Autor: Marko Čavar
Ciljana publika:
Predstavnici gradova, županija i javnih ustanova, donositelji odluka, voditelji projekata energetske obnove, energetski menadžeri te stručnjaci uključeni u pripremu i provedbu ulaganja u javne zgrade.
Ključne riječi (SEO):
dizalice topline, odabir dizalice topline, energetska obnova javnih zgrada, dizalica topline zrak-zrak, dizalica topline zrak-voda, dizalica topline voda-voda, dizalica topline tlo-voda, plitka geotermalna energija, niskotemperaturno grijanje, potrošna topla voda, energetski koncept, priključna snaga, cjeloživotni troškovi, dekarbonizacija zgrada, projekt CROSS
Zašto odabir dizalice topline nije jednostavna odluka?
Dizalice topline danas su jedna od ključnih tehnologija u projektima energetske obnove javnih zgrada. Omogućuju elektrifikaciju grijanja, učinkovito hlađenje prostora i smanjenje uporabe fosilnih goriva. Ovisno o konfiguraciji, isti sustav može osigurati grijanje, hlađenje i pripremu potrošne tople vode (PTV).
Ipak, odluka o ugradnji dizalice topline tek je početak procesa. Mnogo je važnije utvrditi koja tehnologija najbolje odgovara konkretnoj zgradi. Upravo se na tom koraku često rade najveće pogreške. U praksi se nerijetko bira rješenje koje je najpoznatije ili najčešće korišteno, umjesto onoga koje najbolje odgovara stvarnim potrebama objekta.
Prije svega treba razlikovati dva osnovna slučaja. Prvi se odnosi na zgrade koje imaju mogućnost priključenja na učinkovit centralizirani toplinski sustav (CTS). U takvim objektima dizalice topline mogu služiti za hlađenje, pripremu PTV-a ili raditi zajedno s toplinskom mrežom kao dopunski izvor energije. Takvi sustavi nude više tehnički opravdanih kombinacija i zahtijevaju zaseban pristup.
Ovaj članak usmjeren je na drugi, zahtjevniji slučaj: zgrade koje nemaju mogućnost priključenja na centralizirani toplinski sustav, pa dizalice topline postaju glavni izvor energije za grijanje, hlađenje i, prema potrebi, pripremu PTV-a. U takvim projektima posebno dolazi do izražaja važnost dobro izrađenog energetskog koncepta.
Na raspolaganju su četiri osnovne tehnologije: zrak-zrak, zrak-voda, tlo-voda i voda-voda. Sve rade prema istom termodinamičkom principu, ali se razlikuju prema izvoru iz kojeg preuzimaju energiju. Taj izvor snažno utječe na učinkovitost, način izvedbe, tehničke zahtjeve i dugoročne troškove rada.
U praksi je prvi izbor često dizalica topline zrak-voda. Riječ je o dobro poznatoj tehnologiji koja ne zahtijeva geotermalne sonde ili zdence. Priprema projekta zato je jednostavnija, a početna investicija u pravilu niža. No jednostavnija priprema ne znači nužno i najbolje dugoročno rješenje.
Energetski koncept ne postoji kako bi potvrdio unaprijed donesenu odluku. Njegova je zadaća pronaći najbolje rješenje za konkretnu zgradu.
Energetski koncept određuje izbor tehnologije
Odabir dizalice topline ne počinje usporedbom kataloga proizvođača niti odabirom uređaja određene snage. Prvi korak je razumjeti kako zgrada funkcionira i koje su njezine stvarne energetske potrebe. Upravo je to svrha energetskog koncepta – objediniti tehničke, energetske i ekonomske zahtjeve projekta te na temelju njih odrediti optimalan sustav grijanja, hlađenja i pripreme potrošne tople vode.
Jedan od najvažnijih ulaznih podataka jest namjena zgrade. Dvije građevine jednake površine mogu imati potpuno različite potrebe za energijom. Primjerice, osnovna škola najveći dio energije troši tijekom radnog dana, dok su potrebe za PTV-om relativno male. Bolnice i domovi za starije osobe rade neprekidno tijekom cijele godine, imaju znatno veću potrošnju PTV-a te zahtijevaju stabilne unutarnje uvjete bez većih odstupanja. Uredske zgrade često imaju izraženije potrebe za hlađenjem, dok sportske dvorane karakteriziraju velika povremena toplinska opterećenja i specifični zahtjevi sustava ventilacije.
