Tento přenos probíhá velmi snadno v kapalinách, hůře v plynech, které vlivem své malé hustoty dokáží přijmout jen malé množství tepla. Přirozená konvekce nastává díky tomu, že teplá kapalina či plyn jsou lehčí a pohybují se samovolně vzhůru - na tomhle principu je založeno samotížné ústřední vytápění, které nepotřebuje cirkulační čerpadlo. Nucená konvekce je vyvolána vnější silou (třeba čerpadlem, ventilátorem nebo větrem). Přenos tepla ze stěny do kapaliny či plynu je charakterizován veličinou nazývanou součinitel přestupu tepla. Radiace (záření) - k tomuto způsobu přenosu tepla dochází ve významnější míře jen v plynech a ve vakuu, kde tepelnému záření skoro nic nestojí v cestě. Fyzikální popis přenosu tepla radiací je poněkud komplikovanější, a tak se ve stavební praxi většinou spojí přenos tepla radiací dohromady s přenosem tepla konvekcí. V hodnotě součinitele přestupu tepla je pak zahrnut i tento přenos. Lze to akceptovat u běžných stavebních materiálů, ale přestává to být přijatelné tam, kde používáme lesklé kovové povrchy (žaluzie), nebo takzvané selektivní vrstvičky na sklech oken. Zde nedochází ke znatelnému přenosu tepla radiací a je proto nutno použít nižší součinitel přestupu tepla. Infiltrace - infiltrací rozumíme průnik studeného vzduchu zvenku do budovy netěsnostmi oken a dveří. (mezi křídly oken a dveří a rámem, někdy i netěsnostmi mezi rámem a stěnou). Jestliže někde vzduch vniká dovnitř, musí pochopitelně jinde unikat ven (exfiltrace). Vzhledem k tomu, že teplý vzduch je lehčí a stoupá vzhůru, dochází v rámci jednoho okna k infiltraci ve spodní části okna a k exfiltraci v horní části okna.
-4-
Podobně v chodbě domu vniká studený vzduch dovnitř netěsnostmi kolem vchodových dveří a okny ve spodní části budovy a teplý vzduch zase uniká netěsnostmi v horní části budovy. Součinitel prostupu tepla-součinitel prostupu tepla konstrukce vyjadřuje celkovou výměnu tepla mezi prostory oddělenými od sebe danou stavební konstrukcí. Přesněji řečeno uvádí, kolik Wattů projde přes 1m2 při poklesu teploty o 1 Kelvin. Součinitel prostupu tepla je jeden ze základních parametrů konstrukce hodnocených normou ČSN 73 0540. Tepelný odpor konstrukce - před zavedením součinitele prostupu tepla figuroval jako hlavní parametr tepelných vlastností konstrukce. Jedná se pouze o jeho převrácenou hodnotu. Součinitel tepelné vodivosti – udává, jak dobře vede hmota teplo. Hodnota udává množství tepla, které projde za jednotku času krychlí o hraně 1m při teplotním rozdílu 1st. C (předpokládá se, že 4 strany jsou dokonale tepelně odizolovány). Čím je hodnota, tím daný materiál hůře vede teplo. Tím má vyšší izolační schopnost. Nejmenší hodnotu součinitele mají pórovité látky obsahující v malých dutinkách vzduch. Základní hodnota pro stanovení tepelného odporu a součinitele prostupu tepla viz. níže. Tepelná ztráta objektu-je okamžitá hodnota tepelné energie (přesněji tepelný tok), která z domu uniká prostupem tepla, zářením skrz průsvitné konstrukce a větráním. •
Ztráta prostupem tepla – tepelná ztráta prostupem tepla obvodovými konstrukcemi a přes přiléhající zeminu
•
Tepelná ztráta větráním – tepelná ztráta v důsledku odvádění vzduchu z vytápěného prostoru exfiltrací (únik vzduchu spárami a netěstnostmi obálky budovy) a větráním (cílenou výměnu vzduchu)
Tepelné zisky-teplo vznikající ve vytápěném prostoru nebo vstupující do vytápěného prostoru z jiných zdrojů, než je otopná soustava a systém ohřevu teplé vody. Obsahují vnitřní zisky a solární zisky. •
Vnitřní tepelné zisky- teplo vznikající uvnitř budovy od osob (citelné metabolické teplo) a od spotřebičů jiných než je otopná soustava a systém ohřevu teplé vody, tedy osvětlení, domácí spotřebiče, kancelářské vybavení apod.
-5-
•
Solární zisky-teplo vznikající slunečním zářením pronikajícím do budovy průsvitnými výplněmi otvorů a pasivními solárními systémy, jako jsou zimní zahrady, transparentní tepelné izolace a solární stěny.(vysvětleno viz. níže)
Okna nejsou jen příčinou tepelných ztrát, okna mohou být za určitých okolností i zdrojem významných tepelných zisků z dopadajícího slunečního záření. Z hlediska spotřeby energie na vytápění nás proto pochopitelně zajímá, jaká je výsledná tepelná bilance (rozdíl zisků a ztrát) daného okna za celou topnou sezónu. Závisí to na mnoha vlivech: •
Dostupnost slunečního záření Tento faktor souvisí s klimatickými podmínkami dané lokality a lze říci, že rozdíly mezi jednotlivými místy v ČR nejsou příliš významné.
Obrázek 1- Dopad slunečního záření 2
2
Zdroj:Solární radiace [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL
-6-
Tabulka 2- Roční suma sluneční energie v MJ/m2 a v kWh/m2 dopadající na vodorovnou plochu. 3 Orientace okna Sever Severovýchod Východ Jihovýchod Jih Jihozápad Západ Severozápad Horizontální orientace •
solární energie během vytápěcího období [kWh/m2] [MJ/m2] 77 277 77 277 211 760 348 1 253 416 1 498 348 1 253 211 760 77 277 343 1 235
Orientace okna Největší tepelné zisky mají okna orientovaná k jihu, přijatelná je orientace na jihozápad a na jihovýchod. Čistě západní okna spíše přispívají k nežádoucímu letnímu přehřívání. Severní okna mají tepelné zisky v průběhu celého roku téměř zanedbatelné.
•
Propustnost zasklení pro sluneční záření Tato veličina se značí g a je to vlastně poměr množství energie, která zasklením projde, k energii, která na něj dopadne. V některých pramenech se nazývá "sluneční faktor". Slunce vyzařuje maximální množství energie v oblasti viditelného záření (ne náhodou je v této oblasti lidské oko nejcitlivější a okna nejpropustnější). Nezanedbatelné množství energie však vyzařuje Slunce i v oblasti blízkého infračerveného záření. Zde je to ale s propustností běžných okenních skel již horší a selektivní nízkoemisní vrstvy na moderních izolačních sklech to ještě zhoršují. Výrobci zasklení proto udávají zpravidla zvlášť hodnotu propustnosti pro viditelné záření (ta nás zajímá kvůli osvětlení) a zvlášť hodnotu propustnosti
3
Zdroj:Solární radiace [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL
-7-
pro sluneční energie, která je důležitá pro posouzení tepelných zisků ze slunečního záření Lze říci, že čím nižší je hodnota součinitele prostupu tepla, tím nižší je i propustnost pro sluneční záření. Celá situace je ještě komplikována tím, že propustnost závisí i na úhlu dopadu záření a je jiná i pro záření přímé a pro záření difúzní (rozptýlené). Výrazný vliv na propustnost okna pro sluneční záření pak mohou mít záclony. Husté záclony odrazí ven i více než 20% slunečního záření.
Všechny výše uvedené vlivy lze shrnout do stručného závěru, že běžná dvojitá nebo zdvojená okna mají na nezastíněné jižní fasádě tepelnou bilanci mírně pasivní (větší ztráta než zisk), na ostatních světových stranách jsou silně ztrátová. Moderní dvojsklo, trojsklo se selektivní nízkoemisní vrstvou už má na jižní straně bilanci aktivní.
Roční potřeba tepla na vytápění-je množství tepelné energie, které je potřeba do domu dodat tak, aby v něm byla požadovaná teplota. Podrobnější popis bude uveden níže. Není závislá na volbě zdroje. Nechá se ovlivnit zateplením obálky budovy nebo jejích jednotlivých částí.
Roční spotřeba tepla na vytápění- do předchozího výpočtu (potřeby tepla) zavádí účinnost zdroje, systému vytápění, kvalita rozvodů a vhodnost regulačních systémů. Toto je koncová hodnota, ze které se počítají celkové náklady na vytápění.
Měrná potřeba tepla na vytápění- je veličina, která charakterizuje tepelně izolační vlastnosti budovy bez ohledu na účinnost topného sytému a zdroje tepla. Vyjadřuje množství tepla, které je vztaženo na jednotku plochy. kWh/(m2rok). Podle hodnoty měrné potřeby tepla lze budovy rozdělit na nízkoenergetické, pasivní a nulové.
-8-
Tabulka 3- Základní rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění4 Kategorie
Potřeba tepla na vytápění
Starší budovy
Často dvojnásobek hodnot pro obvyklé novostavby a více
Obvyklá
novostavba
(podle
aktuálních
80-140 kWh (m2rok)
závazných požadavků) Nízkoenergetický dům
≤ 50 kWh (m2rok)
Pasivní dům
≤ 15 kWh (m2rok)
Nulový dům
≤ 5 kWh (m2rok)
Tepelný most- je místo, kde dochází ke zvýšenému tepelnému toku. Uniká jím více tepelné energie a má v interiéru studenější povrch a naopak v exteriéru teplejší povrch než okolní konstrukce. Tepelné mosty dokumentuje např. termogram. Z hygienického hlediska jsou tepelné mosty nepřijatelné proto, že na jejich chladných površích v interiéru může kondenzovat vodní pára, či zde může lokálně relativní vlhkost vzduchu stoupnout nad 80%, což je ideální prostředí pro výskyt plísní. ČSN 73 0240 5 Obrázek 2- Termogram-ukázka tepelných mostů-červená barva6
4
Jan Tywoniak.: NÍZKOENERGETICKÉ DOMY, PRINCIPY A PŘÍKLADY. 1. Vydání. Granada Publishing, a.s., ISBN 80‐ 247‐1101‐X
5
Zdroj:TZBinfo‐Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL 6
Jan Tywoniak.: NÍZKOENERGETICKÉ DOMY, PRINCIPY A PŘÍKLADY. 1. Vydání. Granada Publishing, a.s., ISBN 80‐ 247‐1101‐X
-9-
V praxi se tepelný most projevuje viditelnými plísněmi v prostorech s nízkou vnitřní povrchovou teplotou. Příklad špatné izolace ostění. Tepelné čerpadlo- je obecně stroj, který čerpá teplo z jednoho místa na jiné a přitom spotřebovává určitou práci. Z pohledu termodynamiky se jedná o obrácený Carnotův cyklus. Tepelná čerpadla odebírají teplo - půdě, vodě nebo okolnímu vzduchu. Abychom toto teplo mohli použít pro vytápění, je nutné toto teplo převést na vyšší teplotní hladinu (dodáním energie). Vzájemný poměr dodaného tepla a spotřebované energie vyjadřuje základní, důležitý parametr tepelného čerpadla- topný faktor. Topný faktor je závislý na vstupní a výstupní teplotě. Obecně platí, že čím vyšší máme teplotu zdroje tím lépe. Topný faktor se u většiny výrobků pohybuje mezi hodnotami 2-5. Tepelné čerpadlo má v sobě bivalentní zdroj tepla, který dodává energii, když venkovní teplota poklesne pod určitou hodnotu (teplota je závislá na typu TČ, pohybuje se okolo -10 st. C). Bivalentní zdroj tepla je většinou elektrokotel integrovaný do systému.
