Žijeme v dobe, v ktorej si väčšina rozumne zmýšľajúcich ľudí naplno uvedomuje potrebu úspor energií. Jedným z aktívnych opatrení k zlepšovaniu životného prostredia je povinnosť stavať budovy s takmer nulovou spotrebou energií, ktorá sa nás bude týkať už po 1. januári 2021.
Klimatické zmeny nás dennodenne presviedčajú, že sa k prírode musíme stavať zodpovednejšie. Veď chceme našu planétu zachovať v použiteľnom stave aj ďalším generáciám. Ľudstvo svojou bezohľadnou činnosťou za posledné desaťročia vytvorilo na Zemi hlboké jazvy, z ktorých sa bude len veľmi ťažko spamätávať. Našťastie si to začína uvedomovať a prijíma opatrenia na spomalenie devastácie životného prostredia.
Zatepľovať stavby sme sa za posledných 20 – 30 rokov už vcelku naučili. Dnes už prebieha ďalšia etapa, v ktorej sa na základe energetickej bilancie opakovane zatepľujú budovy, ktoré už boli v minulosti zateplené. A to tak, aby spĺňali požiadavky vyššieho štandardu. Akokoľvek dobre zateplená budova však má svoje požiadavky na potrebu tepla a elektrickej energie. K dispozícii sú tu viaceré ekologické technológie, z ktorých sa dá pre každú stavbu a domácnosť ušiť riešenie na mieru, a ktoré sa stávajú čoraz bežnejšou súčasťou nehnuteľností. Pozrime sa teda bližšie aspoň na niektoré z nich.
Využitie slnečnej energie
Energiu Slnka využíva človek od nepamäti, aj keď dnes už v trochu sofistikovanejšej podobe. Vzhľadom na to, že na kúrenie a ohrev teplej vody môže spotrebovať priemerná domácnosť až 80 % celkovej spotreby energie, solárna technika má zelenú. Zo slnka získavame pomocou solárnych tepelných panelov alebo solárnych kolektorov teplo vo forme teplej vody či vody na vykurovanie alebo elektrickú energiu prostredníctvom fotovoltických panelov.
Solárne kolektory
Solárne kolektory zachytávajú na absorbčnej vrstve slnečné žiarenie a premieňajú ho na teplo. Táto vrstva musí vykazovať čo najväčšiu pohltivosť (absorpciu slnečného žiarenia) a zároveň čo najmenšiu emisivitu (vyžarovanie tepla, aby čo najmenej slnečného žiarenia odrazila späť do okolia). Zachytené teplo sa odvádza teplonosným médiom prúdiacim v rúrkach do výmenníka tepla, kde dochádza k ohrevu vody. Kvôli lepšej účinnosti systému sú kolektory umiestnené v tepelne izolovanom ráme prekrytom sklom. Sklo ochraňuje absorpčnú vrstvu pred poškodením, zároveň vytvára vzduchovú izolačnú vrstvu, ktorá zabraňuje únikom tepla do okolia a umožňuje bezproblémový prechod slnečného žiarenia k absorbéru. Vyššiu účinnosť dosahujú trubicové kolektory, pri ktorých je absorbér s trubicami umiestnený vo vákuu.
Solárne kolektory sa umiestňujú s orientáciou na juh, pričom odchýlky do 30° od južného smeru sa prejavujú len minimálnym znížením účinnosti. Nasmerovanie zariadení na východ alebo západ je sprevádzané znížením účinnosti, a tým aj potrebou väčšej plochy kolektorov. Druhým rozhodujúcim parametrom pri montáži kolektorov je nastavenie uhla sklonu. Ten by mal byť medzi 20 až 60°. Z polohy slnka na oblohe v letnom a zimnom období vyplýva, že menší uhol sklonu kolektorov prináša zvýšenie solárneho výkonu v lete a väčší uhol zvyšuje solárny výkon v zime.
