Stavbe so velik porabnik dragocene energije. Evropski parlament je opozoril, da raba energije v stavbah dosega več kot 40% končne rabe energije in se še povečuje[1]. Sprejel je vrsto ukrepov, katerih cilj je zmanjšanje rabe energije v stavbah in povečanju deleža rabe energije iz obnovljivih virov. To zmanjšuje energijsko odvisnost, znižuje emisije toplogrednih plinov in povečuje zanesljivost oskrbe z energijo.
Toplotne črpalke za energijsko neodvisnost
Ukrepi pri novogradnjah so znani: učinkovite stavbe in raba domačih, obnovljivih virov energije. Vprašanje pa je, kako doseči cilje na področju starejših stavb. Raba energije v stanovanjskih stavbah je približna enaka ne glede na lokacijo. Največ energije, približno 62%, je potrebno za ogrevanje in hlajenje, 17% za sanitarno vodo, 16% za razsvetljavo in gospodinjske aparate ter 5% za kuhanje.
Končna poraba energije za oskrbo uporabne stanovanjske površine vseh stanovanj znaša 43.558 TJ oz. 12 MIO MWh za 79 MIO m2, kar pomeni 154 kWh/m2. Uporabna površina stanovanja je celotna (neto) površina vseh zaprtih prostorov za bivanje. Prostori za bivanje so kuhinja, kopalnica, stranišče, dnevna soba, predsoba, spalnica, kabinet, hodnik in podobni prostori.
Med energetsko učinkovite stavbe uvrščamo tiste, ki imajo rabo energije pod 40 kWh/m2a. Za dosego tega cilja moramo torej zmanjšati porabo energije v vseh stavbah za faktor 3,85. Je to dosegljivo?
Toplotne črpalke za potratne stavbe
Pregled zakonodaje s področja gradnje kaže, da so šele leta 1980 začeli veljati malo strožji tehnični pogoji za toplotno zaščito stavb kot v 19. stoletju, današnje zahteve pa so še občutno strožje. Zato lahko za vse starejše stavbe predpostavimo, da so energijsko potratne. Stanovanjskih stavb, zgrajenih pred letom 1980, je 376.000[2], v njih stanuje približno ¾ vseh prebivalcev. Večina teh stavb je dotrajanih ali neprimernih za bivanje, z vidika energijske učinkovitosti in zagotavljanja kakovosti bivanja. Te stavbe je potrebno prenoviti ali porušiti. Prednost naj ima celovita prenova, če je izvedljiva v razumnih mejah.
Zamenjava neprimernega ogrevalnega sistema s toplotno črpalko je ukrep, ki se verjetno najhitreje povrne. Vendar naj bo to zgolj prvi ukrep celovite prenove, ki jo bo lažje dokončati po vgradnji toplotne črpalke.
Sedanja raba energije za ogrevanje
Letni strošek ogrevanja je odvisen od lastnosti stavbe, cene energenta in učinkovitosti ogrevalnega sistema, ocenjujemo ga med 10 in 20 €/m2 stanovanjske površine enostanovanjske stavbe ter med 5 in 10 €/m2 za večstanovanjske stavbe. Toplotne izgube stavbe lahko razvrstimo v štiri približno enake skupine: neprozorni toplotni ovoj, prozorni ovoj, prezračevanje in ogrevalni sistemi. Najpogostejši energent za ogrevanje[3] so lesna goriva (59%), sledi kurilno olje (17%), zemeljski plin (10%), daljinska topota (8%), elektrika (4%), toplota okolice (1%) in UNP (1%), raba sončne energije in premoga pa je zanemarljiva. Še pomembna podrobnost, večina kurilnih naprav zastarelih in neučinkovitih, posledica so velike toplotne izgube in škodljive emisije dimnih plinov.
Ukrepa za povečanje energijske učinkovitosti stavb, ki ju država najbolj spodbuja[4], sta izolacija fasad (48,6 MIO €) in zamenjava oken (21,5 MIO €). Sta ta dva ukrepa dovolj ambiciozna in stroškovno učinkovita? Ukrep v povečanje energijske učinkovitosti in rabo obnovljivih virov naj bi se povrnil v realnem času, s prihranki pri stroških za ogrevanje.
Povečanje energijske učinkovitosti
Ukrepi v samo eno skupino lahko v najboljšem primeru znižajo rabo energije posamezne stavbe le za 25%, nekoliko manj se zniža strošek ogrevanja.