Ne postoji sustav koji je jednako dobar za sve javne zgrade. Energetski koncept zato mora odgovoriti na pitanje što je objektu doista potrebno prije nego što se počne razmatrati pojedina tehnologija.
Sljedeći korak je definiranje načina na koji će se te potrebe zadovoljiti. Kod manjih i jednostavnijih objekata jedna dizalica topline često može pokrivati grijanje, hlađenje i pripremu PTV-a. Kod većih ili funkcionalno složenijih građevina to nije uvijek optimalno. Tada je često racionalnije razdvojiti sustave. Primjerice, jedna dizalica topline može biti namijenjena grijanju i hlađenju prostora, dok druga priprema PTV. U drugim slučajevima sustav za grijanje može biti odvojen od sustava za hlađenje. Cilj nije povećati broj uređaja, nego omogućiti da svaki sustav radi u režimu u kojem ostvaruje najveću učinkovitost.
Važan dio energetske obnove je i odabir sustava predaje energije. Dizalice topline najveću učinkovitost ostvaruju u niskotemperaturnim režimima rada, što znači da izbor ogrjevnih i rashladnih tijela postaje jedan od ključnih elemenata projekta. Podno grijanje, ventilokonvektori, toplozračni sustavi ili postojeći radijatori rade u različitim temperaturnim režimima i ne postavljaju jednake zahtjeve pred izvor topline. U mnogim projektima upravo se ovaj segment neopravdano zanemaruje, iako može imati presudan utjecaj na učinkovitost cijelog sustava.
Način distribucije energije također utječe na odabir tehnologije. Kod dvocijevnih sustava cijela zgrada u određenom trenutku radi ili u režimu grijanja ili u režimu hlađenja. Četverocijevni sustavi omogućuju istodobno grijanje i hlađenje različitih dijelova zgrade, što može biti posebno važno kod bolnica, većih uredskih zgrada ili drugih objekata složenije namjene. Takva rješenja zahtijevaju veća početna ulaganja, ali u pojedinim slučajevima predstavljaju jedinu racionalnu opciju.
Tek kada su definirani namjena zgrade, način korištenja prostora, potrebe za grijanjem, hlađenjem i PTV-om, temperaturni režimi te sustav distribucije i predaje energije, moguće je objektivno usporediti različite tehnologije dizalica topline. Drugim riječima, tehnologija je rezultat energetskog koncepta, a ne njegova polazna pretpostavka.
Različite tehnologije, različite mogućnosti
Kada su potrebe zgrade jasno definirane, moguće je usporediti različite tehnologije dizalica topline. Iako sve rade prema istom termodinamičkom principu, razlikuju se prema izvoru iz kojeg preuzimaju toplinsku energiju. Upravo taj izvor u najvećoj mjeri određuje njihovu učinkovitost, tehničke zahtjeve i područje primjene.
U praksi se kao prvo rješenje najčešće razmatra dizalica topline zrak-voda. Razlog nije teško razumjeti. Tehnologija je dobro poznata, široko dostupna i za njezinu ugradnju nisu potrebne geotermalne sonde niti zahvatni zdenci. Priprema projekta zato je jednostavnija, a početna investicija u pravilu niža. Osim toga, takvi sustavi mogu pokrivati grijanje, hlađenje i pripremu PTV-a, zbog čega predstavljaju kvalitetno rješenje u velikom broju javnih zgrada.
To, međutim, ne znači da su uvijek i najbolji izbor.
Učinkovitost dizalica topline zrak-voda izravno ovisi o temperaturi vanjskog zraka. Upravo kada su potrebe za grijanjem najveće, raspoloživa energija u zraku najmanja je. Zbog toga sustav mora uložiti više električne energije kako bi proizveo jednaku količinu topline. Posljedica nije samo veća potrošnja električne energije, nego često i veća potrebna priključna snaga na elektroenergetsku mrežu.
Zbog toga bi energetski koncept uvijek trebao razmotriti i mogućnost korištenja plitke geotermalne energije, odnosno sustava tlo-voda i voda-voda. Za razliku od vanjskog zraka, temperatura tla i podzemne vode tijekom godine znatno manje oscilira. Takvi uvjeti omogućuju stabilniji rad dizalice topline, posebno tijekom sezone grijanja, kada su zahtjevi sustava najveći. U praksi to često znači veću sezonsku učinkovitost, manju potrošnju električne energije i nižu potrebnu priključnu snagu.
