Je elektřina (ještě pořád) špatná?

Datum: 14.3.2017  |  Autor: Dr.-Ing. Benjamin Krick, Passivhaus Institut Darmstadt, překlad: Petra Šrubařová  |  Zdroj: Zdroj: 20. ročník mezinárodní konference o pasivních domech - Passivhaustagung 2016

Příspěvek zazněl na konferenci Passivhaustagung 2016 v Darmstadtu (SRN) pořádané německým Institutem pro pasivní domy (Passivhaus Institut).

1 Úvod

V roce 2015 zavedl Passivhaus Institut v metodice „PER“ (PER: primary energy renewable = obnovitelná primární energie) nové hodnocení potřeby celkové energie budovy jako alternativu k hodnocení podle potřeby neobnovitelné primární energie (potřeba PE). Nová metodika sleduje neměnný systém budovy zasazený do budoucí situace, kdy bude dokončen „energetický převrat“ (Energiewende) a bude se používat už jen obnovitelná energie. Takový systém je CO2-neutrální, elektřina je „čistá“. Hlavními zdroji primární energie jsou elektřina vyrobená pomocí větru, vody a slunce a též biomasa. Vzhledem k tomu, že obnovitelné zdroje energie (kromě biomasy) jsou značně nestálé, je ukládání energie nutností. Ukládání energie je však spojeno s dalšími ztrátami. V modelu jsou použita krátkodobá úložiště (např. přečerpávací vodní elektrárny, jiné mechanické zásobníky energie, akumulátory) a dlouhodobá úložiště (např. ukládání energie metodou Power-to-Gas /PtG/, tj. sérií chemických reakcí přes výrobu H2 a následně CH4). Elektřina, která přichází ke spotřebiteli, je z podstatné části tvořena aktuálně vyrobenou primární energií (tzv. primární elektřina) dodávanou přímo ze zařízení (např. větrná turbína, fotovoltaické zařízení) a částečně sekundární elektřinou, která je odebírána z úložiště. Přitom se ukazuje, že podíly primární a sekundární elektřiny v ročním průměru výrazně závisí na způsobu použití energie. To je podchyceno pomocí faktorů obnovitelné primární energie, PER-faktorů, lišících se dle způsobu užívání. Pro systémy založené na elektřině vyplývají odpovídající nízké (čili dobré) PER-faktory. Tam, kde je nutno sáhnout k plynným či kapalným palivům, jsou PER-faktory naopak vysoké, protože plyn jako metan, resp. kapalná paliva ve formě metanolu, jsou odebírána z dlouhodobého chemického zásobníku a tím pádem jsou zatížena velkými ztrátami v důsledku energetické přeměny1.

Princip hodnocení podle PER lze použít pro libovolnou lokalitu na světě, pro kterou jsou k dispozici odpovídající klimatická data. To umožňuje korektní hodnocení budovy v jejím klimatickém umístění podle celosvětově stejných kritérií.

V této budoucí situaci obstojí elektřina výrazně lépe než při hodnocení starým systémem PE-faktorů – neboť elektřina je tou hlavní energetickou formou, kterou získáváme z obnovitelných zdrojů energie (OZE). Narážíme na otázku, zda by hodnocení podle PER-faktorů bylo použitelné i v současné době (2016), protože dnes ještě elektřina není vyráběna čistě z OZE a tím pádem je zatím zatížena emisemi CO2. V současnosti by možná přeci jen mohlo být lepší používat systémy na bázi plynu nebo topného oleje místo systémů poháněných elektřinou.

Příspěvek se věnuje právě této otázce, přičemž jsou posuzovány různé varianty zásobování energií ukázkového pasivního domu z hlediska jeho emisí CO2. Je posuzován současný stav i období následujících 15 let, po které se předpokládá užívání oněch technických zařízení. Na závěr budou jednotlivé varianty porovnány podle hodnoticích kritérií, kterými jsou CO2 a PER.

