Jaký typ podlahového vytápění zvolit?

Aby byl projekt energeticky efektivní, ekonomicky přijatelný a environmentálně akceptovatelný, je vhodné provést analýzu těchto aspektů týkající se daného objektu.Vzhledem k tomu, že primární zdroje energie jsou vyčerpatelné, je nevyhnutelné zabývat se jejich efektivním a hospodárným využíváním. Předmětem příspěvku je energetická, ekonomická a environmentální analýza energetických systémů teplovodního podlahového vytápění a vytápění přímotopnými odporovými kabely, která se realizovala na konkrétním rodinném domě.

Tepelnětechnické parametry
 U řešeného rodinného domu a oblasti, v níž se nachází, se počítalo s těmito charakteristikami:

• průměrná teplota vnějšího vzduchu θ_m,e = 9,9 °C,
• vnější výpočtová teplota θ_e = –11 °C,
• počet vytápěcích dní: 202,
• projektovaný tepelný příkon: 16 kW,
• roční potřeba tepla na vytápění: 30 MWh,
• roční potřeba tepla na přípravu teplé vody: 3,8 MWh,
• roční potřeba paliva: 3 022 m³

Příprava teplé vody solárním systémem
Investiční náklady na solární systém jsou zobrazeny v tab. 1.

Typy podlahového vytápění
Cílem článku je porovnat teplovodní podlahové vytápění a vytápění přímotopnými elektrickými odporovými kabely. Pokud se ve skladbě podlahy interiéru nachází vytápěcí registr, jde o nízkoteplotní podlahové vytápění. V současnosti vykazuje aplikace tohoto druhu podlahového vytápění výrazný rozmach především v rodinných domech. Aplikace však závisí na samotném objektu, který musí splňovat takové tepelnětechnické parametry, aby byla průměrná tepelná ztráta menší než 20 W/m³. Je jednoznačné, že minimální energetickou náročnost vyžaduje samotný objekt a až následně provozní režim s možností akumulace tepla v podlaze, kde je tepelná setrvačnost přibližně 4 až 8 hodin s vysokým stupněm samoregulace. Aplikováním teplovodního podlahového vytápění se zabezpečí téměř optimální tepelný stav interiérů s téměř ideálním vertikálním a horizontálním teplotním gradientem. U elektrického podlahového vytápění se elektrická energie přeměňuje v teplo v jedné kompaktní jednotce přímo ve vytápěné místnosti, proto tento typ podlahového vytápění patří mezi lokální vytápěcí systémy. Účinnost přeměny elektrické energie je téměř stoprocentní. Vytápění je ekologické, uskutečňuje se v místě spotřeby, přičemž se v dané lokalitě neznečišťuje ovzduší. Nevyžadují se komín, sklad paliva ani prostory na kotelnu či kotel. Rozvod elektrické energie je ve srovnání s jinými teplonosnými látkami podstatně jednodušší a levnější, vyžaduje menší zásahy do stavebních konstrukcí a má menší nároky na prostor. Další výhodou je jednoduché řízení výkonu vytápěcího systému přerušováním přívodu elektrické energie prostorovými termostaty nebo prostorovými termostaty s možností týdenního či měsíčního programování. Na jedné straně je tento systém díky uvedeným přednostem velmi atraktivní, na druhé straně se celkový komfort promítá do vyšších nákladů na provoz [1].

Energetická analýza
K zjištění provozních nákladů je třeba vypočítat potřebu energie u obou alternativ vytápěcí soustavy. Metodika výpočtu je podle denostupňové metody [2]:

Q_r,vyk = 24 . 3600 . ε . Q_max,(elek). (θi – θpr) / (θi – θe) . d
    (J/rok)  (1)

kde    ε    je    opravný součinitel současnosti (0,765) (–),
    Q_max    –    maximální projektovaný tepelný příkon (budovy) (W),
    θ_i    –    požadovaná výpočtová vnitřní teplota (°C),
    θ_pr    –    průměrná teplota, teplota vnějšího vzduchu ve vytápěcím období (°C),
    θ_e    –    výpočtová (nejnižší) teplota vnějšího vzduchu (°C),
    d    –    délka vytápěcího období (dny).
 
Potřeba tepla na vytápění při nízkoteplotním podlahovém vytápění

Q_r,vyk  = 24 . 3 600 . 0,765 . 15 800 . (20 – 4,3)/(20 – (–11)) . 202 = 106 836 977 400 J/rok
Q_r,vyk = 106 837 MJ/r = 29 677 kWh/r = 30 MWh/rok

Po dosazení příslušných hodnot do vzorce představuje potřeba tepla na vytápění hodnotu 30 MWh/rok.