Najpopularnejši ukrep, izolacija fasade, je relativno obsežen in zahteven. Po ocenah Eko sklada stane izvedba izolacije fasade enostanovanjske stavbe do 12.000 €. Glede na možne prihranke ogrevanja se ta investicija povrne v 25 do 30 letih, nekako v času uporabne dobe vgrajene toplotne izolacije. Hkrati pa stanovalec še vedno uporablja neprimerno kurilno napravo, raba energije se le malo zmanjša.
Drugi ukrep, menjava oken, se je izkazal za še manj primernega. Posledica pavšalnega spodbujanja zamenjave oken s sodobnimi, energijsko učinkovitimi okni brez sočasno urejenega prezračevanja pomeni poslabšanje kakovosti notranjega zraka; posledica je, da je Slovenija uvrščena med države v EU z najslabšo kakovostjo notranjega zraka[5].
Primernejša je celovita prenova stavb skupaj s posegom v toplotni ovoj in ogrevalni sistem ter s prehodom na obnovljiv vir energije. Tako se zmanjša raba energije in poveča delež obnovljivih virov. Vendar je celovit ukrep drag.
Toplotne črpalke za ogrevanje
Toplotne črpalke (TČ) so izjemno energijsko učinkovite naprave za ogrevanje, saj z eno enoto pogonske energije oddajo več enot koristne toplote. Za primerjavo, tradicionalni ogrevalni sistem oddaja manj kot eno enoto koristne toplote na vsako enoto porabljene energije. Indikator toplotnih črpalk, imenovan »količnik energijske učinkovitosti« (Coefficient Of Performance COP), je razmerje med pridobljeno toplotno energijo in vloženo pogonsko energijo (kWh/kWe). Manjša ko je temperaturna razlika med toplotnim virom in ponorom, višji je COP. Sodobne toplotne črpalke zanesljivo obratujejo celo z učinkovitostjo COP nad 6.
Pomembnejši podatek kot COP je sezonska energijska učinkovitost pri ogrevanju prostorov, sezonski faktor učinkovitosti TČ (SPF – seasonal performance factor), ki upošteva vso vloženo energijo (tudi za obtočne črpalke) in vso pridobljeno toploto. Proizvajalci TČ so dolžni navesti sezonski faktor učinkovitosti, izmerjen pri standardiziranih pogojih obratovanja. Na ta način ima kupec podatek o celoletni učinkovitosti TČ pri povprečnih podnebnih razmerah, zato lažje primerja med podobnimi ali različnimi tipi toplotnih črpalk, celo med inverterskimi ali on/off. V informacijo, EKO sklad nudi nepovratna sredstva za električne TČ zrak/voda s SPF > 140, voda/voda s SPF > 200 in slanica/voda s SPF > 170.
Toplotne črpalke omogočajo najcenejše ogrevanje stavb. Ceneje je le, če ima stanovalec lastna drva in sodoben kotel z majhno emisijo prašnih delcev, svoje delo s pripravo drv in kurjenjem pa mu je v razvedrilo ter rekreacijo, ne v breme.
Toplotna črpalka jemlje toploto iz toplotnega vira (zunanji zrak, voda, zemlja…), jo s pogonsko energijo dviguje na višji temperaturni nivo in oddaja toploto v ogrevalni sistem. Delež pogonske energije je odvisen od potrebnega dviga temperature. Primerjava za nestrokovnjaka: podobno je z vodno črpalko, ki dviguje vodo iz vodnjaka in potrebuje sorazmerno več pogonske energije za dvig vode na večjo višino.
V povprečju daje TČ tri do štiri krat več toplote kot rabi pogonske energije (z eno kilovatno uro pogonske energije odda tri do štiri kilovatne ure toplote), odvisno od razmerij vstopne in izstopne temperature.
Energijski učinek TČ je zelo ugoden. Okoljska primernost TČ je odvisna od vira pogonske energije. Če izhaja pogonska energija iz obnovljivih virov (zelena elektrika, bio metan, bio metanol…), potem predstavlja ogrevanje s toplotno črpalko popolno rabo obnovljivih virov, tako obnovljive toplote okolice kot obnovljive pogonske energije. S tako rabo toplotnih črpalk je izpolnjena druga zaveza Evropske direktive (povečanje deleža raba energije iz obnovljivih virov).