2 Vývoj emisních faktorů CO2 pro elektřinu

Emisní faktory pro přípravu neobnovitelných zdrojů energie jsou v mnoha systémech základem hodnocení. Kvůli výrobě elektřiny jsou dnes mj. spalovány neobnovitelné zdroje energie. Při tom vzniká kromě přirozeného cyklu oxid uhličitý, který podporuje skleníkový efekt, poškozuje tedy klima. Porovnáme-li množství uvolněného CO2 s množstvím vyrobené elektřiny, získáme emisní faktor CO2, který ještě často obsahuje tzv. ekvivalent emisí CO2, což je přepočet emisí jiných škodlivin přispívajících ke skleníkovému efektu na emise CO2. Tento emisní faktor CO2eq, zvaný též GWP (Global Warming Potential), je měřítkem škodlivosti vyrobené elektřiny z hlediska klimatu. Emisní faktory se mohou silně lišit v závislosti na skladbě energonositelů použitých k výrobě elektřiny a účinnosti jejich energetické přeměny. Následující úvahy a porovnání byly provedeny exemplárně pro klimatickou lokalitu Německo. Na pozadí evropských a mezinárodních dohod o ochraně klimatu jsou tyto trendy (i když třeba s jinou dynamikou) do mnoha zemí světa zcela jistě přenositelné.

Vzhledem k tomu, že se účinnost německých elektráren neustále zlepšuje a podíl bezemisních obnovitelných zdrojů stoupá, snižuje se také každým rokem emisní faktor CO2. Tím klesá škodlivost elektřiny pro klima: elektřina je stále čistší.

Obrázek 1 znázorňuje emisní faktor CO2eq pro příklad Německa podle [UBA 2014] v období 1990 – 2014. Protože hodnota původně neobsahovala ekvivalent emisí CO2 za jiné skleníkové plyny, byla upravena podle [GEMIS] z let 2010 – 2013, aby byl zahrnut i tento podíl. Mezi lety 1990 a 2014 klesl faktor ze 780 na 590 g(CO2eq)/kWh. To představuje snížení o téměř jednu čtvrtinu. Průběh snižování emisí v tomto časovém období je přibližně lineární. Pokud bychom v tomto trendu pokračovali, dosáhli bychom roku 2030 (tj. na konci předpokládané doby užívání aktuálně instalovaných technických zařízení) hodnoty faktoru cca 440 g(CO2eq)/kWh, zprůměrováno za období 2015 – 2030 faktor cca 500 g(CO2eq)/kWh. V roce 2050 by emisní faktor činil cca 270 g(CO2eq)/kWh, odpovídající 65 % podílu obnovitelné energie na zásobení elektřinou. Na pozadí Energiewende usilující o 80 % podíl obnovitelných energií působí však tento scénář pesimisticky.

[BMWI 2014] obsahuje prognózu energetického mixu elektřiny pro roky 2020, 2025, 2030, 2040 a 2050. Z těchto údajů vytvořil autor pomocí dat z GEMIS pro rok 2010 emisní faktory (CO2eq) (tj. trojúhelníčky na Obrázku 1). Není zde ještě zohledněno žádné zlepšení účinnosti zařízení. Výsledky pro rok 2050 se víceméně překrývají s upravenou hodnotou dat z UBA. Dopady Energiewende jsou zde jasné, ale budou očividně zřejmé až po nahrazení jaderné energie.

Obrázek 1: Historický vývoj emisního faktoru CO2eq pro výrobu elektřiny v Německu a různé související prognózy (graf vypracoval Passivhaus Institut)
Obrázek 1: Historický vývoj emisního faktoru CO2eq pro výrobu elektřiny v Německu a různé související prognózy (graf vypracoval Passivhaus Institut)

Mnohem optimističtější vývoj předpokládá [GEMIS]. Tam se už pro rok 2020 udává hodnota cca 400 g(CO2eq)/kWh. Pro časové období 2015 – 2030 vychází průměrná hodnota cca 370 g(CO2eq)/kWh.

Emisní faktor pro topný olej činí 320, pro zemní plyn 250 g(CO2eq)/kWh. Při současném emisním faktoru elektřiny ve výši 532 g(CO2eq)/kWh [GEMIS] je lehce patrné, že při použití tepelného čerpadla s SPF  = 2 leží jeho emise na úrovni plynového vytápění (532/2 = 266) a výrazně pod emisemi olejového vytápění. To může být prvním znamením, že už dnes je elektřina dobrou volbou a že výstupy PER-modelu i v současnosti vedou dobrým směrem.

