Kaj za energijsko učinkovitost stavb pomenijo uradno objavljeni faktorji primarne energije za sisteme daljinskega gretja
Pred mesecem je član UO MSS PI Henrik Glatz pripravil novico z naslovom »Faktorji primarne energije, energetski izkoristki, trajnostni kazalniki in izpusti ogljikovega dioksida sistemov daljinskega ogrevanja in hlajenja v letu 2023«, ki ga je pripravila Agencija za energijo. V dokumentu so podani tudi faktorji in vrednosti za sisteme daljinskega gretja (SDO), za primere treh večjih mest so za potrebe tega bloga predstavljene tudi na sliki 1. Faktorji in kazalniki so neobhodno potrebni za izračun kazalnikov energijske učinkovitosti stavb za področje proizvodnje in pretvarjanja energij po določilih PURES za dokazovanje doseganja skoraj nič-energijskosti projektiranih stavb, vendar njihov manko, tako se vsaj zdi, ni ravno oviral izdelovalcev tozadevnih izkazov.
Slika 1: Faktorji neobnovljive, obnovljive in skupne primarne energije ter specifični izpusti CO2 za SDO Ljubljana, Maribor in Ptuj.
Vrednosti za SDO-je so še posebej pomembne zato, ker je priključitev stavb nanje navadno predpisana, največkrat s sklicevanjem na LEK[1] in s tem na doseganje energijske učinkovitosti, varčevanja z energijo, uporabo obnovljivih virov in izboljšanje zraka na območju skupnosti. V Ljubljani je zato od leta 2016 v veljavi Odlok o prioritetni uporabi energentov za ogrevanje na območju Mestne občine Ljubljana (Ur. l. RS, št. 41/16). V njegovem 4. členu je določen prioritetni vrstni red za stavbe, katerih potrebna toplota za ogrevanje Q(NH), izračunana po SIST EN ISO 13790[2], je večja od 7000 kWh. Gretju s sončnim obsevanjem na prvem mestu sledi na drugem uporaba odpadne toplote z rekuperacijo toplote ali iz plinaste biomase, na tretjem mestu sistem daljinskega ogrevanja. Uporaba aerotermalne energije s toplotnimi črpalkami je šele na šestem mestu, še to za primer stavbe »izven območja sistema daljinskega ogrevanja in sistema oskrbe z zemeljskim plinom«. V četrtem odstavku istega člena je podana tudi zahteva po izdelavi izvedljivosti uporabe toplote iz sistema daljinskega ogrevanja za pridobivanje energije za hlajenje stavbe, če je letno potrebna hladilna energija večja od 250.000 kWh ali hladilna moč večja od 250 kW.
V nadaljevanju je prikazana primerjava določenih energijskih kazalnikov, za primer fiktivne, nove projektirane pisarniške stavbe v Ljubljani, pri čemer se uporabi za gretje sistem daljinskega gretja, uporaba kotla na plin in (sicer nedovoljena) aerotermalna toplotna črpalka. Stavba ima letno grelno potrebo v višini 15 kWh/m2a, katere ključna energijska rezultata za primer priključitve na sistem daljinskega gretja (SDO), to je potrebna neobnovljiva primarna energija (EPnren,an) in razmernik OVE (ROVE), sta prikazana v razpredelnici 1. Iz nje izhaja potreben delež neobnovljive energije 16,5 kWh/m2a in računski delež OVE 15,2 %. Kazalnik izpustov CO2 znaša 5139,8 g/m2a (15,0 kWh/m2a * 342,654 g/kWh).
Razpredelnica 1: Energijska kazalnika za poslovno stavbo, priključeno na ljubljanski SDO.