Finančni učinek TČ je odvisen od razmerja cen razpoložljivih energentov (elektrika, zemeljski plin, naftni plin, kurilno olje, drva…) in ni enak energijskemu. Ob primerjavi koristnih cen raznih energentov je potrebno upoštevati tudi investicijo v sistem ogrevanja in pričakovano dobo uporabnosti ogrevalnega sistema. Marsikdo stori napako, ko primerja zgolj cene koristne energije, tu je toplota iz biomase (približno 0,023 do 0,035 €/kWh) res nižja kot toplota, pridobljena z električno toplotno črpalko (približno 0,043 €/kWh). Z upoštevanjem cene opreme (sodobni kotel na biomaso je skoraj dvakrat dražji od toplotne črpalke) in pričakovane dobe uporabnosti (pričakovana doba uporabnosti biomasnega sistema je 15 let, toplotne črpalke pa 25 let), je podatek o finančnem učinku sistema povsem drugačen kot zgolj primerjava cene energentov.
V ceni ogrevanje je poleg stroškov za energent potrebno upoštevati še stroške skladiščenja, vzdrževanja in investicijo. Za enostaven izračun zadošča, da vrednost investicije delite s pričakovano obratovalno dobo[6]. Jeklen kotel na kurilno olje ima pričakovano uporabno dobo 15 let; če stane 1.500 €, pomeni investicija 100 € letno. Zlasti pri vrednejši opremi se pozanimajte, kolikšna je uporabna doba. Toplotna črpalka ima uporabno dobo vsaj 25 let, če stane 8.000 €, znaša to 320 € letno. Kondenzacijski plinski grelnik, ki stane 4.500 € in ima uporabno dobo 15 let, pa pomeni investicijo 300 € letno. Razlika v letnem deležu investicije med tema dvema ni velika. Ne pustite pa se prepričati nepoštenim trgovcem, da ima plinski grelnik uporabno dobo 25 let in da je najboljša izbira nov kondenzacijski plinski grelnik.
V potratnih stavbah, kjer je izvedljivo, se zgolj z zamenjavo obstoječega neprimernega kotla z ustrezno toplotno črpalko zniža raba končne energije za faktor 3 do 4.
Toplotne črpalke za sanitarno vodo
Letni strošek priprave sanitarne vode ocenjujemo med 2 in 4 €/m2 stanovanjske površine, odvisno od bivalne kulture in cene energenta.
Najpogostejši energent je les v neustreznih kurilnih napravah, kar je zlasti poleti povsem neprimerno. Sledijo elektrika, predragocena energija za segrevanje sanitarne vode in trije fosilni energenti. Med najmanj uporabljenimi sta tista vira toplote, ki bi ju morali največ uporabljati, sončna energija in energija okolice.
Topla voda se praviloma zagotavlja s sprejemniki sončne energije ali z uporabo obnovljivih virov energije[7]. Sončni sistemi so idealni za počitniške objekte na Primorskem. Za stanovanjske stavbe v ostalih delih Slovenije pa so sprejemniki sončne energije manj primerni, saj pozimi po več tednov ni sonca ali pa sprejemnike prekriva sneg. Sanitarne toplotne črpalke zagotavljajo segrevanje vode s toploto okolice, ki je obnovljiv vir. Za segrevanje sanitarne vode s TČ potrebujete približno 5 krat manj energije kot z električnim bojlerjem ali drvmi.
Toplotne črpalke in samooskrba
Poprečna letna raba elektrike za gospodinjstvo znaša do 5.000 kWh, 14 kWh dnevno. Vso potrebno elektriko lahko pridelate sami, skladno z Uredbo o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov[8]. Majhna elektrarna, sestavljena iz sončnih modulov in razsmernikov, je lahko priključena na električno napeljavo v stavbi. Obstoječe merilno mesto ostane nespremenjeno, le električni števec je potrebno zamenjati zamenjali z novim dvosmernim.
Poleti, ko je več sonca, oddaja višek sončne elektrike v omrežje, pozimi pa manjkajočo energijo sprejema iz omrežja. Ob koncu leta plača uporabnik samo razliko med porabljeno in oddano energijo.
Če je sončna elektrarna primerno dimenzionirana, pokrije iz sonca proizvedena elektrika vso porabo in strošek za električno energijo je enak nič. Edini strošek je fiksni prispevek na obračunsko moč, kot je že obstoječ.
Namesto s sončno elektrarno lahko proizvajate elektriko z vetrno ali vodno energijo, pomembno je le, da je elektrarna na obnovljive vire priključena na notranjo nizkonapetostno električno inštalacijo stavbe in da letno proizvede približno toliko elektrike, kot jo porabite.