Rozdělení tepelných čerpadel (nejrozšířenější praxe) ¾ země-voda – tento systém najde uplatnění všude tam, kde je možné odebírání tepla z půdy a je k dispozici dostatečně velká plocha pro jeho realizaci. Základem je buď svislý, nebo vodorovný kolektor a cirkulace nemrznoucí směsi. Svislý kolektor se používá v místech s malou rozlohou pozemku a je nutné provést vrt o hloubce 50-100m. Záleží zde hodně na konkrétním umístnění. Vodorovný kolektor tvoří soustava trubek vedených v houbce okolo 1,2 metru na pozemku investora. Potřebná plocha se konkrétně stanovuje výpočtem pro daný objekt. + stabilní topný výkon + dlouhodobá životnost + absolutně tichý chod + vysoká efektivita - vyšší investiční náklady - zemí práce- omezená manipulace následně s pozemkem nad kolektory ¾ voda-voda – pro tento systém je přírodním zdrojem povrchová, podzemní, nebo spodní voda. Ze zdroje (většinou ze studny) se odebere voda, nechá se projít výměníkem tepelného čerpadla (výparníkem), který z ní odebere část tepla a zase - 10 -
jí vracíme do země druhou vsakovací studnou. Vzdálenost mezi vrty by měla být minimálně 10m, nejlépe ve směru podzemních proudů zdrojová-›vsakovací studna. Jde o neúčinnější typ tepelných čerpadel. Podzemní voda má stálou průměrnou teplotu cca. 10 st C, která se nemění s teplotními změnami na povrchu. Jde teda o zdroj energie s největší teplotou. Topný faktor se pohybuje kolem čísla 6. + vysoký topný faktor + krátká doba návratnosti + Nižší pořizovací náklady - malý počet vhodných lokalit ¾ vzduch-voda – teplo se získává z okolního vzduchu a předává se přes výparník a kondenzátor do teplovodního topného okruhu. Nevýhodou je snižující se topný faktor se snižující se venkovní teplotou. + poměr cena/ výkon + univerzální použití + jednoduchá instalace - za silných mrazů nižší účinnost
Plynový kondenzační kotel – plynový kotel, který využívá spaliny, které obsahují množství horké vodní páry a tím i energie, maximálně využívány. Horké spaliny s vodní párou prochází speciálně upraveným tepelným výměníkem, ve kterém předávající za příslušných podmínek teplo otopné vodě a tím se spaliny a pára ochlazují. Nejvíce energie- kondenzačního tepla, získáme takovým ochlazení, kdy vodní pára obsažená ve spalinách zkondenzuje. Aby došlo ke kondenzaci, musí teplota zpětné otopné vody vracející se do speciálního výměníku kondenzačního kotle chladnější, než je tz. Rosný bod vodních par obsažených ve spalinách, tzn. Cca pod 55 st.C. Při součtu takto získané energie tzv. kondenzačního tepla a výhřevnosti zemního plynu je účinnost zdroje až 109%. V porovnání s běžnými plynovými kotli mají až o 15% nižší spotřebu paliva.
- 11 -
Kotel na dřevo- zplynovací, případně kombinované na dřevo a uhlí – jsou konstruovány pro spalování dřeva a hnědého uhlí, na principu generátorového zplynování s použitím odtahového ventilátoru, který odsává spaliny z kotle. Zplynování (pyrolýza) je proces, při kterém se za vysokých teplot rozkládají organické materiály na jednodušší chemické sloučeniny a pevný zbytek bez hoření. Při využití tohoto pyrolýzního děje se v kotli na zplynovací trysce nebo zplynovacím roštu tvoří žhavé dřevěné uhlí, na kterém dochází za omezeného přístupu vzduchu k uvolňování plynů. Tyto plyny se míchají se sekundárním vzduchem a ve formě plamene dohořívají ve spodním prostoru. Účinnost až 85%. Automatický kotel na pelety- Jedná se o zdroj tepla, ve kterém se spalují pelety, lisované z různých zdrojů biomasy (přírodní hmota). Spalovací zařízení na pelety jsou automatická. Znamená to, že se pouze jednou za čas naplní zásobník peletami a vysype se popel. Topení peletami je vhodné jako náhražka plynu v oblastech, kde není plynofikace dostupná. Spalování dřevních pelet je naprosto ekologické. Kotle vykazují velkou účinnost mezi 90-95%. Obrázek 3- Ukázka řezu kotle na pelety se zásobníkem7
Rekuperační jednotka – Jedná se o systém řízeného větrání. Vychází z předpokladu, že je novostavba v současné době dokonale vzduchotěsně uzavřena a 7
Zdroj:Dům a byt [online]. [cit. 3. Listopadu 2011 ].
URL
- 12 -
předepsaná minimální výměna vzduchu a z toho pramenící ztráty tepla přívodem chladného vzduchu tvoří podstatnou část celkové ztráty objektu. Není neobvyklé, že ztráty výměnou větráním tvoří u moderních staveb větší procentuální podíl než ztráty prostupem tepla obalovými konstrukcemi ve styku s vnějším prostředím. Tento fakt vedl k myšlence řízeného větrání s výměníkem, kde odváděný vzduch předá teplo a ve výměníku předá teplo přiváděnému vzduchu. Je možné dohřátím tohoto vzduchu i vytápět nízkoenergetický, pasivní dům celkově. Hygienické požadavky a konstrukce výměníku neumožňuje styk přiváděného a odváděného vzduchu.
1.2 Konkrétní postupy výpočtů, požadavky norem V této kapitole bude podrobně vysvětlen základní postup výpočtu roční měrné spotřeby tepla, jakož to konečné hodnoty pro výpočet ročních nákladů na vytápění. V praxi se ruční výpočty užívají pouze pro kontrolu tepelných ztrát empirickým posudkem dle vytápěných objemů vzduchu. Pro novostavby obecně platí, že metr 3 vzduchu pro běžnou místnost vytápěnou na 20st.C znamená ztrátu 15 W. Veškeré ostatní výpočty se v současnosti provádí na softwarových aplikacích. Pro výpočet energetických posudků v současné době existují pouze dva typy programů: Svoboda software, Protech. ¾ Postup výpočtu a. stanovení výpočtové venkovní teploty a průměrné roční venkovní teploty b. stanovení stavu každého prostoru (vytápěný/nevytápěný) a hodnot pro výpočtovou vnitřní teplotu vytápěných místností c. určení rozměrových a tepelných vlastností pro všechny stavební části d. výpočet součinitele návrhových tepelných ztrát prostupem a násobení návrhovým rozdílem teplot - získání tepelných ztrát prostupem vytápěného prostoru e. výpočet součinitele návrhových tepelných ztrát větráním a násobení návrhovým rozdílem teplot - získání tepelných ztrát větráním vytápěného prostoru f. stanovení celkové návrhové tepelné ztráty součtem tepelných ztrát prostupem a větráním g. stanovení celkové roční potřeby tepla na vytápění h. stanovení roční spotřeby tepla na vytápění//stanovení množství paliva i. stanovení ročních nákladů na vytápění
- 13 -
j. ekonomické hodnocení investic investiční náklady roční náklady za spotřebu tepla celkem roční Cash- Flow projektu prostá doba návratnosti investice (DN) diskontní doba návratnosti investice čistá současná hodnota (NPV 15) vnitřní výnosové procento (IRR 15) K potřebě stanovení těchto hodnot (a-h) v diplomové práci bude použito programu Teplo 2008, Ztráty 2008, NKN pro hodnocení energetické náročnosti budov, výpočtové postupy online na portálu www.tzb-info.cz 1.2.1 Stanovení vnější teploty prostředí – pro objektivní hodnocení bude objekt ve stejné lokalitě se stejnými hodnotami vnějších teplot. 1.2.2 Stanovení hodnot ploch vnější obálky budovy – jedná se plochy ve styku s vnějším vzduchem, nevytápěnou půdou nebo přilehlou zeminou. Pro výpočet se uvažují vnější rozměry obalových konstrukcí. Pro zadání do programů, nebo výpočtových modelů obecně je potřeba rozlišit: Plochy průsvitné (rozdělení orientace dle světových stran) Plochy neprůsvitné Plochy na zemině Plochy s jinou výpočtovou teplotou vnějšího prostředí 1.2.3 Výpočet tepelného odporu a součinitele prostupu tepla [ (m2.K)/W ] 8 R = Rsi + Rse + ΣRj
Rsi je součinitel přestupu tepla na vnitřní straně.
8
1.
Pro podlahy 0,17 (m2.K)/W
2.
Pro stěny
3.
Pro střechy 0,10 (m2.K)/W
0,13 (m2.K)/W
Zdroj:www.revitalizace.com‐Tepelný odpor konstrukce [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL
- 14 -
Rse je součinitel přestupu tepla na vnější straně 0,04 (m2.K)/W
1.
Pro všechny jednoplášťové konstrukce
2.