V porovnání se stanovenými hodnotami emisního faktoru CO2 je biomasa s pouhými 25 g(CO2eq)/kWh neporazitelná. Tomu nemůže zásobování teplem z elektřiny konkurovat, dokud bude provozována výroba elektřiny z fosilních paliv. Je však nutno zohlednit: Dostupné roční množství biomasy je omezené, pokud budeme trvat na trvale udržitelném hospodařením s lesním a půdním fondem (k čemuž neexistuje žádná alternativa). Proto bylo v systému PER zavedeno pevně stanovené množství biomasy vyjádřené množstvím energie ve výši 20 kWhPER/(m2a). Bude-li toto množství překročeno, znamená to, že biomasa není v požadovaném rozsahu k dispozici všem uživatelům a musí se proto počítat s hodnotami pro odpovídající náhradní energonositel. Vyjdeme-li z potřeby celkové dodané energie pro teplou vodu a vytápění budovy ve výši 40 kWh/(m2a) a využití hnědouhelných briket (v zimním období lze zakoupit v každém hobby marketu) jako náhradního energonositele, přičemž uvažujeme, že PER-faktor = 1,1, vychází střední emisní faktor:


[HU…hnědé uhlí; PER…obnovitelná primární energie; Efin…energie dodaná do budovy]

který leží na úrovni zemního plynu.

3 Posouzení různých variant zásobování energií

3.1 Model budovy

Model budovy použitý pro toto posouzení vychází z domu samotného autora, který byl podrobněji popsán v jiném jeho příspěvku ([Krick 2016a] /pozn. překladatele: v české verzi zatím není k dispozici/) taktéž uveřejněném ve sborníku k 20. ročníku mezinárodní konference Passivhaustagung 2016 (viz

Energeticky vztažná plocha: 160 m2; Měrná potřeba tepla na vytápění: 15 kWh/(m2.a);
Hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m2.K)]: stěna 0,13; střecha 0,09; podlaha 0,16; okna 0,67; Vzduchotěsnost obálky: n50 = 0,4 h-1

Obrázek 2). Model byl v různých místech modifikován tak, aby umožnil získat výsledky s obecnější platností. Vymodelován je tedy volně stojící rodinný dům s energeticky vztažnou plochou 160 m2 a měrnou roční potřebou tepla na vytápění 15 kWh/(m2.a).

Energeticky vztažná plocha: 160 m2; Měrná potřeba tepla na vytápění: 15 kWh/(m2.a);
Hodnoty součinitele prostupu tepla U [W/(m2.K)]: stěna 0,13; střecha 0,09; podlaha 0,16; okna 0,67; Vzduchotěsnost obálky: n50 = 0,4 h-1

Obrázek 2: Budova, která je základem pro výpočty (pasivní dům z balíků slámy postavený v Seeheimu), pohled z jihozápadu (vlevo), ložnice v 1. patře (vpravo) a údaje o budově potřebné pro studii (dole)
Obrázek 2: Budova, která je základem pro výpočty (pasivní dům z balíků slámy postavený v Seeheimu), pohled z jihozápadu (vlevo), ložnice v 1. patře (vpravo) a údaje o budově potřebné pro studii (dole)

Ve vzdálenosti 9 m od jižní fasády stojí štítová stěna sousední budovy, která způsobuje velké zastínění, což pro městskou zástavbu není nic neobvyklého. Dům je vybaven vysoce účinnými elektrospotřebiči a osvětlení v plném rozsahu zajišťují svítidla s LED (90 lm/W pro účely tohoto posouzení, 110 lm/W ve skutečnosti). Potřeba elektrické energie domácnosti tak činí 9,1 kWh/(m2.a), což odpovídá 1,45 MWh/a (takto nízká hodnota je objasněna v [Krick 2016a]). Běžná potřeba elektrické energie německých domácností leží mezi 3,5 – 5 MWh/a [stromverbrauch].

3.2 Posuzované varianty dodávky energie

Celkem bylo posuzováno 9 variant (viz níže). Pro všechny je společné: solární panely pokrývají přibližně celou jižní střechu. Kromě varianty 8 (kompaktní jednotka) dodávají topné systémy energii do plošného vytápění (topné rohože ve stropech a stěnách). U všech variant s centrální přípravou teplé vody (TV) je použito dobře izolované, 10 m dlouhé, cirkulační vedení (přívod a zpátečka) a celkem 9 m odboček, které vedou k 5 odběrným místům. V porovnání s praxí obvyklou bohužel ještě i dnes je centrální systém přípravy teplé vody tímto proveden velmi účinně. Zdroj tepla a zásobník tepla jsou umístěny uvnitř tepelné obálky. Je instalována vzduchotechnická jednotka se zpětným získáváním tepla (ZZT) (účinnost rekuperace 94 % s výjimkou kompaktní jednotky, tam je účinnost jen 78 %).


