Je elektrické vytápění nízkoenergetických domů efektivní?

Výstavba nízkoenergetických a pasivních domů je nastupujícím trendem, a to nejen z důvodu stále rostoucích cen energií. Jedním z charakteristických rysů těchto staveb je nízká potřeba energie na vytápění. Tento faktor nutí projektanty i zákazníky k zamyšlení, jaký systém vytápění bude nejvhodnější. Jestliže se už investor rozhodne pro stavbu nízkoenergetického či pasivního domu, předpokládá, že účet za vytápění bude nízký. Přímo se pak nabízí myšlenka znásobit tuto úsporu použitím otopného systému s co nejnižšími provozními náklady – kondenzačním kotlem nebo tepelným čerpadlem. Paradoxně však v tomto případě nemusí patřit volba těchto zdrojů k nejšťastnějším.

Pro objekty, jež se svými parametry blíží k hranici nízkoenergetického domu (NED), již totiž není důležitějším faktorem pouze cena samotné energie, ale významný vliv hrají také pořizovací náklady, provozní náklady a životnost systému a jeho komponentů. Potřeba energie na vytápění je zde již tak malá, že například u tepelných čerpadel může být návratnost investice delší než životnost zařízení. A tak přestože dokážou tepelná čerpadla vyrobit teplo s nejnižšími náklady, při zohlednění těchto parametrů je zřejmé, že v určitých případech nemusí jít o výhodnou investici.

Nejvýhodnější poměr mezi investicemi, provozními náklady a návratností naopak v určitých případech vykazují elektrické přímotopné systémy, které obecně nejsou vnímány jako úsporné. Při srovnání elektrického vytápění s plynovými nebo kondenzačními kotli hraje nezanedbatelnou roli tzv. nízký tarif, ve kterém jsou v objektech s elektrickým vytápěním provozovány 20 hodin denně veškeré elektrospotřebiče. NED spotřebují přibližně 40 % energie na vytápění, zbytek celoroční spotřeby tvoří osvětlení a domácí spotřebiče – pračka, sušička, varná konvice, mikrovlnná trouba atd. Uživatel tak může mít až 60 % energie za poloviční cenu ve srovnání s domácností s plynovým kotlem.
–>–>
Elektřina versus plyn
Teoretické výpočty ukazují, že u NED jsou roční provozní náklady při vytápění plynem a elektřinou téměř stejné a u pasivních domů elektřina vychází už dokonce lépe (obr. 1). Je nutné poznamenat, že se jedná o teoretický výpočet, v praxi díky vyšší účinnosti a lepší regulovatelnosti vychází elektrické přímotopné systémy ještě výhodněji. Pokud zahrneme do srovnání také náklady na pořízení topného systému, dojdeme k výsledkům uvedeným v tabulce 1.

Obr. 1: Porovnání ročních nákladů na vytápění, TV a elektřinu (teoretický výpočet)

Tab. 1  Porovnání podlahového vytápění elektrickými topnými kabely a fóliemi s teplovodním podlahovým vytápěním s plynovým kotlem

Z uvedeného srovnání vyplývá, že budeme-li počítat s tabulkovými náklady na energie, pak u nízkoenergetického domu s plynovým kotlem zaplatíme za energie ročně o 3 503 Kč méně. Za 20 let tedy teoreticky uspoříme 70 tisíc korun. Za pořízení otopného systému jsme však hned na začátku zaplatili o 110 tisíc korun více. Tedy ani za 20 let provozu se nám dle teoretického výpočtu v porovnání s elektrickým vytápěním investice do teplovodního systému nevrátí.

Zkušenosti z provozu NED
Teoretické výpočty byly v praxi ověřovány v nízkoenergetickém domě v Moravanech u Brna (REP-HOUSE), který vznikal ve spolupráci autora projektu se společností Fenix Jeseník. Majiteli domu je velmi blízké téma tepelné ochrany budov, a proto souhlasil, že jeho rodinný dům může být malou laboratoří.  Od počátku bylo jeho hlavním cílem navrhnout dům s vnitřní tepelnou pohodou během celého roku při dosažení co nejnižších nákladů.