Pro všechny dvouplášťové konstrukce s tepelným tokem nahoru (střechy) 0,10 (m2.K)/W
3.
Pro všechny dvouplášťové konstrukce s tepelným tokem vodorovně(stěny) 0,13 (m2.K)/W
4.
Pro všechny dvouplášťové konstrukce s tepelným tokem dolů (podlahy)
0,17 (m2.K)/W
Rj = dj/lj je tepelný odpor jednotlivých vrstev konstrukce vypočítaný jako podíl tloušťek jednotlivých vrstev konstrukce v metrech a součinitelů tepelné vodivosti těchto materiálů. Zbývá nám již jen poslední vzorec pro tepelný odpor stěny respektive jednotlivé její vrstvy: R = δ/λ
[m2.K/W], kde δ [m] je tloušťka stěny a λ [W/m.K] je součinitel tepelné vodivosti.
Obrázek 4- Vysvětlení parametrů vstupujících do výpočtu tepelného odporu9
i…interiér (vnitřní prostředí), e……exteriér (venkovní prostředí). Červená lomená čára značí průběh teplot v konstrukci v obvodové stěně RD.
9
Zdroj:www.revitalizace.com‐Tepelný odpor konstrukce [online]. [cit. 7. Listopadu 2011 ].
URL
- 15 -
Součinitel prostupu tepla [W/m2.K] 10 U = 1/ (Rsi + R + Rse)
Pokud se stěna skládá z více vrstev s různými hodnotami součinitele tepelné vodivosti a různými tloušťkami pak U = 1 / (Rsi + ΣRi + Rse). Symbol Σ znamená suma tj. součet tepelných odporů jednotlivých vrstev. 1.2.4 Výpočet tepelných ztrát objektu ¾
Ztráty prostupem o Prostup tepla mezi interiérem a exteriérem o Prostup tepla zeminou/suterénem o Prostup tepla nevytápěnými prostory o Vliv tepelných mostů
¾
Ztráty větráním Jedná se o ztráty vyvolané požadovanou výměnou vzduchu v objektu. Liší se dle provozu a účelu místnosti. Obecně se uvažuje
¾ Poloha budovy - Následující popis poloh budovy je pouze orientační, v reálné situaci je třeba posuzovat polohu budovy individuálně, s ohledem na okolní krajinu a zástavbu.
Chráněná poloha • • •
domy ve vnitřních částech měst, pokud příliš nepřevyšují okolí; domy ve střední části sídlišť s převážně řadovou zástavbou; domy ze všech stran a v celé výšce chráněné okolím, např. nízké domy v zalesněné krajině a podobně;
Nechráněná poloha • • • •
10
domy ve vnitřních částech sídlišť, pokud značně převyšují okolí; domy na okraji sídlišť s převážně řadovou zástavbou; domy v sídlištích s převážně bodovou zástavbou, pokud značně převyšují okolí; osaměle stojící domy v údolích, v zalesněné krajině a podobně;
Zdroj: ČSN 06 0210
- 16 -
Velmi nepříznivá poloha •
domy v sídlištích s převážně bodovou zástavbou, pokud značně převyšují okolí; osaměle stojící domy na březích řek a jezer či rybníků, na zalesněných návrších, na rozsáhlých rovinách a podobně
¾ Charakteristické číslo budovy B Tabulka 4
11
Krajinná oblast se Poloha budovy v zřetelem krajině k intenzitě větru
Normální krajina
Krajina s intenzivními větry
Rychlost větru w (m.s-1)
Charakteristické číslo budovy B(Pa0,67)) Řadové budovy
Osaměle stojící budovy
chráněná
4
3
4
nechráněná
6
6
8
velmi nepříznivá
8
9
12
chráněná
6
6
8
nechráněná
8
9
12
velmi nepříznivá
10
12
16
¾ Charakteristické číslo místnosti M (hodnota zohledňuje těsnost vnitřních dveří a jejich počet). Pro obálku budovy se uvažuje M=1)
11
Zdroj: ČSN 06 0210
- 17 -
¾ Tabullka 5 - Přiráážky12 n vyrovnánní vlivu chlaadných konstrukcí p1 Přirážka na n urychlení zátopu p2 Přirážka na Přirážka na n urychlení zátopu je uvažována u (u bytové výstavby, v neemocnic a podobně) pouze v případech, p k ani za neejnižších veenkovních teplot není m kdy možné zajisttit nepřerušoovanou dodáávku tepla. Za normáálních okolnností se tato přirážka neeuvažuje, prrotože za výýpočtových podmínekk (při venkoovní výpočtoové teplotě te) se předppokládá nepřřerušovaný provoz vytápění. Pouze u budov b se sam mostatnou kotelnou k na tuhá palivaa o jmenovittém výkonu u menším než n 150 kW se předpokkládá, že anii při nejnižšších venkovvních teplotáách nelze zajistit nepřeruušovaný provvoz vytápěn ní a proto přřirážka p2 nnabývá těchtto hodnot: • •
0.10 při dennní době vytáppění ≥ 16 hodin; h dle ČSN 06 0220:1993 0 p denní do při obě vytápěníí < 16 hodinn
n světovouu stranu p3 Přirážka na O její výšši rozhodujee poloha nejjvíce ochlazzované konsstrukce v místnosti. V případěě, kdy má místnosti m dvěě ochlazovaané konstrukkce, rozhodduje poloha jejich j společnéhho rohu. V případě, p kdyy má místno osti tři neboo čtyři ochlaazované kon nstrukce, počítáme s přirážkouu nejvyšší. Světová strana Přirážkaa p3
J
JZ Z SZ S SV
V JV
-0,005 0 0 0,005 0,1 0,05 5 0,05 0
¾ Tabullka 6- Zohleednění přileehlé zeminy ke konstrukkci13 Pooloha přilehlé vrstvy zemin z
Tep plota přileh hlé zeminy tez při te -122 °C -15 °C C -18 °C -21 °C + +5
+5
+5
+5
- do d hloubkyy 1 m
-3
-3
-6
-6
- v hloubce 1 m až 2 m
0
0
-3
-3
- v hloubce 2 m až 3 m
+ +3
+3
0
0
- v hloubce přes p 3m
+ +5
+5
+5
+5
pood podlahoou u svislé stěnyy
12
Zdroj: ČSN 06 0 0210
13
Zdroj: ČSN 06 0 0210
- 18 -
Obrázek 5 – Příklad výpočtu tepelných ztrát místnosti (celý objekt lze zadat jako jednu velkou místnost)14
Tabulka 7 - Příklad výpočtu tepelných ztrát budov dle ČSN 06 021015 (příklad je uveden pouze orientačně pro jednu místnost!)
14
Zdroj:www.tzb.fsv.cvut.cz – Podklady pro výuku [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL 15
Zdroj:www.tzb.fsv.cvut.cz – Podklady pro výuku [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL
- 19 -
Tabulka 8 – Vysvětlení zkratek zadávaných obalových konstrukcí SO OZ, OZT SN DN PDL STR SCH DO OJ OD SSJ SSD
stěna venkovní (ochlazovaná) okno zdvojené, ztrojené stěna vnitřní (neochlazovaná i ochlazovaná) dveře vnitřní (neochlazované) podlaha strop střecha dveře venkovní (ochlazované) okno jednoduché okno dvojité stěna skleněná jednoduchá stěna skleněná dvojitá
Upozornění: 16 V Případě výpočtu tepelné ztráty budovy obálkovou metodou se uvažují rozměry venkovní. U konstrukcí vyšších než 8 m je nutné uvažovat se změnou vnitřní výpočtové teploty se stoupající výškou. Teplotní gradient je 0.3 K/m. Konstrukce je potom možné po výšce rozdělit na pásy a tepelnou ztrátu stanovit součtem tepelných ztrát těchto pásů. U podlahy uvažujeme vnitřní výpočtovou teplotu shodnou s ti a vnitřní výpočtová teplota by se tedy s výskou měla zvětšovat. Do formuláře tedy zadáme více konstrukcí s menší výškou (již zmíněné pásy), ale protože zadání ti lze provést pro celou místnost, tak změnu vnitřní výpočtové teploty po výšce zohledníme odpovídajícím snížením venkovní výpočtové teploty te,i u každého z pásů konstrukce. 1.2.5. Metodika výpočtu potřeby tepla pro vytápění17 Často v praxi používanou metodou pro výpočet potřeby tepla pro vytápění je denostupňová metoda. Je vhodná pro klasické způsoby vytápění (např. u soustav, kde zdrojem tepla je kotel na zemní plyn). Z důvodu výpočtu potřeby tepla pro tepelná čerpadla, je v rámci této diplomové práce zvolena jednotná metoda výpočtu potřeby tepla pro všechny použité systémy vytápění. Jedná se o matematicko-grafickou metodu tzv. metodu křivek četnosti teplot. Důvodem pro její použití je, že pomocí křivek 16
Zdroj: ČSN 06 0210
17
Zdroj: ČSN 06 0210
- 20 -
četnosti teplot je možné charakterizovat okamžitý provoz tepelného čerpadla (tzv. výkon, příkon a topný faktor) v závislosti na změnách venkovní teploty a tepelných ztrátách objektu pro danou venkovní teplotu v průběhu otopného období. Pro samotnou praxi bude použit výpočet měrné potřeby tepla softwarem, který je pro daný problém přesnější a minimalizuje počet chyb.