Razpredelnica 2 prikazuje rezultat za enako stavbo, le da ta uporablja plinski kotel z letnim izkoristkom 100 %. TSS za svoje delovanje potrebujejo enako količino neobnovljive primarne energije kot pri daljinskem gretju, to je 16,5 kWh/m2a, vendar pri tem ni dosežen prav nikakršen delež OVE. Kazalnik izpustov CO2 znaša 3300,0 g/m2a (15,0 kWh/m2a * 220 g/kWh), kar je manj kot v primeru uporabe SDO (64%).
Razpredelnica 2 prikazuje rezultat za enako stavbo, le da ta uporablja plinski kotel z letnim izkoristkom 100 %. TSS za svoje delovanje potrebujejo enako količino neobnovljive primarne energije kot pri daljinskem gretju, to je 16,5 kWh/m2a, vendar pri tem ni dosežen prav nikakršen delež OVE. Kazalnik izpustov CO2 znaša 3300,0 g/m2a (15,0 kWh/m2a * 220 g/kWh), kar je manj kot v primeru uporabe SDO (64%).
Razpredelnica 2: Energijski rezultat za stavbo, priključeno na plinovod.
Za tretjo primerjavo uporabim še stavbo, katere vir toplote predstavlja toplotna črpalka s temperaturnim razponom 50/42 °C, ki uporablja aerotermalno energijo. Upoštevajoč vremenske podatke za značilno meteorološko leto v Ljubljani znaša povprečna zunanja temperatura zraka v obdobju gretja, kot to izkazuje slika 2, +2,2 °C.
Slika 2: Na medmrežni strani ARSO navedeni mesečni temperaturni podatki za Ljubljano.
ASHRAE Standard 90.1-2022 predpisuje najnižjo energijsko učinkovitost za hidronične toplotne črpalke in ohlajevalnike na način, kot to delno prikazano na sliki 3.
Slika 3: Predpisana energijska učinkovitost za hidronične toplotne črpalke in ohlajevalnike.
Ob vnosu vrednosti iz standarda v graf za vse tri temperaturne razpone in oba temperaturna stanja zunanjega zraka za toplotne črpalke vrste »Zrak/Voda« za izbrani temperaturni razpon 50/42 °C, je pri zunanji temperaturi +2,2 °C zahtevan najnižji COPH = 2,35.
Slika 4: Predpisana energijska učinkovitost za hidronične toplotne črpalke v odvisnosti od temperaturnega razpona in zunanjega zraka.
Razpredelnica 3 prikazuje rezultat enake stavbe, ki uporablja kot vir gretja hidronično aerotermalno toplotno črpalko, delujočo s temperaturnim razponom 50/42 °C, z letno najnižjo še predpisano energijsko učinkovitostjo COPH = 2,35. V tem primeru grelni TSS za svoje delovanje potrebuje samo 9,6 kWh/m2a neobnovljive primarne energije in dosega 40 % delež OVE! Kazalnik izpustov CO2 znaša 2679,8 g/m2a (6,38 kWh/m2a * 420 g/kWh), kar predstavlja zgolj 52,1% (2679,8/5139,8) v primerjavi z uporabo SDO in 81,2 % (2679,8/3300,0) v primerjavi z uporabo plina.
Razpredelnica 3: Energijski rezultat za stavbo, ki uporablja aerotermalno toplotno črpalko.
V nadaljevanju sledi še primerjava uporabe daljinskega sistema gretja kot vira toplote za hlajenje z absorpcijskim ohlajevalnikom in hladilnim stolpom[1] za primer iste stavbe s potrebnim hladom v višini 65 kWh/m2a v primerjavi z zračno hlajenim, električno gnanim ohlajevalnikom. Za enostopenjski absorpcijski hladilniki je privzet letni COPC = 0,75, za električno gnanega kot predpisan v na sliki 3 predstavljeni razpredelnici ASHRAE za pot B[2], to je IPLV = 4,4, kar je smiselno za primer poslovne stavbe s spreminjajočo obremenitvijo.
Razpredelnica 4: Energijska kazalnika za hlajenje poslovne stavbe z absorpcijskim ohlajevalnikom, priključenim na ljubljanski SDO.