Velmi malá potřeba energie na vytápění přiměla autora projektu k důkladnému rozboru, jaký vlastně zvolit nejvhodnější systém vytápění svého domu. Prvním krokem bylo porovnání a vyhodnocení investičních a provozních nákladů na vytápění, ohřev TV a spotřebu elektrické energie. Porovnání bylo provedeno pro variantu vytápění zemním plynem a elektřinou. Byly zohledněny nejen náklady na vytápění, ale i na ohřev TV a na elektřinu pro domácnost.

Popis domu
Dům je jednopodlažní se sedlovou střechou (atriový) s velkými okny orientovanými na jih, s celkovou podlahovou plochou 130 m² a úložným prostorem v podkroví 30 m². Obvodové zdivo tvoří sendvičová struktura z cihlových bloků o tloušťce 300 mm a fasádního polystyrenu EPS o stejné tloušťce. Projekt počítal se zateplením stropní i podlahové konstrukce, konkrétně u stropu šlo o PUR desky o celkové tloušťce 300 mm, podlaha pak byla zateplena polystyrenem EPS 150 mm.

Na základě projektu byla vypočtena roční spotřeba energie na vytápění a ohřev TV 4 200 kWh a spotřeba elektrické energie – 2 500 kWh. Pro výpočet provozních nákladů bylo potřeba vzít v úvahu konkrétní místní podmínky, dle kterých se stanovil vhodný tarif (zemní plyn: Jihomoravská plynárenská, a. s. – místní distributor plynu, kategorie domácnost, roční odběr se pohybuje v pásmu 1,89 až 9,45 MWh/rok; elektrická energie: E.ON Energie, a. s. – místní dodavatel, kategorie domácnost, jistič nad 3 × 20 A do 3 × 25 A včetně).

Klasická vytápěcí teplovodní soustava byla vyloučena a nahrazena podlahovým vytápěním v podobě elektrických topných prvků: vytápěcími fóliemi Ecofilm, topnými rohožemi Ecofloor pod dlažbou a vytápěcími stropními fóliemi Ecofilm C umístěnými pod sádrokartonovým obkladem. Provozní teplota topné fólie je ve srovnání s jinými topnými médii (např. voda, olej) velmi dobře regulovatelná, čímž lze flexibilně a přesně nastavovat požadovanou komfortní či útlumovou teplotu v čase. Přesnost regulace je důležitá pro vytvoření stabilního komfortního prostředí a pro úsporu nákladů na vytápění.

Elektrické fólie instaloval autor projektu do pracovny, ložnice, dětského a obývacího pokoje, jídelny, šaten a chodby, kde jsou součástí povrchové vrstvy plovoucí laminátové podlahy. Ve dvou místnostech byla pod sádrokartonovými obklady stropů umístěna topná fólie Ecofilm C. Tenký profil této topné fólie nenarušuje vzhled místnosti, teplota se dá velmi dobře regulovat a nedochází k vysušování vzduchu jako u konvenčních systémů s vyšší povrchovou teplotou otopných těles. Šířka instalované fólie přesně odpovídala doporučené rozteči nosných prvků sádrokartonových konstrukcí a bylo možné je instalovat přímo na tyto nosníky bez nutnosti dalších úprav konstrukce. V technické místnosti, koupelně s WC, kuchyni a spíži tvoří povrchovou vrstvu podlahy keramická dlažba, a autor proto pro vytápění použil elektrické topné rohože Ecofloor, které jsou pod tento typ podlahy vhodnější.