Postup výpočtu potřeby tepla pro vytápění 1. určení délky otopného období Δmax (ČSN EN 12831) 2. stanovení měrného počtu dní a měrné teploty 3. výpočet venkovní teploty pro jednotlivé dny otopného období 4. výpočet tepelné ztráty v závislosti na změně venkovní teploty v průběhu otopného období 5. stanovení celkové potřeby tepla pro vytápění Platí pouze pro tepelná čerpadla (TČ): 6. výpočet výkonu zdroje tepla při venkovní teplotě v průběhu celého otopného období 7. stanovení výkonu doplňkového zdroje tepla 8. přepočet topného faktoru 9. stanovení příkonu tepelného čerpadla Vstupní údaje • počet dnů otopného období • vnitřní výpočtová teplota • venkovní výpočtová teplota • teplota na počátku otopného období • tepelná ztráta objektu při tev • výkonové charakteristiky TČ
- 21 -
P Potřeba tep pla pro vyttápění18 M Měrný počeet dní ν [-] se s stanoví:
M Měrná teploota [-] se vypočte: v
k kde Mdnů Motopné období o
poččet dnů na kterré se M stanovvuje [den] délkka otopného oobdobí [den]
Stanovení venkovní v teeploty te [°C C] pro jedno otlivé dny v průběhu ootopného ob bdobí se v vypočte:
k kde te tez tev
venkovní v teploota [°C] výpočtová v vennkovní teplota [°C] venkovní v teploota na počátkuu otopného ob bdobí [°C]
Hodnota teepelné ztrátyy Qi [W] pro H p jednotliivé dny otoopného obddobí se vyp počte ze v vztahu:
k kde Qmax m ti
tepelná ztrátta při výpočtovvé venkovní teeplotě [W] průměrná vnnitřní teplota [[°C]
C Celková pootřeba tepla Hvyt,c [Wh] pro vytápěn ní se stanovví ze vztahu:
18
Brož, K., Vytápěění. 2. Vydání. Praha:Vydavattelství ČVUT, 20 002. 205s. ISBN 80‐01‐02589
- 22 -
Dodatek k výpočtu potřeby tepla na vytápění pro tepelná čerpadla Výkon tepelného čerpadla v závislosti na venkovní teplotě se stanoví graficko početní metodou. • stanoví se závislost výkonu tepelného čerpadla na teplotě venkovního vzduchu
v průběhu otopného období (data poskytuje výrobce TČ) • určí se rovnice spojnice trendu a z jejích konstant a dané venkovní teploty se
stanoví výkon tepelného čerpadla pro krytí tepelných ztrát Výkon krytý doplňkovým zdrojem se stanoví jako rozdíl mezi celkovou tepelnou ztrátou objektu a tepelnou ztrátou krytou tepelným čerpadlem. Topný faktor měnící se v průběhu otopného období v závislosti na venkovní teplotě se stanoví podobně jako výkon tepelného čerpadla graficko - početní metodou. • stanoví se závislost topného faktoru na teplotě venkovního vzduchu v průběhu
otopného období (data poskytuje výrobce TČ) • určí se rovnice spojnice trendu a z její konstant a dané venkovní teploty se
stanoví skutečný topný faktor Příkon Pi [W] tepelného čerpadla se vypočte:
kde QTČ,i
výkon tepelného čerpadla [W]
1.2.6 Metodika výpočtu potřeby tepla na přípravu teplé vody Výkon QTV,i [W] potřebný na přípravu TV vypočítáme ze vztahu:
kde H`TV,os n
potřeba tepla pro TV na 1 osobu a den [kWh/os.,den] počet osob [os]
- 23 -
Pro výpočet příkonu tepelných čerpadel pro přípravu TV je uvažován průměrný roční topný faktor. Potřeba tepla celkem HTV,c [Wh] se stanoví:
Publikovaný text je zaměřen na porovnání investičních nákladů na instalaci jednotlivých koncepcí vytápění. V rozsahu práce je vyčíslena reálná doba návratnosti jednotlivých investic. Pro jasné posouzení rozdílu jednotlivých variant řešení jsou použity dva typy rodinného domu-dle doby výstavby (zohledněný jiný součinitel prostupu tepla). Výsledky zhodnocení mohou být využity jako podklad pro nalezení optimální formy řešení vytápění při stavbě či rekonstrukci rodinných domů. Teplá užitková voda nebude hodnocena. U stávajících staveb a rodinných domů netvoří poměrově k topení významnou část, která by výrazně ovlivnila výpočet.
- 24 -
1.3 Ekonomické hodnocení investic ¾ Ekonomické pojmy pro zhodnocení investic19 Členění nákladů Náklady se mohou dělit z mnoha hledisek. Pro účel tohoto srovnání jsou rozděleny na náklady investiční a náklady provozní. Do investičních (pořizovacích) nákladů se řadí • náklady na koupi zařízení • na navýšení obestavěného prostoru • náklady na instalaci zařízení • náklady na rozvody topné vody/vzduchu • náklady na uvedení zařízení do provozu • náklady na tlakovou a topnou zkoušku
Do provozních nákladů se například řadí • náklady na energii a paliva • nebyly uvažovány náklady na údržbu
¾ Ekonomické vyhodnocení pojmy Cash - Flow - roční výnos (CF) Jsou úspory nákladů za energii, vyplývající z upravené energetické bilance. Je nutno je korigovat o změnu dalších provozních nákladů.
19
Zdroj:www.businessinfo.cz – metody hodnocení investic [online]. [cit. 12. Listopadu 2011 ].
URL
- 25 -
Diskontní sazba • je sazbou z diskontních úvěrů, které poskytuje centrální banka obchodním
bankám • bývá v ekonomice ze všech úrokových sazeb z úvěrů nejnižší • je nástrojem měnové politiky centrální banky (reguluje jím měnovou bázi)
Prostá doba návratnosti investice (DN) • je tradiční metodou hodnocení efektivnosti investičních variant (v praxi často
používaná) • je nejjednodušším a nejméně vhodným ekonomickým kritériem pro porovnání
investic • nevýhodou je zanedbání efektů po době návratnosti investice • jde o počet let, za který se kapitálový výdaj splatí peněžními příjmy z investice • ta investice, která vykazuje kratší dobu úhrady je považována za příznivější
DN [rok] se vypočte se ze vztahu:
kde IN
investiční náklady [Kč]
CF
roční Cash - Flow projektu (roční peněžní toky) [Kč]
Diskontovaná doba návratnosti (reálná DN) Podobné kritérium jako je prostá doba návratnosti. S jedním rozdílem, že výpočet je proveden z diskontovaného (reálného) Cash - Flow projektu.
- 26 -
kde DCF
diskontovaný roční Cash - Flow projektu [Kč]
r
diskont [%]
T
rok ke kterému se DCF počítá [-]
Dynamické ukazatele Dynamické ukazatele ekonomické efektivnosti investičních opatření vedou k objektivnějším výsledkům, neboť uvažují konkrétní rozložení efektů na časové ose. Zohledňují proměnlivou hodnotu peněz v čase a pracují s peněžně vyjádřenými efekty (Cash - Flow). Mezi dynamické ukazatele efektivnosti patří • čistá současná hodnota (NPV) • vnitřní výnosové procento (IRR)
Metoda čisté současné hodnoty (NPV) • je
rozdílem
mezi
diskontovanými
peněžními
příjmy
z
investice
a
diskontovanými (pokud nejsou jednorázové) výdaji na investici • výhodou je, že zohledňuje nejen výši příjmů a výdajů, ale i jejich časové
rozložení během určité doby • ukazuje přírůstek investice k tržní hodnotě, která ji realizuje • teoreticky nejpřesnější metoda investičního rozhodování • ta varianta investic, která má vyšší NPV je považována za výhodnější (všechny
varianty s NPV > 0 jsou přípustné - přinášejí příjem alespoň ve výši úroku
Postup stanovení NPV: • stanoví se současná hodnota budoucích toků peněžních prostředků iniciovaných
danou investicí, bez ohledu nato zda jde o příjmy nebo výdaje.
- 27 -
• Cash - flow se stanoví jejich diskontováním (odúročením) k současnosti, sazbou
vyjadřující náklady vloženého kapitálu. • stanoví se čistá současná hodnota všech výdajů a příjmů jako rozdíl sumy
diskontovaných cash - flow a investičních výdajů. • projekty s negativní čistou současnou hodnotou se považují za nevýhodné,
zatímco projekty s pozitivní čistou současnou hodnotou se považují za výhodné.
kde DCF
diskontované peněžní toky v jednotlivých letech [Kč]
T
doba životnosti projektu (hodnocené období 1 až n let) [-]
r
diskont [%]
Vnitřní výnosové procento / míra (IRR) Jedná se o trvalý roční výnos z investice. V rámci této metody jde o to stanovit, diskontní míru, při které je čistá současná hodnota výdajů a příjmů z investic rovna nule. Vnitřní výnosové procento vyjadřuje úroveň rentability (návratnosti) uvažované investice. Je-li vypočtena IRR nižší než požadovaná rentabilita, investice se považuje za nevýhodnou. Při opačném poměru, kdy IRR je vyšší než požadovaná rentabilita, je investice výhodná.
- 28 -
Předpoklady za kterých jsou investice hodnoceny 1. Investiční náklady (dále jen IN) jsou součtem nákladů za materiál a montáž a navýšení obestavěného prostoru. V konečném výsledku jsou IN uváděny včetně DPH. Pro výpočet DPH bylo použito toto rozdělení: • 14 % DPH na zdroje tepla a jejich příslušenství • 14 % DPH na montáže a ostatní služby
2. Do hodnocení IN nebyly započítány náklady na pravidelnou údržbu a opravu jednotlivých otopných soustav. 3. Investice jsou posuzovány bez možnosti/i s možností poskytnutí státní dotace ze státního fondu životního prostředí. 4. Ceny jsou stanoveny z katalogů od jednotlivých výrobců zařízení, popřípadě velkoobchodů s tepelnou technikou. U žádné komodity na výkazu výměr nebyly poskytnuty rabaty. 5. Provozní náklady jsou součtem cen za potřebu tepla pro vytápění, energií pro pohon čerpadel a ventilátorů. 6. Jednotkové ceny energií použité pro výpočet celkové ceny za spotřebovanou energii u jednotlivých otopných soustav jsou uvedeny v praktické části. Jedná se regionální ceny dodavatele. Oba objekty jsou hodnoceny ve stejné lokalitě. 7. U systémů, kde hlavním zdrojem energie je zemní plyn je cena za potřebnou elektrickou energii pro pohon čerpadel a ventilátorů stanovena bez stálé měsíční platby. Nepředpokládá se, že toto zařízení je hlavním odběratelem elektrické energie v dané domácnosti. Pro pohon čerpadel oběhové soustavy je spotřeba el. energie v řádech desítek korun měsíčně. Tato hodnota nerozhoduje při uvedených výpočtech. Varianty pro hodnocení investic Investice jsou hodnoceny vždy k určité referenční investici (systému vytápění). Její výběr je proveden v závislosti na výši jejích investičních (pořizovacích) nákladů. Za referenční je zvolena ta, která má tyto náklady z hodnocených investic nejnižší. Čistá současná hodnota (NPV) a vnitřní výnosové procento (IRR) jsou vyjádřeny pouze na období 20 let. Důvodem je průměrná životnost zařízení, která nebývá delší než uvažovaných 15-20 let.