Varianta 1: Kondenzační olejový kotel (účinnost 93 %, faktor energetické přeměny pro vytápění + přípravu TV: 1,08) dodává teplo do zásobníku, ze kterého se odebírá teplo na vytápění a přípravu TV. Faktor energetické přeměny pro distribuci TV: 1,41, dodaná energie do budovy (TV): 20,2 kWh/(m2.a). Faktor energetické přeměny pro rozvody tepla: 1,0, dodaná energie do budovy (vytápění): 15,7 kWh/(m2.a). Potřeba pomocné energie činí (vč. větrání) 3,7 kWh/(m2.a). Na střeše jsou instalovány fotovoltaické (FV) panely o ploše 54 m2. Produkce: 5,6 MWh/a.


Varianta 2: Stejná jako varianta 1, ale s plynovým kondenzačním kotlem (účinnost 99 %); faktor energetické přeměny pro vytápění + přípravu TV: 1,06; dodaná energie do budovy (vytápění): 14,9 kWh/(m2.a).


Varianta 3: Stejná jako varianta 2, ale s vakuovým trubicovým kolektorem o ploše 6 m2, který slouží i k přitápění. Plocha FV panelů je snížena na 48 m2 a jejich produkce je 5,0 MWh/a. Potřeba dodané energie na vytápění činí celkem 15 kWh/(m2.a), z toho 11,8 kWh/(m2.a) dodává plyn a 3,2 kWh/(m2.a) (tj. 21 %) solární systém. Přípravu teplé vody pokrývá solární systém z 59 % (10,7 kWh/(m2.a)), plyn zajišťuje 8,8 kWh/(m2.a), celkem to je 19,4 kWh/(m2.a). Potřeba pomocné energie mírně klesá na 3,6 kWh/(m2.a). Spotřeba čerpadla solárního systému byla s rezervou vykompenzována nižším využitím kotle.


Varianta 4: Stejná jako varianta 3, ale s kotlem na pelety. Účinnost kotle je 82 %, faktor energetické přeměny pro vytápění + přípravu TV je vyšší: 1,44. Při stejné energetické produkci solárního systému stoupá potřeba dodané energie na 20,4 kWh/(m2.a) pro vytápění a na 21,3 kWh/(m2.a) pro přípravu TV. Potřeba pomocné energie také mírně vzrůstá na 3,8 kWh/(m2.a).


Varianta 5: Termický solární systém je zvětšen na 16 m2, plocha FV panelů je kvůli tomu snížena na 36 m2 a vyrábí 3,7 MWh/a. Zbývající energii zajišťuje elektrická topná tyč. Vytápění je v tomto případě pokryto solárním systémem ze 42 %. 58 %, tj. 8,8 kWh/(m2.a), dodává elektrická topná tyč. Celkem vychází potřeba dodané energie na 15,1 kWh/(m2.a), což přesně odpovídá roční potřebě tepla na vytápění, protože faktory energetické přeměny technických zařízení a distribuce tepla jsou rovny 1. Solární systém zajišťuje 69 % teplé vody, 31 %, čili 14,8 kWh/(m2.a), dodává elektrická topná tyč. Potřeba pomocné energie klesá na 3,2 kWh/(m2.a).


Varianta 6 je čistě elektrická. Topí se např. elektrickým plošným přímotopem. Potřeba dodané energie odpovídá potřebě tepla na vytápění. O přípravu teplé vody se starají decentrální průtokové ohřívače řízené elektronikou. Jsou potřeba jen velmi krátké rozvody k místům odběru TV (celkově 3 m) a nevznikají také žádné ztráty v důsledku ukládání TV jako při zásobníkovém ohřevu. Faktor energetické přeměny přípravy TV klesá na 1,04 (dříve 1,41). Navíc je zabudován systém pro zpětné získávání tepla z teplé vody použité na sprchování, což snižuje potřebu tepla na sprchování o 50 % (jmenovitý výkon tepelného výměníku 66 %). Tím klesá potřeba dodané energie pro přípravu TV na 6,9 kWh/(m2.a). Plocha FV panelů: 54 m2.