Naravno, plitka geotermalna energija nije univerzalno rješenje. Sustavi tlo-voda zahtijevaju odgovarajuće geološke uvjete i prostor za izvedbu geotermalnih sondi, dok sustavi voda-voda ovise o raspoloživosti, kvaliteti i izdašnosti podzemnih voda. Njihova primjena zato nije moguća na svakoj lokaciji, niti će u svakom projektu biti najisplativiji izbor.
Ne treba zanemariti ni dizalice topline zrak-zrak. Zbog jednostavne ugradnje i niže investicije one imaju važnu ulogu u manjim objektima ili kada je potrebno prvenstveno osigurati hlađenje prostora. U javnim zgradama mogu biti posebno zanimljive kada objekt već ima priključak na centralizirani toplinski sustav, pa nije potrebno projektirati novi hidraulički sustav grijanja. Ipak, u cjelovitim energetskim obnovama, gdje jedan sustav treba osigurati grijanje, hlađenje i pripremu PTV-a, u pravilu se češće primjenjuju hidraulički sustavi.
Ne postoji tehnologija koja je najbolja za sve projekte. Ono što je optimalno za školu ne mora biti optimalno za bolnicu, dom za starije osobe ili upravnu zgradu. Upravo zato različite tehnologije ne treba promatrati kao konkurente, nego kao skup mogućih rješenja između kojih se bira ono koje najbolje odgovara konkretnom objektu.
Najveća pogreška nije odabrati dizalicu topline zrak-voda. Najveća je pogreška nikada ne provjeriti postoji li bolje rješenje. Potencijal plitke geotermalne energije zato ne bi trebalo odbaciti na temelju pretpostavke, nego ga analizirati u sklopu energetskog koncepta te, kada postoje opravdani preduvjeti, potvrditi odgovarajućim istražnim radovima.
Zašto vrijedi istražiti potencijal plitke geotermalne energije?
Jedan od glavnih razloga zbog kojih se sustavi tlo-voda i voda-voda rjeđe primjenjuju u projektima energetske obnove nije njihova tehnička složenost, nego činjenica da zahtijevaju dodatnu pripremu projekta. Za razliku od sustava zrak-voda, njihova primjena često uključuje geološka ili hidrogeološka istraživanja, ispitivanje toplinskog odziva tla, istražne bušotine ili pokusno crpljenje podzemnih voda.
Upravo zbog toga investitori ih ponekad odbace već u početnoj fazi pripreme projekta. Takav je pristup razumljiv, ali nije uvijek opravdan. Bez odgovarajućih istraživanja nije moguće sa sigurnošću znati postoji li na lokaciji potencijal koji bi mogao rezultirati učinkovitijim i dugoročno povoljnijim sustavom.
Važno je naglasiti da istražni radovi nisu sami sebi svrha. Njihov cilj nije dokazati da je geotermalni sustav najbolje rješenje, nego prikupiti podatke potrebne za donošenje kvalitetne investicijske odluke. Jednako vrijedan rezultat može biti i zaključak da lokalni geološki ili hidrogeološki uvjeti nisu pogodni za primjenu takvog sustava. U tom slučaju investitor dobiva potvrdu da je odabir druge tehnologije opravdan i utemeljen na stvarnim podacima.
Najveća vrijednost istražnih radova nije u tome što potvrđuju određenu tehnologiju, nego što uklanjaju neizvjesnost.
To je posebno važno kod javnih investicija, gdje će odabrani sustav biti u uporabi sljedećih dvadeset ili trideset godina. Odluke koje se donose tijekom pripreme projekta imaju dugoročne posljedice na potrošnju energije, troškove održavanja i buduće mogućnosti razvoja sustava. U takvom kontekstu istražni radovi predstavljaju relativno mali dio ukupne investicije, ali mogu imati značajan utjecaj na kvalitetu konačnog rješenja.
Drugim riječima, pitanje nije koštaju li istražni radovi, nego koliki je rizik donošenja investicijske odluke bez njih.
Cjeloživotni troškovi važniji su od početne investicije
Kada se uspoređuju različite tehnologije dizalica topline, najveća se pozornost često posvećuje početnoj cijeni opreme. Međutim, kod sustava koji će biti u funkciji desetljećima, početna investicija predstavlja samo jedan dio ukupnih troškova. Jednako su važni potrošnja električne energije, troškovi održavanja, potrebna priključna snaga, očekivani vijek opreme i mogućnosti budućeg upravljanja sustavom.