Kaj pa investicija? Sončna elektrarna moči 7 kW stane približno 7.000 €, toplotna črpalka 8.000 €. S 15.000 € je plačana vsa energija za oskrbo stanovanjske stavbe (ogrevanje, sanitarna voda, razsvetljava, kuhanje, gospodinjski aparati…) in za vožnjo z električnim avtomobilom za naslednjih 30 let, to je približno 500 € letno.
Toplotne črpalke, prioriteta
Prednost imajo domači trajni oz. obnovljivi viri energije v tehnologijah, ki najmanj bremenijo okolje, seveda ob upoštevanju ekonomike. Odsvetujemo kurjenje drv v neustreznih kombiniranih kotlih. Spremljanje gibanja cen in ostalih kriterijev energentov kaže, da je optimalno ogrevanje s toplotnimi črpalkami.
Toplotne črpalke: prednosti ogrevanja
Začnimo s tem, kar občutijo uporabniki, ceno in udobjem.
Prednost ogrevanja s TČ pred ogrevanjem s fosilnimi energenti se vidi pri ceni koristne energije. Cenovna razmerja se spreminjajo, vendar je ogrevanje s TČ občutno cenejše kot z UNP, zemeljskim plinom ali kurilnim oljem. Zakaj je cenejše? Ker je učinkovitejše, le manjši del energije za delovanje toplotne črpalke je potrebno plačati, večino toplote pa se izhaja iz okolja kot brezplačni obnovljivi vir energije.
Prednost TČ pred ogrevanjem z drvmi je v enostavnem posluževanju. TČ deluje samodejno, drva pa je potrebno pripraviti, nalagati in čistiti pepel. Res je ogrevanje s kupljenimi drvmi cenejše kot s TČ, ko pa zraven prištejete še skrite stroške (drvarnica, 2 do 3 x letno plačilo dimnikarja, žaganje in prevoz) ni razlike v ceni. Tisti, ki živite blizu lastnega gozda, imate biomasni kotel in vam je pripravljanje drv užitek, še naprej uporabljajte drva, ostali pa razmislite o zamenjavi.
Še ena prednost: s TČ lahko poleti hladite stavbo, sproščeno toploto pa porabite za pripravo sanitarne vode. Dvojna korist za polovično ceno.
Prednosti za državo in okolje: uporaba toplotnih črpalk zmanjšuje energijsko odvisnost države od fosilnih goriv; omogoča rabo domačih obnovljivih virov energije; zaradi nižje cene koristne energije zmanjšuje energetsko revščino prebivalstva; znižuje rabo primarne, sekundarne in končne energije; manj bremeni okolje s toplogrednimi plini in prašnimi delci ali pa ga sploh ne bremeni; znižuje rabo električne energije; s pravilnim krmiljenjem znižuje vršno energijo na omrežju… Še več, samo z zamenjavo električnih bojlerjev in električnega ogrevanja s toplotnimi črpalkami bi znižali priključno moč gospodinjstev in prihranili toliko elektrike, da ne bi več potrebovali nuklearne elektrarne!
Toplotne črpalke: prednosti priprave sanitarne vode
STČ ohlajuje izbrani prostor: lahko je postavljena v pretopel prostor ali pa v sosednji prostor in je s toplim prostorom povezana z zračnim kanalom. Druga prednost je, da prostor suši ali prezračuje. Vse to se doseže z različno razporeditvijo vodenja zraka, ki je vir toplote.
Ogrevna TČ lahko poleti ohlajuje stavbo. Hlajenje je lahko pasivno, brez rabe energije ali aktivno, z delovanjem TČ. To sicer ne nadomešča klasične klime, ki je potrebna v toplotno preobremenjenih prostorih, za pravilno zgrajene in uporabljene stanovanjske stavbe pa zadošča. Če je ohlajevanje projektirano in izvedeno hkrati z ogrevanjem, se investicija skoraj ne poveča.
Toplotne črpalke: kje začeti?
Poglejmo tipično enonadstropno stanovanjsko stavbo zunanjih mer 8 x 12 m, podkleteno, s podstreho, zgrajeno okoli leta 1970. Verjetno ima energijsko število 206 in ima energetsko izkaznico F, vgrajen je kombinirani kotel moči 20 kW. Letni stroški za kurilno olje so 3.000 €, po današnjih cenah.