Varianta 7: Stejná jako varianta 6, ale s tepelným čerpadlem země/voda (TČ) užívaným k vytápění. Systém pracuje bez zásobníku vody. Pro vyrovnání nerovnoměrnosti mezi produkcí a spotřebou slouží akumulační hmota stěn a stropů. Zemním vrtem do hloubky 10 m v kombinaci s podlahovým topením je dosaženo sezónního topného faktoru (SPF) 3,3. Potřeba dodané energie na vytápění klesá na 4,5 kWh/(m2.a).


Varianta 8: Stejná jako varianta 1, ale s tepelným čerpadlem země/voda pro vytápění i přípravu TV. Sezónní topný faktor (SPF) = 2,9 s třemi vrty á 40 m. Kvůli nižšímu SPF je potřeba dodané energie na vytápění ve výši 4,8 kWh/(m2.a) o něco vyšší než ve variantě 7. Pro teplou vodu je to 6,2 kWh/(m2.a), což je kvůli ztrátám zásobníku a rozvodů a také kvůli chybějící rekuperaci teplé vody jen o něco méně než ve variantě 6.


Varianta 9: Použitá kompaktní jednotka dosahuje se svým tepelným čerpadlem vzduch/vzduch SPF 2,0. Kvůli nízké účinnosti ZZT zde činí potřeba tepla, na rozdíl od všech ostatních variant, 16,4 kWh/(m2.a). Potřeba dodané energie na vytápění činí 7,1 kWh/(m2.a) a na přípravu teplé vody 9,4 kWh/(m2.a).

3.3 Výsledky

Obrázek 3 (vlevo) ukazuje potřebu dodané energie pro všechny varianty a také produkci fotovoltaiky. Dle očekávání má varianta s kotlem na pelety nejvyšší potřebu dodané energie, a to z důvodu nízké účinnosti kotle na biomasu. Předvídatelné byly také nízké hodnoty potřeby dodané energie u čistě elektrických variant, a to díky ročnímu topnému faktoru tepelného čerpadla, resp. díky tomu, že zde nefigurují ztráty kotle a rozvodů. Překvapivé je, že varianty 8 (TČ pro vytápění a přípravu TV) a 7 (kombinace TČ pro vytápění a průtokového ohřevu + ZZT z teplé vody) vycházejí stejně. Z hlediska výroby energie mají solární termické systémy na výsledky negativní dopad, protože zbývá méně místa pro fotovoltaiku.

Obrázek 3: Potřeba dodané energie (vlevo) a emise CO2 (vpravo) po jednotlivé varianty zásobování energií
Obrázek 3: Potřeba dodané energie (vlevo) a emise CO2 (vpravo) po jednotlivé varianty zásobování energií

Obrázek 3: Potřeba dodané energie (vlevo) a emise CO2 (vpravo) po jednotlivé varianty zásobování energií

Obrázek 3 (vpravo) znázorňuje emise CO2 za rok 2015. Pro výpočet byl použit emisní faktor podle [GEMIS] pro rok 2015, tj. hodnota 532 g(CO2eq)/kWh. V závislosti na konkrétní variantě leží emise v rozmezí 1,3 – 2,9 tun CO2eq za rok. Pro porovnání: běžná čtyřčlenná domácnost v Německu vygeneruje pouze elektřinou spotřebovanou v domácnosti cca 2,7 tun ročně, vůz Volkswagen Golf TDI při 10 000 najetých kilometrech uvolní emise o množství cca 1,5 tuny CO2eq.

Je pozoruhodné, že dominantní zde jsou emise CO2, jejichž vzniku se zabránilo díky výrobě elektřiny fotovoltaikou. Byl zde použit korekční faktor podle [GEMIS] po odečtení emisí vznikajících při výrobě elektřiny fotovoltaikou. Takový výpočet je přípustný jen, dokud fotovoltaické instalace skutečně nahrazují elektřinu ze starých elektráren.