Razpredelnica 5: Energijska kazalnika za kompresorsko hlajenje poslovne stavbe.
Za primer hlajenja poslovne stavbe se izkaže, da sam ohlajevalnik za svoje delovanje potrebuje v primeru priključitve na SDO 95,1 kWh/m2a oziroma v primeru uporabe električnega kompresorja samo 22,2 kWh/m2a neobnovljive primarne energije, pri čemer je v prvem primeru dosežen 15,2 % in v drugem kar 40,0 % delež OVE! Kazalnik izpustov CO2 znaša pri priključitvi na SDO 29.697,8 g/m2a (86,67 kWh/m2a * 342,654 g/kWh) in pri kompresorskem hlajenju 6203,4 g/m2a (14,77 kWh/m2a * 420 g/kWh), kar predstavlja samo 20,1% (6203,4/29.697,8) emisije hlajenja z uporabo SDO.
Zaključek: Iz prikazanega izhaja, da sistem gretja poslovne stavbe v Ljubljani[3] s specifično grelno porabo 15 kWh/m2a, ki uporablja hidronično toplotno črpalko z okoliškim zrakom kot virom energije s celoletno energijsko učinkovitostjo COPH = 2,35, to je s standardom ASHRAE še dovoljeno najnižjo, izkazuje mnogo boljša ključna energijska kazalnika in nižjo emisijo ekvivalenta CO2 kot enak sistem gretja stavbe, priključen na sistem daljinskega gretja (SDO). To še toliko bolj velja za primerjavo sistemov hlajenja s specifično hladilno porabo 65 kWh/m2a, prvega s toplo vodo gnanim absorpcijskim ohlajevalnikom in drugega z električno gnanim kompresorjem. Povzetek za en in drug TSS gretja in hlajenja stavbe je prikazan v razpredelnici 6.
Razpredelnica 6: Primerjava energijskih kazalnikov in ekvivalenta CO2 pri gretju in hlajenju poslovne stavbe, priključene na SDO in elektriko kot virom energije za ta dva TSS.
Za inženirje, delujoče na področju energijske učinkovitosti stavb, z izrecno zahtevo gradnje samo še sNES, in s sprejetjem nove EPBD, o kateri ste bili obveščeni preko novice, ki prinaša ostrejše zahteve po razogljičenju stavb, takšen rezultat zanesljivo predstavlja »težavo«, o kateri bomo razpravljali na prvi seji UO MSS, predvidoma 4. septembra. V kolikor želi kdo pri tej točki v sodelovati, je dobrodošel, nujno je le, da se par dni prej za najavi v tajništvu IZS.
Novico pripravil predsednik Matične sekcije strojnih inženirjev, Mitja Lenassi, univ.dipl.inž.str., PI, CxA, BEMP
[1] EZ-1 v 29. členu opredeljuje Lokalni Energetski Koncept (LEK), za pripravo katerega v evropskih direktivah sicer ni zaslediti zahteve.
[2] Standard SIST EN ISO 13790 je razveljavljen in nadomeščen s SIST EN ISO 52016-1:2017.
[3] Potrebna električna energija za delovanje ventilatorjev hladilnega stolpa v izračun ni vključena.
[4] Pot A je namenjena aplikacijam z delovanjem pri pretežno polni obremenitvi (FL), pot B aplikacijam z delovanjem pri delnih obremenitvah. Pot B se navadno uporablja pri sistemih s kompresorji s spremenljivo hitrostjo, ki uporabljajo pretvornike, kar ima za posledico nekoliko nižjo učinkovitost pri polni obremenitvi, vendar boljšo učinkovitost pri delni obremenitvi.
[5] Ob pregledu podatkov še za druga dva SDO, je upravičeno pričakovati mnogo boljše rezultate za SDO Ptuj, za SDO Maribor ne.