Potřeba paliva na nízkoteplotní podlahové vytápění

Metodika výpočtu byla vykonána v souladu s STN EN 832-3 [2].

B_vyk = E_vyk . 1000/H . η_c  (m³/rok)    (2)

kde    E_vyk    je    roční spotřeba na vytápění (GJ/rok),
    H    –    výhřevnost paliva (zemní plyn) (MJ/m³),
    η_c    –    účinnost kotle (–).

B_vyk = 106,8 . 1000/35 . 1,01 = 3 022 m³/rok

Potřeba tepla na vytápění přímotopnými elektrickými odporovými kabely

ε – opravný součinitel současnosti (0,4) (–),
Qelek – výkon elektrických odporových kabelů (kW),

Qr,vyk = 24 . 3600 . 0,4. 15 800 . (20 – 4,3)/31 . 202 = 55 862 471 850 J/rok
Qr,vyk = 55 862,5 MJ/rok = 15 517,36 kWh/rok = 15,52 MWh/rok

Délka vytápění u přímotopného podlahového elektrického vytápění je 4 až 6 hodin [2].

Potřeba energie u ostatních spotřebičů v rodinném domě
U podlahového nízkoteplotního vytápění se spotřeba plynu kotlem přepočítává podle dodavatele plynu SPP podle tarifu D3: 1 kWh = 0,0461 € + v každém měsíci platí fixní sazba 7,75 € a spotřeba elektrické energie podle tarifu DD2: 1 kWh = 0,1395984 €. Při vytápění přímotopnými elektrickými odporovými kabely se nevyžaduje plynová přípojka a u elektrického sporáku lze získat po dohodě s elektrárnami zvýhodněnou dvoutarifní sazbu DD5. Vyšší tarif je od 7.30 do 8.30 hod., od 9.30 do 10.30 hod., od 20.30 do 21.30 hod, od 22.30 do 23.30 hod., a to ve výši 0,3179472 € za 1 kWh. Ostatních 20 hodin je v nízkém tarifu, který představuje 0,1123872 € za 1 kWh. Tarify týkající se spotřeby elektrické energie byly získány od Západoslovenských elektráren (ZSE).

Ekonomická analýza
Pro ekonomické zhodnocení alternativ vytápěcích soustav je třeba stanovit investiční náklady u každého typu podlahového vytápění.

Investiční náklady u nízkoteplotního podlahového vytápění
Ceny jednotlivých komponentů v tab. 3 byly stanoveny podle ceníků jednotlivých firem. Cena za běžný metr trubky na podlahové vytápění je 1,96 €.

Investiční náklady u systému s přímotopnými elektrickými odporovými kabely
Ceny jednotlivých komponentů v tab. 4 byly stanoveny podle firemních ceníků.

Zhodnocení ekonomické výhodnosti
Zhodnocení ekonomické výhodnosti vybraných typů podlahového vytápění je zřejmé z obr. 2 a 3. Celkové investiční a provozní náklady jsou u daného konkrétního objektu vyšší u teplovodního podlahového vytápění než u elektrického podlahového vytápění.

Závěr
Na základě ekonomické a energetické analýzy vyšly investiční náklady u elektrického podlahového vytápění o 46,8 % a provozní náklady o 6,6 % výhodnější v porovnání s teplovodním podlahovým vytápěním. I když samotné provozní náklady na vytápění jsou nižší u teplovodního podlahového vytápění, po využití zvýhodněného tarifu na spotřebu elektrické energie u ostatních spotřebičů vyšly celkové provozní náklady u elektrického podlahového vytápění nižší. Na základě těchto skutečností by bylo v tomto rodinném domě výhodnější realizovat typ podlahového vytápění přímotopnými elektrickými odporovými kabely.

Ing. Martin Šimko
Obrázky: archiv autora
Příspěvek vznikl v rámci projektu VEGA 1/1052/11.
Autoři působí na Katedře technických zařízení budov Stavební fakulty STU v Bratislavě.

Literatura
1.    Petráš, D. – Koudelková, D.: Teplovodné a elektrické podlahové vykurovanie. Bratislava: JAGA Group, 2004.
2.    Petráš, D. – Lulkovičová, O. – Takács, J. – Bašta, J. – Kabele, K.: Vykurovanie rodinných a bytových domov. Bratislava: JAGA Group, 2005.

Článek byl uveřejněn v  TZB HAUSTECHNIK.