- 29 -
Čtyři kritéria hodnocení efektivnosti jednotlivých investic 1. Prostá doba návratnosti investice (DN) 2. Diskontní doba návratnosti (DND) - pro rok 2011 Česká národní banka stanovila diskont ve výši 0,25 % 3. Čistá současná hodnota (NPV) 4. Vnitřní výnosové procento/míra (IRR)
Tabulka 9- Vyhodnocení jednotlivých hodnot20
20
Zdroj:www.businessinfo.cz – metody hodnocení investic [online]. [cit. 13. Listopadu 2011 ].
URL
- 30 -
Praktická část 2. Charakteristika objektů 2.1 Objekt 1 – dřevostavba navržená na současné požadavky tepelně technické normy ČSN 730540. Norma uvádí požadované a doporučené hodnoty součinitele prostupu tepla. Obálka budovy (konstrukce přiléhající k exteriéru, nevytápěným prostorám a zemině) jsou navrženy pod doporučené hodnoty této normy. Celá stavba jako komplex spadá měrnou roční potřebou tepla do nízkoenergetického standardu. Objekt je nepodsklepený s obytným podkrovím. Jedná se o difúzně otevřenou dřevostavbu nepanelového typu, stavěnou na místě systémem plattform frame systémnosný dřevěný rastr vždy pouze na výšku jednoho podlaží. 2.1.1-Výkresová dokumentace Obrázek 6 - Pohledy na posuzovaný RD ze všech světových stran
- 31 -
Obrázek 7– Půdorysy RD
Obrázek 8 – Cena staveb dle zastavěné plochy a obestavěného prostoru
- 32 -
2.1.2- Charakteristika obalových konstrukcí Tabulka 10 -Charakteristika plošných a objemových parametrů Hodnocené údaje
hodnota
Náklady v Kč na
Celkové
jednotku bez DPH
náklady na RD bez DPH
Zastavěná plocha
93,02 m2
26 000/ m2
2. 418. 520,Kč
Obestavěný prostor
600,00 m3
4 000/ m3
2. 400. 000,Kč
Tabulka 11 -Charakteristika stavebních konstrukcí-součinitel prostupu tepla Součinitel prostupu tepla [W/m2K] ČSN 73 0540:2007 Veličina
Podlaha na terénu Vnější stěna Střecha, strop Okna Střešní okna Dveře
Stávající hodnota
0,20 0,16 0,13 0,8 0,8 1,2
Požadovaná Doporučená hodnota hodnota
0,45 0,30 0,24 1,7 1,5 1,7
0,30 0,20 0,16 1,2 1,1 1,2
Těžká /lehká konstrukce
Porovnání s požadavky
lehká -
vyhovuje vyhovuje vyhovuje vyhovuje vyhovuje vyhovuje
Pozn: Výpočet proběhl s pomocí software Protech. Tabulka 12 – Obalové konstrukce domu Identifikace konstrukce
Plocha konstrukce/m2/
Teplota za konstrukcí /0C/
Podlaha
89, 25
5
Stěny
157,72
-15
Stropy (k nevytápěné půdě)
48,30
-12
Střechy
49,13
-15
Okna jih
7,71
-15
Okna sever
4,24
-15
Okna západ
8,93
-15
Okna východ
7,47
-15
Střešní okna jih
1,69
-15
- 33 -
Střešní okna sever
1,69
-15
2,15
-15
Střešní okna západ Střešní okna východ Dveře sever
2.1.3- Výpočet tepelných ztrát objekt 1
Konkrétní výpočet pro objekt 1 dle ČSN EN 12831, ČSN 730540 a STN 730540 Název objektu : Zpracovatel :
Diplomová práce VŠE-RD 1 Ing. Roman Čížek
Okrajové podmínky: Návrhová (výpočtová) venkovní teplota Te : Průměrná roční teplota venkovního vzduchu Te,m : Činitel ročního kolísání venkovní teploty fg1 : Průměrná vnitřní teplota v objektu Ti,m : Půdorysná plocha podlahy objektu A : Exponovaný obvod objektu P : Obestavěný prostor vytápěných částí budovy V : Účinnost zpětného získávání tepla ze vzduchu :
-15.0 C 7.3 C 1.45 20.0 C 89.3 m2 38.0 m 400.0 m3 0.0 %
Typ objektu :
RD
ZÁVĚREČNÁ PŘEHLEDNÁ TABULKA VŠECH MÍSTNOSTÍ: Návrhová (výpočtová) venkovní teplota Te : -15.0 C Označ.
Název
p./č.m. místnosti
1/ 1
Tep-
Vytápěná Objem
Celk.
%z celk.
Podíl
lota
plocha
vzduchu
ztráta
Ti
Af[m2]
V [m3]
FiHL[W] FiHL
20.0
89.3
350.0
4641
100.0% 132.60
89.3
350.0
4641
100.0%
Součet:
FiHL/(Ti-Te) [W/K]
132.60
CELKOVÉ TEPELNÉ ZTRÁTY OBJEKTU
Součet tep.ztrát (tep.výkon) Fi,HL Součet tep. ztrát prostupem Fi,T Součet tep. ztrát větráním Fi,V
2.559 kW 2.083 kW
- 34 -
4.641 kW 55.1 % 44.9 %
100.0 %
Tabulka 13 – Podíl jednotlivých konstrukcí na ztrátě prostupem objektu Tep. ztráta prostupem: SO STR SCH OZT DO OZT-STŘ. PDL
0.883 kW 0.220 kW 0.224 kW 0.794 kW 0.090 kW 0.095 kW 0.253 kW
19.0 % 4.7 % 4.8 % 17.1 % 1.9 % 2.0 % 5.5 %
Plocha:
Fi,T/m2:
157.7 m2 48.3 m2 49.1 m2 28.4 m2 2.2 m2 3.4 m2 89.3 m2
5.6 W/m2 4.6 W/m2 4.5 W/m2 28.0 W/m2 42.0 W/m2 28.0 W/m2 2.8 W/m2
2.1.4- Výpočet potřeby tepla pro vytápění objekt 1 Obrázek 9 – Potřeba tepla pro vytápění21
21
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Potřeba tepla pro vytápění a ohřev teplé vody [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ].
URL
- 35 -
tis průměrná vnitřní výpočtová teplota [°C] pohybuje se v rozmezí 14 až 21.5 °C pro obytné budovy uvažujeme 18.2 až 19.1 °C ei nesoučasnost tepelné ztráty infiltrací a tepelné ztráty prostupem Protože tepelná ztráta infiltrací v běžných případech tvoří 10-20 % celkové tepelné ztráty, volí se součinitel v rozmezí 0.8 až 0.9. et snížení teploty v místnosti během dne respektive noci V některých objektech je vlivem vhodné regulace možno snížit teplotu po určitou část dne. Volí se v rozmezí 0.8 např. pro školy s polodenním vyučováním až po 1.0 pro nemocnice, kde vyžadujeme 100 % výkon otopné soustavy po celých 24 hodin. ed zkrácení doby vytápění u objektu s přestávkami v provozu Podle využití budov v průběhu týdne se volí součinitel ed v rozmezí od 1.0 pro budovy se sedmidenním provozem, přes 0.9 pro budovy se šestidenním a 0.8 pro budovy s pětidenním provozem. ηo účinnost obsluhy resp. možnosti regulace soustavy Volí se v rozmezí 0.9 pro kotelnu na pevná paliva bez rozdělení kotelny na sekce až po 1.0 pro plynovou kotelnu s otopnou soustavou rozdělenou do sekcí např. podle světových stran s automatickou regulací. ηr účinnost rozvodu vytápění Volí se v rozmezí 0.95 až 0.98 podle provedení.
- 36 -
2.1.5- Výpočet ročních nákladů na vytápění ze spotřeby paliva objekt 1 Obrázek 10 – Náklady na vytápění, spotřeba paliva /rok22
22
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Porovnání nákaldů na vytápění podle druhu paliva [online]. [cit. 16. Listopadu 2011 ].
URL
- 37 -
2.2 Objekt 2 –jedná se rodinný dům z 80. let 20. století. Objekt je vyzděn z plných cihel tl. 450 mm bez zateplení. Podlahy jsou pouze betonové taktéž bez tepelné izolace. Stropy jsou typu Hurdis. Okna zdvojená, netěsná, často instalován kovotěs do funkční spáry. Izolace v podkroví je tvořena 80 mm min. vaty vkládanou mezi krokve. Pro názornost příkladu a možnosti srovnání i tepelných ztrát bude použit tvarově stejný objekt jako v případě objektu 1 s tím rozdílem, že konstrukce budou upraveny dle výše uvedeného roku cca 1975. Objekt má stávající podsklepení, tímto se namodeluje reálný stav většiny domácností, které řeší výměnu zdroje vytápění ve stávajícím objektu. 2.2.1- Charakteristika obalových konstrukcí objekt 2 Tabulka 14 - Charakteristika stavebních konstrukcí-součinitel prostupu tepla Součinitel prostupu tepla [W/m2K] ČSN 73 0540:2007 Veličina
Podlaha na terénu Vnější stěna Střecha, strop Okna Střešní okna Dveře
Stávající hodnota
3,25 1,39 0,6 2,7 2,7 3,5
Požadovaná Doporučená hodnota hodnota
0,45 0,30 0,24 1,7 1,5 1,7
0,30 0,20 0,16 1,2 1,1 1,2
Těžká /lehká konstrukce
Porovnání s požadavky
těžká -
nevyhovuje nevyhovuje nevyhovuje nevyhovuje nevyhovuje nevyhovuje
Pozn: Výpočet proběhl s pomocí software Protech . Tabulka 15 – Obalové konstrukce domu Identifikace konstrukce
Plocha konstrukce/m2/
Teplota za konstrukcí /0C/
Podlaha
89, 25
5
Stěny
157,72
-15
Stropy (k nevytápěné půdě)
48,30
-12
Střechy
49,13
-15
Okna jih
7,71
-15
Okna sever
4,24
-15
Okna západ
8,93
-15
Okna východ
7,47
-15
Střešní okna jih
1,69
-15
- 38 -
Střešní okna sever
1,69
-15
2,15
-15
Střešní okna západ Střešní okna východ Dveře sever
2.2.2- Výpočet tepelných ztrát objekt 2
Konkrétní výpočet pro objekt 2 dle ČSN EN 12831, ČSN 730540 a STN 730540 Název objektu : Diplomová práce VŠE Zpracovatel : Ing. Roman Čížek Okrajové podmínky: Návrhová (výpočtová) venkovní teplota Te : -15.0 C Průměrná roční teplota venkovního vzduchu Te,m 7.3 C Činitel ročního kolísání venkovní teploty fg1 : 1.45 Průměrná vnitřní teplota v objektu Ti,m : 20.0 C Půdorysná plocha podlahy objektu A : 89.3 m2 Exponovaný obvod objektu P : 38.0 m Obestavěný prostor vytápěných částí budovy V : 400.0 m3 Účinnost zpětného získávání tepla ze vzduchu : 0.0 % Typ objektu : RD ZÁVEREČNÁ PŘEHLEDNÁ TABULKA VŠECH MÍSTNOSTÍ: Návrhová (výpočtová) venkovní teplota Te : -15.0 C Označ.