Výsledky na straně spotřeby jsou překvapivé. Kotel na topný olej (varianta 1), který má už i dnes nejvyšší emise, má skoro stejné výsledky s elektrickou variantou 6 (přímotopné vytápění + ZZT z teplé vody) (pro porovnání viz [Feist 1997], tehdy byla přímotopná elektřina výrazně škodlivější). Díky nižší spotřebě přímotopné varianty z důvodu ZZT z teplé vody, neexistujících ztrát zásobníku, ztrát rozvody a ztrát zdroje tepla se potřeba dodané energie snižuje natolik, že stále poněkud vyšší emisní faktor pro elektřinu v roce 2015 je s rezervou kompenzován. Plynová varianta (varianta 2) vychází přibližně stejně jako varianta 9 s kompaktní jednotkou a jako varianta 5 s velkou solární instalací s elektrickým dohřevem, která byla na objektu ve skutečnosti realizována. Nevýhodou poslední zmíněné varianty je nižší produkce elektřiny z fotovoltaiky. Podobné emise dosahují rovněž obě varianty s tepelným čerpadlem (var. 7 a 8) a plynový kotel se solárními kolektory (varianta 3). U varianty 3 solární termické kolektory opět snižují produkci fotovoltaiky. Nejlépe obstála v bilanci emisí CO2 za rok 2015 varianta 4 s kotlem na pelety, a to z důvodu nízkého emisního faktoru paliva. Nebyla zde však zohledněna omezení maximálního použitelného množství biomasy.

Zajímavě vypadá přímé započtení emisí na straně potřeby za emise na straně výroby, jejichž vzniku se podařilo zabránit. Takové započtení je přípustné pouze za (pochybného) předpokladu, že každá kilowatthodina vyrobená fotovoltaikou také skutečně nahradí kWh elektřiny ze starých elektráren na fosilní paliva. I zde dosahuje nejlepších hodnot varianta 4 (pelety). Z důvodu menší plochy fotovoltaických panelů jsou varianty s tepelným čerpadlem (varianty 7 a 8) v těsném závěsu a oddělují se od varianty 4 (plynový kondenzační kotel se solárními kolektory). Výsledky také ukazují, že z hlediska skleníkových plynů není rozdíl v tom, zda je plynový kondenzační kotel kombinován se solárními termickými kolektory nebo s fotovoltaickými panely. Nejhoršího výsledku dosahuje varianta 5, která je v modelové budově ve skutečnosti použita.

Zde prezentované výsledky budou už v blízké budoucnosti použity k lepšímu hodnocení systémů využívajících elektřinu. Pro znázornění prognózy byly výpočty se středními hodnotami uvedenými v kapitole 2 zopakovány pro období následujících 15 let a posčítány (trend GEMIS 370 g(CO2eq)/kWh jako optimistická a trend UBA 500 g(CO2eq)/kWh spíše jako pesimistická prognóza, Obrázek 1). Jak ukazuje Obrázek 4, výzkum potvrzuje další výrazný posun směrem k elektrickým systémům. Tmavě šedé sloupečky znázorňují emise za předpokladu optimistického scénáře, světle šedé ukazují navýšení emisí za předpokladu pesimistického scénáře.

Obrázek 4: Emise CO2eq (2015-2030) pro jednotlivé varianty zásobování energií
Obrázek 4: Emise CO2eq (2015-2030) pro jednotlivé varianty zásobování energií

V levém grafu na obrázku č. 5 jsou zaneseny emise CO2 (UBA 2015-2030) pro jednotlivé varianty na ose x a potřeba obnovitelné primární energie (PER) na ose y. Systémy postavené čistě na plynu a topném oleji dosahují při obou porovnáních (dle osy x i dle osy y) nejhorší výsledky, varianty s tepelným čerpadlem (kromě varianty s peletami) ty nejlepší. Také u kompaktní jednotky je podobné hodnocení.

Obrázek 5: Vlevo: Porovnání variant na základě obnovitelné primární energie (PER) a emisí CO2eq (UBA 2015-2030). Vpravo: Graf obnovitelné primární energie (PER) se znázorněním všech variant.
Obrázek 5: Vlevo: Porovnání variant na základě obnovitelné primární energie (PER) a emisí CO2eq (UBA 2015-2030). Vpravo: Graf obnovitelné primární energie (PER) se znázorněním všech variant.

Obrázek 5: Vlevo: Porovnání variant na základě obnovitelné primární energie (PER) a emisí CO2eq (UBA 2015-2030). Vpravo: Graf obnovitelné primární energie (PER) se znázorněním všech variant.