Výsledky studie
Celková spotřeba elektrické energie činí 8 MWh, což odpovídá přibližně 800 m³ zemního plynu nebo 800 kg černého uhlí. V celkové spotřebě domu je třeba rozlišit měřením spotřebu elektřiny na vytápění, tedy energii, která projde systémem elektrického vytápění s instalovaným výkonem 4,5 kW. Skutečná spotřeba elektrické energie pro vytápění byla 3,5 MWh. Pasivní zisky objektu se významně podílely na krytí potřeby energie – 60 % energie na ohřev TV (především v letním období) pokrývaly solární kolektory (obr. 3 a 4).

Obr. 3:  Přehled vyrobené a spotřebované energie v hodnoceném domě

Obr. 4: Graf spotřeby a výroby energie během roku (zahrnuty zisky ze solárních kolektorů)

Díky velmi dobré tepelné izolaci obálky budovy dochází v domě k účinné redistribuci tepla. Nízká potřeba tepla také umožňuje snadněji docílit rovnoměrného rozložení teploty vzduchu v místnostech, nedochází k nadměrnému osálání nebo proudění vzduchu (tab. 2). Teploty vzduchu byly měřeny při zapnutém vytápění v průběhu jednoho dne v ustáleném stavu a byly zprůměrovány (obr. 2). Měřicí body byly umístěny ve výšce 20, 160 a 250 cm od podlahy v dětském pokoji (stropní vytápění) a obývacím pokoji (podlahové vytápění).
Teploty na povrchu stěnových konstrukcí jsou téměř konstantní a blíží se teplotě vzduchu v místnosti, která se pohybuje okolo 22 °C.

Tab. 2  Vertikální teplotní profil při zapnutém systému vytápění (nucené větrání vypnuté)

Obr. 2  Vertikální teplotní profil měřený ve dvou obytných místnostech

Pouze v některých částech dochází k mírnému snížení povrchové teploty v místě tepelného mostu. Jedná se například o napojení podlahy obvodové stěny a okenního nebo dveřního rámu a ostění (16 až 20°C). Jde o malý pokles vysoko nad teplotou rosného bodu a mimo riziko růstu plísní.

Závěr
Analýza nákladů ukázala, že cena za vytápění elektrickou energií je sice dražší v porovnání s vytápěním plynovým kotlem, ale po zohlednění nákladů na elektřinu v domácnosti dochází k úspoře nákladů asi o 1 000 Kč (při současné ceně). Výpočty potvrdily, že projekt s elektrickým topným systémem je ekonomicky efektivní, uživatelé navíc ocenili i jeho dynamiku, snadnou regulovatelnost a vysoký uživatelský komfort.

Z měření i ze zkušeností obyvatelů domu lze konstatovat, že pro pasivní dům je elektrické vytápění (stěnové a podlahové) velmi vhodné. Nízkoteplotní vytápění je hygienicky příznivé, nevysušuje vzduch a nevíří prach. Lze jej dobře regulovat, a tím dochází k úsporám energie na vytápění a snižuje se energetická náročnost objektu.

Pořizovací náklady byly porovnány s domem o shodné velikosti a ve standardním provedení. U hodnoceného domu vytápěného elektrickým vytápěním bylo zjištěno navýšení ceny přibližně o 9 % z celkové ceny domu. Některé konstrukce byly navrženy jinak, a proto byly naopak levnější než ty standardní. Náklady na vytápění se při současných cenách energií pohybují mezi 6 až 7 000 Kč, návratnost vyšší investice na realizaci lze (při pětiprocentním růstu cen energií ročně) odhadnout na šest let. Návratnost solárních kolektorů, které v letním období zajišťují většinu ohřevu TV, je odhadována přibližně na 10 let.

Projekt nízkoenergetického domu s elektrickým podlahovým a stropním vytápěcím systémem se v reálném provozu ukázal jako velmi ekonomický a uživatelsky komfortní.

Ing. Peter Šovčík
Autor působí jako externí konzultant společnosti Fenix Holding.

Obrázky: autor
Foto: Fenix

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.