Název
p./č.m. místnosti
1/ 1
Tep-
Vytápěná Objem
Celk.
%z celk.
Podíl
lota
plocha
vzduchu
ztráta
Ti
Af[m2]
V [m3]
FiHL[W] FiHL
20.0
89.3
350.0
13761
100.0% 393.17
89.3
350.0
13761
100.0%
Součet:
FiHL/(Ti-Te) [W/K]
393.17
CELKOVÉ TEPELNÉ ZTRÁTY OBJEKTU
Součet tep.ztrát (tep.výkon) Fi,HL Součet tep. ztrát prostupem Fi,T Součet tep. ztrát větráním Fi,V
11.678 kW 2.083 kW
- 39 -
13.761 kW 84.9 % 15.1 %
100.0 %
Tabulka 16 – Podíl jednotlivých konstrukcí na ztrátě prostupem objektu Tep. ztráta prostupem: SO STR SCH OZT DO OZT-STŘ. PDL
7.673 kW 1.014 kW 1.032 kW 0.794 kW 0.090 kW 0.095 kW 0.981 kW
55.8 % 7.4 % 7.5 % 5.8 % 0.7 % 0.7 % 7.1 %
Plocha:
Fi,T/m2:
157.7 m2 48.3 m2 49.1 m2 28.4 m2 2.2 m2 3.4 m2 89.3 m2
48.7 W/m2 21.0 W/m2 21.0 W/m2 28.0 W/m2 42.0 W/m2 28.0 W/m2 11.0 W/m2
2.2.3- Výpočet potřeby tepla pro vytápění objekt 2 Obrázek 11 – Potřeba tepla pro vytápění23
23
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Potřeba tepla pro vytápění a ohřev teplé vody [online]. [cit. 25. Listopadu 2011 ].
URL
- 40 -
2.2.4- Výpočet ročních nákladů na vytápění ze spotřeby paliva objekt 2 Obrázek 12 – Náklady na vytápění, spotřeba paliva /rok24
24
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Porovnání nákaldů na vytápění podle druhu paliva [online]. [cit. 25. Listopadu 2011 ].
URL
- 41 -
3. Hodnocené zdroje tepla U všech zdrojů tepla bude pro srovnání použit stejný druh otopné soustavy. Podlahové teplovodní vytápění. Podlahové topení je tedy skryté v podlaze, nikde nejsou vidět trubky či jiné zařízení, které by narušovaly vzhled místnosti, není tedy omezování při rozmísťování nábytku. Vzduch v místnosti se při topení rovnoměrně zahřívá, čímž nedochází k cirkulaci vzduchu a víření prachu. Podlahové vytápění je tedy mimořádně vhodné i pro alergiky a zajišťuje zdravé bydlení. Obrázek 13 – Skladba podlahy s teplovodním podlahovým vytápěním25
25
•
Tepelné čerpadlo země-voda (kolektory v zemi)
•
Kondenzační kotel na zemní plyn
•
Standardní kotel na zplynování dřeva
•
Kotel na dřevěné pelety s externím zásobníkem
•
Elektrokotel
Zdroj:www.energetickyporadce.cz.– Podlahové vytápění [online]. [cit. 26. Listopadu 2011 ].
URL
- 42 -
Upřesnění návrhu TČ země-voda se zemním plošným kolektorem26 Zemní plošný kolektor má prakticky stejnou funkci jako solární panel umístěný na střeše. Odebírá totiž více jak 95% energie z vrchní části, kde je naakumulovaná energie ze Slunce. Pouze zbytek získané energie ovlivňuje geotermální energie. Dá se tedy říct, že plošný kolektor je zemním akumlátorem sluneční energie, kdy se každý rok opakuje cyklus nabití a následně čerpání. Z toho je patrné, že při správném navržení zemního kolektoru získáte prakticky nevyčerpatelný zdroj energie díky neustálé regeneraci. Díky bohaté dopadající sluneční energii na Zemský povrch 1200 kW/h m² za rok není nutná ani letní odstávka pro regeneraci a energii získanou s kolektoru je možno bez problému využít i pro ohřev vody v bazénu. Velikost plošného kolektoru závisí na výkonu navrženého tepelného čerpadla, typu zeminy a topném systému. Tabulka 17 – Orientační přehled požadované velikosti kolektoru pro výkon tepelného čerpadla27 topný výkon (kW) 5,9 8 10,4 13,8 17,3 21,6 29,9 38,3 45,9
vzdálenost při položení (m) 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
min. plocha (m²) 180 244 320 424 528 660 924 1180 1412
Teplota zemního kolektoru v průběhu roku. Jak je patrné z následujících grafů, správně navržený a zhotovený kolektor umožní zajištění v průběhu roku dostatek vstupní energie pro Tepelné čerpadlo. 26
Zdroj:Systém Solar‐zemní plošný kolektor [online]. [cit. 27. Listopadu 2011 ].
URL
Zdroj:Systém Solar‐zemní plošný kolektor [online]. [cit. 27. Listopadu 2011 ].
URL
- 43 -
Obrázek 14 – Průběh teplot v zemním kolektoru TČ v jednotlivých měsících28
Uloženým polyetylenovým potrubím v hloubce cca 1,2 – 1,5 m a naplněným nemrznoucí směsí získáte dostatek vstupní energie pro své tepelné čerpadlo. kvalita půdního podloží průměrná hodnota: soudržná půda se zbytkovou vlhkostí suchá, nesoudržná půda soudržná půda, vlhká písek, štěrk nasáklý vodou
vydatnost podloží 25m²/kW 75m²/kW 25m²/kW 20m²/kW
odběr tepla ze země 30W/m² 10W/m² 20-30W/m² 40W/m²
Výpočet celkového topného výkonu tepelné ztráty objektu (kW) (+ přídavek na teplou vodu) + přídavek na dobu zablokování ze strany poskytovatele napájecí sítě = celkový topný výkon (kW) Pozn: v tomto návrhu se výpočet spotřeby TUV nezohledňuje Plocha položení plocha položení (m²) = - celkový topný výkon (kW) vydatnost podloží (m²/kW)
28
Zdroj:Systém Solar‐zemní plošný kolektor [online]. [cit. 28. Listopadu 2011 ].
URL
- 44 -
Celková délka kolektorového potrubí = plocha položení (m²) / vzdálenost při položení Kolektorový okruh Počet kolektorových okruhů = celková délka kolektorového potrubí (m) / maximální délka okruhu (m) kvalita půdního podloží Suchá země Normální země Vlhká země
vzdálenost při položení [m] 0,5 0,7 0,8
rozměry potrubí DA 25 DA 32 DA 40
4. Investiční náklady 4.1 Objekt 1 Tabulka 18 – Investiční náklady na TČ země-voda objekt 1
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení Tepelné čerpadlo země ‐voda (kolektory v zemi) Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi TČ Investice do zemního kolektoru Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 177 000 80 000 10 000 30 000
417 660 Tabulka 19 – Investiční náklady na kotel na zemní plyn objekt 1
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení Kondenzační kotel na zemní plyn Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi kotle Montáž Komín Regulace
cena // Kč // 120 660 36 700 10 000 20 000 30 000
217 360 - 45 -
Tabulka 20 – Investiční náklady na kotel na splynování dřeva objekt 1
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení Standardní kotel na splynování dřeva Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice na koupi kotle na tuhá paliva Investice do kouřovodu Investice do výstavby prostoru kotelny a uhelny Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 26 000 35 000 250 000 8 000 20 000
459 660 Tabulka 21 – Investiční náklady na kotel na pelety objekt 1
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení • Kotel na dřevěné pelety s externím zásobníkem Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi kotle na tuhá paliva+zásobník+šnekový dopravník Investice do kouřovodu Investice do výstavby prostoru kotelny a uhelny Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 150 000 35 000 250 000 20 000 30 000
605 660 Tabulka 22 – Investiční náklady na elektorkotel objekt 1
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení • Elektrokotel Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi el. kotle Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 13 000 8 000 15 000
156 660 - 46 -
Jmenovité zdroje tepla Jednotky Tepelné Kondenzační Kotel na čerpadlo kotel na splynování země ‐voda zemní plyn dřeva
Investiční [Kč] náklady Roční náklady za [Kč/rok] spotřebu tepla
Kotel na Elektorkotel pelety
417 660
217 360
459 660
605 660
156 660
12 120
19 894
10 603
11 888
26 816
Pozn: shrnutí předchozích položkových tabulek
4.2 Objekt 2 Pro lepší a reálnější výpočet byla tato varianta namodelována jako RD se stávajícím prostorem kotelny a komínem, který bude pouze vyvložkován. Tím klesnou počáteční investice a budou reálněji namodelovány situace ve stávajících RD ,které v současnosti investor řeší s rostoucí cenou topiv. Související otázkou je návratnost tepelné izolace při jednotlivých tl.tepelně izolačního systému. Toto nebude předmětem této práce. Do výpočtu investičních nákladů nebyla zahrnuta možná dotace z programu Zelená úsporám, která je momentálně přerušena a nedá se předpokládat její opětovné spuštění.