Z hlediska posuzovaných variant zásobování energií představuje systém hodnocení podle obnovitelné primární energie už dnes dobrou volbu. Velké rozdíly mezi systémy hodnocení se ukazují dle očekávání u biomasy (varianta 4). Také v hodnocení přímotopného systému jsou výraznější odlišnosti. Lepší shody výsledků dosahují hodnoticí systémy, když se použije optimističtější scénář GEMIS 2015-2030. Pak je i přímotopná varianta 6 lepší než plynový kondenzační kotel. Když se započte i produkce fotovoltaiky, relativizuje se také efekt termických solárních panelů.

Na obrázku 5 (vpravo) je graf obnovitelné primární energie z PHPP se znázorněním všech variant. Až na variantu 1 (kondenzační olejový kotel) by všechny systémy umožnily certifikaci pasivního domu. Variantu 1 lze posunout na úroveň pasivního standardu pomocí termických solárních panelů nebo pomocí zpětného získávání tepla z teplé vody. Systém s plynovým kondenzačním kotlem (varianta 2, druhá varianta využívající čistě fosilní paliva) dosahuje úrovně pasivního domu „Classic3“. Všechny ostatní varianty lze klasifikovat jako pasivní domy „Plus3“. Všechny přímotopné varianty a varianty s tepelným čerpadlem mohou zvýšením produkce obnovitelné energie dosáhnout třídy „Premium3“.

Varianty s tepelným čerpadlem evidentně dosahují zvlášť dobrých výsledků a nejen díky snížení emisního faktoru CO2eq elektřiny mají největší potenciál:

Varianta 7 (TČ pro vytápění a decentrální průtokový ohřev vody s ZZT teplé vody) dosáhla vynikajících výsledků a vychází nastejno s variantou 8 (TČ pro vytápění i přípravu teplé vody). Varianta 7 má oproti variantě 8 následující výhody: Není potřeba zásobník, žádné cirkulační potrubí nebo náročné rozvody. Tím se toto řešení stává nekomplikovaným z hlediska teplé vody, cenově příznivým a navíc bezpečným z hlediska rizika šíření legionely. Také se snižuje podíl systému na tepelné zátěži v letním období. Z hlediska vytápění přináší odpojení tepelného čerpadla od systému přípravy teplé vody rovněž podstatné výhody: Stačí nižší výkon (při SPF > 3 postačí pro rodinný dům zpravidla elektrický výkon 500 W), teplota topné vody na vstupu může být nižší, což prospívá účinnosti tepelného čerpadla. Díky nízké potřebě tepla výrazně klesá náročnost napojení zdroje. Popsaný systém by se měl vejít do obalu velikosti krabice od banánů.

Také s přímotopným systémem dodávky energie je nyní možné dosáhnout standardu pasivního domu. Toto tvrzení platí nezávisle na použitém systému hodnocení, platí tedy jak pro metodiku PER, tak i pro předchozí metodu hodnocení primární energie (PE). Už při konverzním faktoru 3,0 pro elektřinu by všechny zde prezentované varianty dodržely kritérium 120 kWh/(m2.a) primární energie. Důvod takového výsledku nespočívá ve způsobu hodnocení, ale v dostupnosti nových, resp. vylepšených komponentů, zde zejména zpětného získávání tepla z teplé vody, osvětlení a úsporných domácích spotřebičů. To, jestli je elektrický přímotopný systém dobrým řešením také z hlediska ekonomického, je otázkou k objasnění.

4 Shrnutí

V rámci našeho zkoumání bylo zjištěno:

  1. Použití elektřiny pro vytápění v Německu se už ani dnes nemůže označovat jako špatné. Naopak: V kombinaci s tepelným čerpadlem a systémy pro zpětné získávání tepla z teplé vody (nebo jinými metodami ke snížení potřeby, např. úsporné armatury) dosahují systémy na bázi elektřiny nejlepší výsledky. To platí především v kombinaci s fotovoltaickou produkcí elektřiny.
  2. Jak z hlediska fosilních systémů, tak z hlediska systémů s tepelným čerpadlem docházejí hodnocení podle PER i podle CO2eq už dnes k výsledkům stejného charakteru. Hodnocení podle PER je tedy v tomto kontextu už dnes dobrou a bezpečnou volbou.
  3. Vývoj cenově výhodných, energeticky úsporných systémů vytváří, společně se změnou struktury energetických zdrojů, nový prostor pro různé, cenově výhodné systémy zásobování energií. Nezávisle na volbě systému hodnocení tak přispívají ke vzniku velmi dobých budov, které dokáží splnit i ty nejnáročnější cíle ochrany klimatu.