Fotovoltické panely
Slúžia na výrobu elektrickej energie. Základnou funkčnou časťou fotovoltického systému je solárny panel, ktorý priamo premieňa slnečnú energiu na elektrickú. Vyrobená elektrická energia sa spotrebováva priamo na mieste na zabezpečenie prevádzky budovy. Jej prebytky je možné pre neskoršiu spotrebu uskladniť v batériách, čo je však sprevádzané ďalšími vstupnými nákladmi na zriadenie tejto alternatívy. Odpredaj prebytočnej elektrickej energie je tiež možný, avšak podmienky výkupu sa pomerne často menia a jednotlivé spoločnosti majú k veci odlišné prístupy. Odporúčame preto overenie konkrétnych podmienok spätného výkupu v mieste vášho bydliska.
Prvé fotovoltické zariadenia pracovali ako monokryštalické panely, ktoré boli časom nahradené lacnejšími polykryštalickými panelmi na báze kremíka. Oba druhy zariadení dosahujú najvyššiu účinnosť pri priamom dopade slnečného žiarenia. Modernejšie panely pracujú ako tenkovrstvové – tu je vrstva amorfného kremíka s prímesami nanesená v tenkej vrstve na rôzne druhy materiálov. Takto vyrobené panely majú síce nižšiu účinnosť, sú však výrazne lacnejšie a navyše nie sú závislé na priamom slnečnom žiarení.
Účinnosť fotovoltických panelov je pomerne nízka. Pohybuje sa v rozmedzí od 5 až do 17 %. Ak by sme uvažovali, že slnko žiari s výkonovou hustotou 1000 W/m2, tak solárny článok dokáže vyprodukovať za optimálnych podmienok maximálne 170 W/m2. Z tohto predpokladu vyplýva, že na produkciu 1 kWh elektrickej energie zo slnka budeme s určitou rezervou potrebovať asi 7 m2 solárnych panelov.
Pre montáž fotovoltických panelov platia analogické pravidlá ako pre solárne kolektory. Odchýlka do 30° od južnej orientácie panelov zodpovedá zníženiu účinnosti o 5 až 10 %. Uhol sklonu panelov by mal byť v rozmedzí 25° až 40°.
Montáž solárnych zariadení
Solárne zariadenia pre bytovú výstavbu sa montujú najčastejšie rovnobežne nad rovinou strešnej krytiny. V prípade, že sklon strechy nezodpovedá požadovanému sklonu zariadenia alebo ide o plochú strechu, sa solárne zariadenia montujú do špeciálnych hliníkových držiakov umožňujúcich nastaviť požadovaný sklon. Vzhľadom na vyššiu hmotnosť zariadení sa nosná konštrukcia strechy v mieste upevnenia zosilňuje. Solárne zariadenia je možné namontovať na akúkoľvek strešnú krytinu. Výrobcovia krytín vo vlastnom záujme v tejto oblasti spolupracujú a pravidelne prinášajú nové technické riešenia. Dnes sú už na trhu k dispozícii panely, ktoré je možné priamo zabudovať do strešnej roviny. Vyznačujú sa vynikajúcimi estetickými vlastnosťami. Bonusom je úspora financií za krytinu.
Kontrola je dôležitá
Mimoriadnu pozornosť je potrebné venovať kontrole tesnosti všetkých prestupov cez strešnú rovinu, aby sa zabránilo zatekaniu zrážkových vôd do strešného plášťa. Rovnako je dôležité napojenie systému na domové inštalácie. Súhra strechárov, inštalatérov a elektrikárov je nevyhnutná. Originálne montážne príslušenstvo je zárukou bezchybnej inštalácie a funkčnosti systému.