Tabulka 23 – Investiční náklady na TČ země-voda objekt 2
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení Tepelné čerpadlo země ‐voda (kolektory v zemi) Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi TČ Investice do zemního kolektoru Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 225 000 80 000 10 000 30 000
465 660 - 47 -
Tabulka 24 – Investiční náklady na kotel na zemní plyn objekt 2
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení Kondenzační kotel na zemní plyn Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi Kotle Montáž Komín Regulace
cena // Kč // 120 660 40 900 10 000 20 000 30 000
221 560 Tabulka 25 – Investiční náklady na kotel na splynování dřeva objekt 2
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení Standardní kotel na splynování dřeva Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi kotle na tuhá paliva Investice do kouřovodu Prostor kotelny a uhelny‐ stávající Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 26 000 15 000 0 8 000 20 000
209 660 Tabulka 26 – Investiční náklady na kotel na pelety objekt 2
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení • Kotel na dřevěné pelety s externím zásobníkem Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi kotle na tuhá paliva+zásobník+šnekový dopravník Investice do kouřovodu‐ vyvložkování Prostor kotelny a uhelny‐ stávající Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 150 000 15 000 0 20 000 30 000
335 660 - 48 -
Tabulka 27 – Investiční náklady na elektorkotel objekt 2
Investiční náklady na instalaci jednotlivých zařízení • Elektrokotel Položka v rozpočtu Investice do systému podlahového vytápění Investice do koupi el. kotle Montáž Regulace
cena // Kč // 120 660 16 000 8 000 15 000
159 660
Jmenovité zdroje tepla Jednotky Tepelné Kondenzační Kotel na Kotel na čerpadlo kotel na splynování pelety země ‐voda zemní plyn dřeva
Investiční [Kč] náklady Roční náklady za [Kč/rok] spotřebu tepla
Elektrokotel
465 660
221 560
209 660
335 660
159 660
28 045
52 061
31 479
35 296
70 032
Pozn: shrnutí předchozích položkových tabulek
Komentář: Ceny byly stanoveny na základě poptávek u vybraných firem a jednotlivé zdroje vybrány jako střední hodnota na internetu (srovnány byly jak ceny katalogové, tak se slevami velkoobchodů). Po srovnání s nabídkou přímo na konkrétní výrobek to vychází velmi podobně. Konkrétní značky výrobků jednotlivých zdrojů byly voleny vzhledem ke kvalitě. Byly srovnávány stejné kvalitativní kategorie všech zdrojů. Tzn. vybrané výrobky jsou kvalitní zdroje, které mají reference bezproblémových na trhu a vykazují perfektní účinnost)
- 49 -
5. Cash - Flow - roční výnos (CF) 5.1 Objekt 1 Nejprve zvolíme referenční investici- pro zjednodušení budu uvažovat zdroj s nemenšími náklady na koupi a instalaci zařízení. Takto vychází v obou případech elektrokotel. Výpočet se provádí odečtením nákladů na spotřebu tepla referenční investice od jednotlivých ročních nákladů na spotřebu uvedených zdrojů. Kladné číslo rozdílu znamená roční výnos investice. Tabulka 28 – Roční Cash - Flow projektu objekt 1- referenční investice el. kotel
Jmenovité zdroje tepla
Jednotky Telepelné Kondenzační Kotel na Kotel na Elektorkotel‐ čerpadlo kotel na splynování pelety referenční země ‐ zemní plyn dřeva investice voda
Roční Cash‐ Flow [Kč] projektu Investiční [Kč] náklady Roční náklady za [Kč/rok] spotřebu tepla
14696
6922
417 660 12 120
16 213
14928
0
217 360
459 660 605 660
156 660
19 894
10 603 11 888
26 816
5.2 Objekt 2 Tabulka 29 – Roční Cash - Flow projektu objekt 2- referenční investice el. kotel
Jmenovité zdroje tepla
Roční Cash‐ Flow projektu Investiční náklady Roční náklady za spotřebu tepla
Jednotky Telepelné Kondenzační Kotel na Kotel na Elektorkotel splynování pelety ‐referenční čerpadlo kotel na země ‐ zemní plyn dřeva investice voda [Kč] [Kč]
41 987
17 971
465 660
221 560
28 045
52 061
38 553
34 736
0
209 660 335 660
159 660
[Kč/rok]
- 50 -
31 479
35 296
70 032
6. Hodnocení ekonomické efektivnosti investic Objekt 1 6.1.1 Tepelné čerpadlo země voda Tabulka 30 - Referenční investice elektrokotel – tepelné čerpadlo země-voda objekt 129
29
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 51 -
6.1.2 Kotel na zemní plyn Tabulka 31 -Referenční investice elektrokotel – kotel na zemní plyn objekt 1 30
30
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 52 -
6.1.3 Kotel na dřevo Tabulka 32 - Referenční investice elektrokotel – kotel na dřevo objekt 1 31
31
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 53 -
6.1.4 Kotel na pelety Tabulka 33 - Referenční investice elektrokotel – kotel na pelety objekt 1 32
32
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 54 -
Objekt 2 6.2.1 Tepelné čerpadlo země voda Tabulka 34-Referenční investice elektrokotel – tepelné čerpadlo země-voda objekt 2 33
33
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 55 -
6.2.2 Kotel na zemní plyn Tabulka 35 - Referenční investice elektrokotel – kotel na zemní plyn objekt 2 34
34
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 56 -
6.2.3 Kotel na dřevo Tabulka 36 - Referenční investice elektrokotel – kotel na dřevo objekt 2 35
35
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 57 -
6.2.4 Kotel na pelety Tabulka 37 -Referenční investice elektrokotel – kotel na pelety objekt 2 36
36
Zdroj:www.tzb ‐ info.cz.– Finační kalkulátor pro hodnocení ekonomické efektivnosti investic [online]. [cit. 29. Listopadu 2011 ].
URL
- 58 -
7. Závěrečné vyhodnocení 7.1 OBJEKT 1 Tabulka 38 - Vyhodnocení výpočtů- objekt 1
PŘEHLEDNÁ TABULKA VYPOČTENÝCH HODNOT ‐ OBJEKT 1 REFERENČNÍ INVESTICE ELEKTROKOTEL
JEDNOTKY EL. KOTEL
TČ ZEMĚ / VODA
KOTEL NA ZEM. PL.
KOTEL NA KOTEL NA DŘEVO PELETY
Investiční náklady
/Kč/
156 660
417 660
217 360
459 660
605 660
Roční náklady za spotřebu tepla
/ Kč/rok /
26 816
12 120
19894
10 603
11 888
Roční Cash‐Flow projektu
/Kč/
0
14 696
6 922
16 213
14 928
Rozdíl nákupní ceny mezi vybraným zdrojem a ref.invest.
/Kč/
0
261 000
60 700
303 000
449 000
Prostá doba návratnosti investice (DN)
/roky/
_
18
9
19
_
Diskontovaná doba návratnosti investice (diskont 0,25%)
/roky/
19
9
20
_
Čistá současná hodnota (NPV 20)
/Kč/
25 344
74 172
12 902
‐158 136
Vnitřní výnosová míra (IRR 20)
/%/
1
10
1
záporná
POŘADÍ
_
2
1
3
5
4
- 59 -
7.2 OBJEKT 2 Tabulka 39 -Vyhodnocení výpočtů- objekt 2
PŘEHLEDNÁ TABULKA VYPOČTENÝCH HODNOT ‐ OBJEKT 2 REFERENČNÍ INVESTICE ELEKTROKOTEL
JEDNOTKY EL.KOTEL
TČ ZEMĚ / VODA
KOTEL NA ZEM.PL.
KOTEL NA KOTEL NA DŘEVO PELETY
Investiční náklady
/Kč/
159 660
465 660
221 560
209 660
335 660
Roční náklady za spotřebu tepla
/ Kč/rok /
70 032
28 045
52061
31 479
35 296
Roční Cash‐Flow projektu
/Kč/
0
41 987
17 971
38 553
34 736
Rozdíl nákupní ceny mezi vybraným zdrojem a ref.invest.
/Kč/
0
306 000
61 900
50 000
176 000
Prostá doba návratnosti investice (DN)
/roky/
_
8
4
2
6
Diskontovaná doba návratnosti investice (diskont 0,25%)
/roky/
8
4
2
6
Čistá současná hodnota (NPV 20)
/Kč/
512 095
288 256
701 185
500 813
Vnitřní výnosová míra (IRR 20)
/%/
12
29
77
19
POŘADÍ
_
2
4
1
3
5
- 60 -
Grraf 1 – NPV V objekt 1
KOTEEL NA ZEM. PLYN
100 000
50 000
KO OTEL NA DŘEVO
25 344
74 172
0 1
2
12 2 902 3
4
‐50 000
‐100 000
‐158 136 ‐150 000
‐200 000
G Graf 2 – NP PV objekt 2
O KOTELL NA DŘEVO 800 000 700 000
TČ
KO OTEL NA PELEETY
600 000
KOTEL NA ZEM. PLYN
500 000 400 000 300 000 200 000 100 000
512 095 5
288 2 256
70 01 185
500 813
0 1
2
3
- 61 -
4
Závěr Z uvedených výpočtu vyplývá, že do nízkoenergetického domu nemá smysl investovat velké počáteční investice do nákupu složitých otopných soustav. Tato práce neřeší problematiku teplé užitkové vody, protože v rodinných domech s moderními sprchovými hlavicemi a myčkami nemá zásadní vliv na spotřebu tepla v domácnosti. Tezi, že není ekonomické, přehnaně investovat za zdroje tepla u nízkoenergetických staveb, potvrzuje fakt, že převážná většina obyvatelstva investuje výstavbu RD z vypůjčených finančních prostředků na poměrně vysoký úrok. Ve skutečnosti jsou vypočítané hodnoty pro nejdražší zdroje horší v řádech 10%, které investor přeplatí bankám v úrocích. Pro objekt 1 nejlépe vychází kondenzační kotel na zemní plyn. Nesmí se však zapomínat na vybudování přípojky, která však nelze vyčíslit, protože obecně nelze stanovit vzdálenost objektu od hlavního vedení STL. V místech, kde plyn není zaveden, vychází nejlépe tepelné čerpadlo. Je tu ovšem výše zmíněný předpoklad, že investor financuje stavbu ze svých prostředků. Pokud ne, je jasné, že by vyšel nejlépe elektrokotel. Z praxe vím, že v současnosti je nejekonomičtější volbou, při výběru zdroje tepla do nízkoenergetických staveb, kombinace klimatizační jednotky na bázi tepelného čerpadla vzduch – vzduch a infrapanely. Bohužel se tato soustava nedá dost dobře namodelovat a toto zjištění vyplývá z empirických poznatků na jednotlivých objektech. Systém je založen na TČ vzduch-vzduch umístněném v centrální místnosti domu (převážně obývací pokoj s kuchyní). Jedná se o dvě jednotky, jedna je na fasádě a druhá v prostoru obývacího pokoje (např. Mitsubishi FD25VA). Tento systém dokáže vytopit celý prostor RD, pokud jsou otevřeny dveře do ostatních místností. Do pokojů jsou ještě instalovány přímotopy pro případ trvale zavřených dveří. Tento systém vychází na celý RD se ztrátou okolo 3-4 kW okolo 50 tisíc (počáteční investice). Odpadají rozvody a roční náklady na spotřebu tepla na vytápění se pohybují okolo 13 tisíc. Nároky na obestavěný prostor a rozvody jsou nulové. Nevýhodu je v době běhu zvýšená hlučnost. Pro objekt 2 vychází nejlépe kotel na dřevo. Nevýhodou je časté přikládání, nutnost revizí komínových cest a jejich čištění. Pro rodinu v pokročilém věku nereálnost obsluhy. Nutnost velkých stávajících prostor pro kotelnu a sklad paliva. Pro objekt dva vychází nejlépe poměrem kvalita//cena//snadnost údržby tepelné čerpadlo země-voda. - 62 -
Nevýhodou je zhotovení zemního kolektoru nebo vrtu, který podstatně naruší funkci pozemku jeho ochlazením a nemožností pěstování stromů atd. Z výše uvedených výpočtů je zřejmé, že u špatně tepelně - technicky řešeného domu se vyplatí investovat do tepelného čerpadla případně automatického kotle na pelety. V případě nízkoenergetického až pasivního domu do systému s minimálními počátečními náklady.