5 Zdroje

[BMWI 2014]Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose. Studie zadaná německým Spolkovým ministerstvem pro hospodářství a technologie, č. 58/12, Berlin, 2014.
[Feist 1997]Feist, W.: Anforderungen an die Haustechnik im Passivhaus. Uveřejněno v publikaci: Arbeitskreis kostengünstige Passivhäuser, Protokollband Nr. 6. Passive House Institute, Darmstadt, 1997.
[Feist 2016]Feist, W. (vydavatel): Tagungsband zur 20. Internationalen Passivhaustagung 2016 in Darmstadt (Sborník z konference Passivhaustagung 2016), Passivhaus Institut, Darmstadt, 2016.
[GEMIS]IINAS GmbH (Mezinárodní institut pro analýzy a strategie trvalé udržitelnosti), Darmstadt: soubory výsledků GEMIS pro rok 2005 z GEMIS 4.6, všechny ostatní z GEMIS 4.94.
[Krick 2016a]Krick, B.: Ein Passivhaus aus Strohballen (Pasivní dům z balíků slámy), uveřejněno v [Feist 1997].
[stromverbrauch]www.stromverbrauch-haushalt.de (stav ke dni 10.1.2015)
[UBA 2015]Icha, P., Umweltbundesamt (Spolkový úřad pro životní prostředí): Vývoj měrných emisí oxidu uhličitého německého energetického mixu elektřiny v letech 1990 – 2014. Dessau-Roßlau, 2015. (Na základě údajů Spolkového statistického úřadu a dalších zdrojů.)

1 Jednoduchou alternativou by bylo používat i v budoucnosti – alespoň po určitou dobu – ještě zemní plyn z neobnovitelných zdrojů místo systému „Power-to-Gas“. Tento zemní plyn by však byl stále zatížen emisemi CO2. Jak by mohlo toto alternativní řešení fungovat: Vždy v době nadbytečné energetické produkce by byly tyto energetické přebytky intenzivně využívány k redukci CO2 v atmosféře. Pokud takový koncept může fungovat s nižšími výdaji než systém PtG, lze to vzít v každém případě v potaz. Náklady a energetická náročnost pro „odchyt CO2“ („CO2-capture“) musí být však připočítány zemnímu plynu nadále užívanému v zimním období. V ekologické bilanci to vede k hodnotám, které se od těch zde použitých příliš neodlišují.

2 Pozn. překladatele: SPF (seasonal performance factor) je v reálném provozu naměřený sezónní topný faktor

3 Pozn. překladatele: Passivhaus Institut rozlišuje při klasifikaci pasivních domů kategorie „Classic“, „Plus“ a „Premium“ pro které platí, že kromě požadované maximální potřeby tepla na vytápění ve výši 15 kWh/(m2.a) nesmí objekt potřebovat více než 60 (Classic) / 45 (Plus) / 30 (Premium) kWh/(m2.a) obnovitelné primární energie, pasivní dům Plus a Premium současně musí – vztaženo na zastavěnou plochu – vyrobit min. 60 (Plus), resp. 120 (Premium) kWh/(m2.a) energie.

 

Hodnotit:  

Datum: 14.3.2017
Autor: Dr.-Ing. Benjamin Krick, Passivhaus Institut Darmstadtpřeklad: Petra Šrubařová



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Google+  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (17 příspěvků, poslední 17.03.2017 22:33)


Projekty 2017

Partneři - NZEB

logo KNAUF INSULATION
logo BUDERUS
logo HELUZ
logo FENIX

Odborný garant

Odborná spolupráce

 
 

Aktuální články na ESTAV.czVodní elektrárnu staví již přes 45 let. Stavbu dokončí čínská firmaAirbnb omezí v Paříži pronájmy na 120 dní v roce pouze v bytech v centruCez zimu si dajte urobiť ponuku na zariadenia OZE a na jar máte energie takmer zadarmoMěsta s nejvíce znečištěným ovzduším na světě