Če želite znižati stroške na 1.500 € letno, je potrebno zamenjati okna, izolirati fasado in plošči proti kleti ter podstrešju ter vgraditi mehansko prezračevanje z vračanjem toplote. Glede na povprečne cene in kriterije Eko sklada stane menjava oken 12.000 €, izdelava fasade 12.000 €, izolacija plošče podstrehe in kleti 3.500 €, mehansko prezračevanje 7.000 €. Skupna ocenjena investicija je 34.500 € in se s prihranki pri ogrevanju povrne v 23 letih, brez upoštevanja obresti. S subvencijo Eko sklada se lahko investicija zniža na približno 26.500 €, vračilna doba pa skrajša na 18 let. Kljub veliki investiciji ostaja v kurilnici zastarel, predimenzioniran, dotrajan in neprimeren kotel na fosilni energent!
Namesto tega lahko stroške ogrevanja znižate z izbiro cenejšega in učinkovitejšega načina ogrevanja. Predpostavljamo, da je ogrevalni sistem nekoliko predimenzioniran, zato predlagamo primerno TČ zrak/voda, ki pri zunanji temperaturi -13 °C daje 15 kW toplote. Verjetno zadošča TČ ZV 20 električne priključne moči 4 kW, ki stane 9.000 €, s spodbudo Eko sklada pa se zniža na 8.000 € ali manj, investicija se s prihranki 2.000 € letno povrne v najkasneje 4 letih.
Kje torej začeti? Pri ukrepu, ki največ koristi in se najhitreje povrne. Torej pri zamenjavi zastarelega kotla s toplotno črpalko. Čez nekaj let pa lahko s prihranki izolirate fasado ali zamenjate okna.
Seveda je predlog hipotetičen. Toplotno črpalko mora izbrati projektant glede na lastnosti stavbe in danosti lokacije. Pred vsako vrednejšo obnovo stavbe je potrebno predvideti več variant in izbrati tisto, ki je najprimernejša. Če so okna tako slaba, da se ne dajo niti zapreti, potem začnite pri oknih. Vendar ne pozabite, ob zamenjavi oken je potrebno vgraditi še mehansko prezračevalno napravo, sicer se zelo poslabša kakovost bivanja, naraste vlaga v prostoru in se pojavi zdravju škodljiva plesen. Ne verjemite tistim, ki o prezračevalnih napravah govorijo slabo. Zaradi lažnih prerokov imamo v Sloveniji najslabšo kakovost notranjega zraka, neprimerno bivanje je v 30% stanovanj, kar je dvakrat slabše kot je evropsko povprečje!
Toplotne črpalke: povzetek
Toplotne črpalke za ogrevanje in segrevanje sanitarne vode se prepočasi uveljavljajo. Že pred tremi, štirimi desetletji sta dve tovarni proizvajali tovrstne naprave, vendar jih tržišče ni množično sprejelo, tudi zaradi začetne višje cene investicije. Zato je potrebno vedno znova promovirati to tehnologijo, razbijati mite in pojasnjevati urbane legende. Neznanje naredi toplotnim črpalkam vsaj toliko škode kot napačna sporočila državnih institucij. Potrebno je dvoje, nuditi osnovne informacije občanom in od državnih uradnikov zahtevati objektivno obravnavo.
Zgolj z zamenjavo obstoječih kurilnih naprav z ustreznimi toplotnimi črpalkami na elektriko iz obnovljivih virov bodo doseženi cilji Evropske direktive. Na nivoju stavb, naselij in države.
Na vprašanje, kdaj začeti investicijo, ki zniža stroške, zmanjša rabo energije in vodi v energijsko neodvisnost, je najboljši odgovor: čim prej, vendar s pametjo.
[1] Direktiva o energetski učinkovitosti stavb
[2] Statistike nad vhodnimi podatki Registra nepremičnin (GURS) 2008
[3] http://www.stat.si/StatWeb/prikazi-novico?id=5495&idp=5&headerbar=4
[4] Finančne spodbude Eko sklada 2008 do 2015
[5] DAYLIGHT & ARCHITECTURE, pomlad 2015, izvod 23
[6] Pravilnik o standardih vzdrževanja stanovanjskih stavb in stanovanj
[7] Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah (Uradni list RS, št. 52/10)
[8] Uredba o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov energije (Uradni list RS, št. 97/15)
Povzetek članka “Toplotne črpalke za neodvisno Slovenijo“, Valenčič, M.; revija “Toplotne črpalke” 2019, izdajatelj UM svetovanje d.o.o.