Využitie tepelnej energie vody, zeme a vzduchu
Ak hovoríme o zelených technológiách, určite nesmieme zabudnúť na veľkú skupinu zariadení, označovaných ako tepelné čerpadlá, ktoré umožňujú získať pre budovy teplo na ohrev úžitkovej vody a vykurovanie. Tepelné čerpadlá pracujú na podobnom princípe ako chladničky. Ak sa na ich činnosť pozrieme s troškou fantázie a z opačnej strany, tak v princípe odoberajú teplo chladeným potravinám a následne týmto teplom vyhrievajú miestnosť, v ktorej je chladnička umiestnená. Rovnako tak tepelné čerpadlá odoberajú teplo z okolitého prostredia (zo zeme, z vody, zo vzduchu), ktoré je navyše v podstate neobmedzené, a vyhrievajú ním obytné priestory budov, prípadne sa teplo použije na iné účely. Využívajú pri tom ešte jeden fyzikálny jav. Aby teplo získané z okolitého prostredia bolo možné využiť v praxi, je potrebné previesť ho na vyššiu teplotnú hladinu. To je možné vďaka stlačeniu pár chladiva v kompresore. Pri procese stláčania dochádza k jeho zahriatiu.
Okienko do histórie
Princíp činnosti tepelného čerpadla je známy už viac ako 100 rokov. Môžeme byť hrdí na to, že konštruktérom prvého tepelného čerpadla na svete bol Aurel Stodola. Jeho dielo z roku 1928 funguje dodnes a vykuruje radnicu v Ženeve, pričom teplo odoberá z vody Ženevského jazera. Rozmach využívania tepelných čerpadiel nastal však až v období začiatku zvyšovania cien energií v sedemdesiatych rokoch minulého storočia.
V praxi sa využívajú tri typy tepelných čerpadiel, ktoré sa navzájom líšia druhom média, z ktorého získavajú energiu:
1. Tepelné čerpadlá typu vzduch/voda patria k najpoužívanejším. Čerpadlo získava energiu z okolitého vonkajšieho vzduchu. Čím je vyššia teplota vonkajšieho vzduchu, tým je väčší tepelný zisk týchto čerpadiel, avšak možno ich prevádzkovať s prijateľným výkonom – aj pri vonkajších teplotách do -15 °C.
2. Tepelné čerpadlá typu voda/voda využívajú ako zdroj energie vodné nádrže, vodné toky či studne. Tepelný zberač je kvôli stabilite teploty umiestnený na dne vodného zdroja, ktorý musí byť v prijateľnej vzdialenosti od nehnuteľnosti využívajúcej tento typ zdroja energie.
3. V novostavbách sa popularite tešia tepelné čerpadlá typu zem/voda. Tepelný zberač sa umiestňuje do zeme v nezamŕzajúcej hĺbke. Tento typ tepelných čerpadiel je vlastne zariadením typu voda/voda, pretože do tepelného čerpadla vstupuje voda ohriata v zemi.
Viete, čo je COP?
Ak chcete zistiť, akú účinnosť má konkrétne tepelné čerpadlo, sledujte výkonové číslo COP (Coefficient of Performance), nazývané aj vykurovací faktor. Jeho hodnota vám napovie, aký je pomer medzi výkonom a energetickým príkonom – čiže energiou, ktorú čerpadlo skutočne vyrobí, a energiou, ktorú spotrebuje pri svojej prevádzke. Čím je číslo vyššie, tým je aj účinnosť tepelného čerpadla lepšia. Nezabudnite však zistiť, za akých podmienok bol koeficient určený, t. j. pri akej teplote primárneho média (A) a teplote výstupnej vykurovacej vody (W).
Pri tepelných čerpadlách platí, že kúri tým lacnejšie, čím je menší rozdiel medzi teplotou prostredia, z ktorého energiu získavame, a teplotou vody na vykurovanie. Vzhľadom na to vychádza najekonomickejšie použitie tepelného čerpadla typu zem/voda napojeného na podlahové vykurovanie, ktoré je nízkoteplotné. Protipólom tohto riešenia potom bude tepelné čerpadlo typu vzduch/voda pripojené k radiátorom.