Tabulka 40 – Klady a zápory zdrojů tepla
EL. KOTEL
Výhody
Nevýhody
Nízké pořizovací náklady Nejvyšší provozní náklady po Malé nároky na prostor a údržbu přímotopném vytápění. Perfektně regulovatelný výkon Nevyžaduje komín
Malé nároky na prostor a údržbu Vysoké pořizovací náklady Perfektně regulovatelný výkon Možné znehodnocení pozemku Nevyžaduje komín TČ ZEMĚ / VODA Nízké provozní náklady Ekologie provozu Výhodný tarif od dodavatele NN Nízké pořizovací náklady Nutnost přípojky plynu Přijatelné provozní náklady Nároky na revize hořáku KOTEL NA ZEM. Malé nároky na prostor Nutnost odvodu spalin PL. Vysoká účinnost Možnost výpadku dodávky plynu
KOTEL NA DŘEVO
KOTEL NA PELETY
Za určitých podmínek nejlevnější Vysoké nároky na prostor provoz Komínové těleso s nutností Možnost spálení dřevěného čištění+revize odpadu Velké nároky na obsluhu zařízení Pro vlastníky lesa minimální náklady na vytápění. Automatický provoz Vysoké nároky na prostor Minimální objem popele Komínové těleso s nutností Vysoká účinnost čištění+revize Ekologický provoz Vysoká pořizovací cena
- 63 -
Literatura a internetové zdroje Jan Tywoniak.: NÍZKOENERGETICKÉ DOMY, PRINCIPY A PŘÍKLADY. 1. Vydání. Granada Publishing, a.s., ISBN 80-247-1101-X Technická komise ISO/TC 163, ČSN 06 0210 v souběhu s ČSN EN ISO 113789- Tepelné chování budov-Měrné tepelné toky prostupem tepla a větráním-Výpočtová metoda
Zdroj:Solární radiace [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ]. URL Technická komise ISO/TC 163, Technická normalizační komise, Tepelné soustavy v budovách-Výpočet tepelného výkonu- ČSN EN 12831, kat. číslo 72496 , dat. Vydání. 1.3.02005 Zdroj:TZBinfo-Tepelné mosty ve stavebních konstrukcích [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ]. URLhttp://www.tzb-info.cz/2526-tepelne-mosty-ve-stavebních-konstrukcích Zdroj:Dům a byt [online]. [cit. 3. Listopadu 2011 ]. URLhttp://www.dumabyt.cz/rubriky/dum/bydlime/inteligentní-kotle-a-ciste-teplo_1973.html Zdroj:www.revitalizace.com-Tepelný odpor konstrukce [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ]. URLhttp://www.revitalizace.com/teorie-vypocty/co-je-tepelna-ztrata-objektu-a-vypocet-potreby-tepla-navytapeni/ Zdroj:www.tzb.fsv.cvut.cz – Podklady pro výuku [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ]. URLhttp://tzb.fsv.cvut.cz/?mod=podklady Brož, K., Vytápění. 2. Vydání. Praha:Vydavatelství ČVUT, 2002. 205s. ISBN 80-01-02589 Zdroj:www.businessinfo.cz – metody hodnocení investic [online]. [cit. 12. Listopadu 2011 ]. URL Zdroj:www.businessinfo.cz – metody hodnocení investic [online]. [cit. 13. Listopadu 2011 ]. URL Zdroj:www.tzb - info.cz.– Potřeba tepla pro vytápění a ohřev teplé vody [online]. [cit. 1. Listopadu 2011 ]. URL Zdroj:www.tzb - info.cz.– Porovnání nákaldů na vytápění podle druhu paliva [online]. [cit. 25. Listopadu 2011 ]. URL Zdroj:www.energetickyporadce.cz.– Podlahové vytápění [online]. [cit. 26. Listopadu 2011 ]. URL
-64-
Zdroj:Systém Solar-zemní plošný kolektor [online]. [cit. 27. Listopadu 2011 ]. URL
-65-
Seznam grafů Graf 1 – NPV objekt 1 Graf 2 – NPV objekt 2
-66-
Seznam obrázků
Obrázek 1 - Dopad slunečního záření Obrázek 2 - Termogram-ukázka tepelných mostů Obrázek 3 - Ukázka řezu kotle na pelety se zásobníkem Obrázek 4 - Vysvětlení parametrů vstupujících do výpočtu tepelného odporu Obrázek 5 - Příklad výpočtu tepelných ztrát místnosti (celý objekt lze zadat jako jednu velkou místnost)
Obrázek 6 - Pohledy na posuzovaný RD ze všech světových stran Obrázek 7 - Půdorysy RD Obrázek 8 - Cena staveb dle zastavěné plochy a obestavěného prostoru Obrázek 9 - Potřeba tepla pro vytápění Obrázek 10 - Náklady na vytápění, spotřeba paliva /rok Obrázek 11 - Potřeba tepla pro vytápění Obrázek 12 - Náklady na vytápění, spotřeba paliva /rok Obrázek 13 - Skladba podlahy s teplovodním podlahovým vytápěním Obrázek 14 - Průběh teplot v zemním kolektoru TČ v jednotlivých měsících
-67-
Seznam tabulek Tabulka 1- Oblasti v ČR dle vnější výpočtové teploty Te Tabulka 2 - Roční suma sluneční energie v MJ/m2 a v kWh/m2 dopadající na vodorovnou plochu Tabulka 3 - Základní rozdělení budov podle potřeby tepla na vytápění Tabulka 4 - Charakteristické číslo budovy Tabulka 5 - Přirážky pro výpočet tepelných ztrát objektu Tabulka 6 - Zohlednění přilehlé zeminy ke konstrukci Tabulka 7 - Příklad výpočtu tepelných ztrát budov dle ČSN 06 0210 Tabulka 8 - Vysvětlení zkratek zadávaných obalových konstrukcí Tabulka 9 - Vyhodnocení jednotlivých hodnot Tabulka 10 - Charakteristika plošných a objemových parametrů Tabulka 11 - Charakteristika stavebních konstrukcí-součinitel prostupu tepla Tabulka 12 - Obalové konstrukce domu Tabulka 13 - Podíl jednotlivých konstrukcí na ztrátě prostupem objektu Tabulka 14 - Charakteristika stavebních konstrukcí-součinitel prostupu tepla Tabulka 15 - Obalové konstrukce domu
Tabulka 16 - Podíl jednotlivých konstrukcí na ztrátě prostupem objektu Tabulka 17 - Orientační přehled požadované velikosti kolektoru pro výkon tepelného čerpadla
Tabulka 18 - Investiční náklady na TČ země-voda objekt 1 Tabulka 20 - Investiční náklady na kotel na splynování dřeva objekt 1 Tabulka 21 - Investiční náklady na kotel na pelety objekt 1 Tabulka 22 - Investiční náklady na elektrokotel objekt 1
Tabulka 23 - Investiční náklady na TČ země-voda objekt 2 Tabulka 24 - Investiční náklady na kotel na zemní plyn objekt 2 Tabulka 25 - Investiční náklady na kotel na splynování dřeva objekt 2
-68-
Tabulka 26 - Investiční náklady na kotel na pelety objekt 2 Tabulka 27 - Investiční náklady na elektorkotel objekt 2 Tabulka 28 - Roční Cash - Flow projektu objekt 1- referenční investice el. kotel Tabulka 29 - Roční Cash - Flow projektu objekt 2- referenční investice el. kotel Tabulka 30 - Referenční investice elektrokotel – tepelné čerpadlo země-voda objekt 1 Tabulka 31 - Referenční investice elektrokotel – kotel na zemní plyn objekt 1 Tabulka 32 - Referenční investice elektrokotel – kotel na dřevo objekt 1 Tabulka 33 - Referenční investice elektrokotel – kotel na pelety objekt 1 Tabulka 34 - Referenční investice elektrokotel – tepelné čerpadlo země-voda objekt 2 Tabulka 35 - Referenční investice elektrokotel – kotel na zemní plyn objekt 2 Tabulka 36 - Referenční investice elektrokotel – kotel na dřevo objekt 2 Tabulka 37 - Referenční investice elektrokotel – kotel na pelety objekt 2
Tabulka 38 - Vyhodnocení výpočtů- objekt 1 Tabulka 39 - Vyhodnocení výpočtů- objekt 2 Tabulka 40 - Klady a zápory zdrojů tepla
-69-