Nielen vykurovanie, ale aj chladenie
V dnešnom období nás zaujíma nielen energetická bilancia vykurovacieho procesu v zimnom období, ale čoraz častejšie aj bilancia za chladenie budov v letnom období. Mnohé tepelné čerpadlá sú schopné otočiť svoj chod – reverzovať, a tým odoberať teplo z obytných priestorov a odovzdávať ho do zeme, vzduchu alebo do vody. V porovnaní s klasickou klimatizáciou sú náklady pri takejto technológii približne polovičné.
Doba návratnosti
Základným a prakticky aj jediným kritériom na vyhodnotenie ekonomickej efektívnosti investície vloženej do systému tepelného čerpadla je doba návratnosti tejto investície. Keďže náklady na inštaláciu tepelných čerpadiel niekoľkonásobne prevyšujú náklady na klasické zariadenia, úsporu je potrebné zabezpečiť čo najväčším stlačením prevádzkových nákladov, predovšetkým nákladov na pohonnú energiu tepelného čerpadla.
Podľa prof. Ing. Václava Havelského, PhD., z Ústavu tepelnej energetiky Strojníckej fakulty STU „závisí úspora prevádzkových nákladov na pohonnú energiu predovšetkým od hodnoty dosiahnutého sezónneho výkonového čísla COP konkrétnej inštalácie, ktoré je okrem klimatických podmienok v mieste inštalácie dané najmä typom vykurovacej sústavy (pri veľkoplošných vykurovacích sústavách možno použiť výrazne nižšiu teplotu vykurovacej vody, čo vplýva na výrazné zvýšenie hodnoty COP), možnosťou celoročného využitia tepelných čerpadiel, technickou dokonalosťou jednotlivých komponentov systému (najmä typom kompresora) a ďalšími parametrami konkrétneho systému aj vykurovacej sústavy.“ Je teda zrejmé, že ekonomickú efektívnosť investície na tepelné čerpadlo možno určiť len výpočtom času návratnosti v podmienkach konkrétnej aplikácie (článok Mýty a fakty o tepelných čerpadlách, TZB Haustechnik).
Efektivita a návratnosť investícií
Ak očakávate, že vám presne vyčíslime návratnosť investícií vložených do vybranej zelenej technológie vyjadrenú napríklad v mesiacoch, mýlite sa. Nie je to možné. Návratnosť týchto technológií sa pohybuje v rokoch, najčastejšie je to v rozmedzí 7 až 10 rokov. Do bilancie návratnosti investície však vstupuje viacero faktorov. Od nadobúdacích cien technológií, cez požiadavky domácnosti (budovy) na potrebu energií, ich ceny, až po vývoj klimatických pomerov a iné.
V každom prípade môžeme skonštatovať, že pokrok v technológiách a stúpajúci záujem o ne je sprevádzaný postupným poklesom cien týchto zariadení. Občas sa objavia dotačné programy, ktoré dokážu zelené technológie ešte viac sprístupniť verejnosti. Určite je však záujem o zelené technológie vecou osobných postojov dotknutých strán. Ak má občan aktívny záujem o ochranu životného prostredia, netreba ho o potrebe inštalácie zelených technológií vôbec presviedčať. V tejto oblasti by mal víťaziť nad ekonomickými úvahami zdravý rozum a túžba po tom, aby sme zanechali našu planétu v dobrej kondícii aj pre ďalšie generácie.
Čo je dobré si zapamätať?
- Využívanie alternatívnych zdrojov energie je nezastaviteľný trend smerujúci k ochrane životného prostredia.
- Solárne kolektory sú zariadenia, pomocou ktorých získavame zo slnečného žiarenia teplo určené na ohrev vody na vykurovanie alebo na priame využitie.
- Fotovoltické zariadenia slúžia na výrobu elektrickej energie.
- Tepelné čerpadlá sú zariadenia na získavanie tepla z energie vody, vzduchu alebo zeme.
- Zelené technológie sú pomerne náročné na vstupné investície, pomáhajú však chrániť životné prostredie.
- Návrh a montáž zelených technológií je nutné zveriť do rúk odborníkov.