Najniža početna investicija nije nužno i najpovoljnija investicija tijekom životnog vijeka sustava.
Dobar primjer predstavlja potrebna priključna snaga na elektroenergetsku mrežu, koja se tijekom pripreme projekta često zanemaruje. U jednoj od analiza provedenih za javnu zgradu procijenjena potrebna priključna snaga iznosila je približno 60 kW za sustav tlo-voda, 62 kW za sustav voda-voda, dok je za sustav zrak-voda bila približno 145 kW. Iako se radi o konkretnom primjeru, a ne univerzalnom pravilu, on jasno pokazuje koliko odabir izvora energije može utjecati na dimenzioniranje elektroenergetskog priključka.
Takva razlika ne znači samo veću ili manju potrošnju električne energije. Veća priključna snaga može zahtijevati rekonstrukciju priključka ili dodatna ulaganja u elektroenergetsku infrastrukturu. To su troškovi koji se često ne vide kada se uspoređuje isključivo cijena same dizalice topline.
Slična logika vrijedi i za promatranje CAPEX-a (investicijskih troškova) i OPEX-a (troškova pogona i održavanja). Sustavi zrak-voda u pravilu imaju niži početni CAPEX jer nije potrebno izvoditi geotermalne sonde ili zdence. S druge strane, sustavi tlo-voda i voda-voda zahtijevaju veće početno ulaganje, ali zbog stabilnijeg izvora energije često ostvaruju niže troškove rada tijekom eksploatacije.
To ne znači da će geotermalni sustavi uvijek biti ekonomski najpovoljniji. Isplativost ovisi o svakom pojedinom projektu, lokalnim uvjetima, načinu korištenja zgrade, cijenama energenata i brojnim drugim čimbenicima. Međutim, iskustva stečena kroz projekt CROSS i druge projekte energetske obnove pokazuju da se sustavi tlo-voda i voda-voda u mnogim slučajevima pokažu povoljnijima kada se promatraju cjeloživotni troškovi, a ne samo početna investicija.
Takvu analizu dodatno mijenja i mogućnost korištenja bespovratnih sredstava. U projektima energetske obnove često se sufinancira značajan dio prihvatljivih investicijskih troškova. To znači da se dio većeg početnog ulaganja može financirati iz dostupnih programa potpore, dok investitor tijekom cijelog životnog vijeka sustava i dalje ostvaruje koristi kroz niže troškove pogona.
Kvalitetan energetski koncept zato ne uspoređuje samo cijenu opreme. On uspoređuje ukupnu vrijednost sustava tijekom cijelog njegova životnog vijeka.
Kvalitetna priprema projekta vodi kvalitetnijim odlukama
Projekti energetske obnove javnih zgrada danas su znatno složeniji nego prije desetak godina. Cilj više nije samo zamijeniti postojeći sustav grijanja ili ugraditi učinkovitiju opremu. Sve se više traže rješenja koja će dugoročno smanjiti potrošnju energije, povećati udio obnovljivih izvora te omogućiti prilagodbu budućim zahtjevima energetskog sustava.
Upravo zato kvaliteta pripreme projekta postaje jednako važna kao i kvaliteta izvedbe. Odluke donesene tijekom projektiranja određuju kako će sustav raditi sljedećih dvadeset ili trideset godina. Ako se pritom zanemare karakteristike zgrade, lokalni potencijali obnovljivih izvora energije ili mogućnost primjene alternativnih tehnologija, propuštene prilike teško je naknadno ispraviti.
Takav pristup promiče i projekt CROSS. Kroz izradu energetskih koncepata, stručnih smjernica i tehničkih podloga projekt potiče sustavno vrednovanje različitih tehničkih rješenja prije donošenja konačne investicijske odluke. Poseban naglasak stavljen je na prepoznavanje potencijala plitke geotermalne energije te na potrebu da se, kada za to postoje tehnički i prostorni preduvjeti, provedu odgovarajuće analize i istraživanja. Cilj nije promovirati određenu tehnologiju, već osigurati da svaka opravdana opcija bude razmotrena prije donošenja konačne odluke.
Takav način razmišljanja postajat će sve važniji u godinama koje dolaze. Javne zgrade više neće biti samo potrošači energije. Sve će češće biti povezane s fotonaponskim elektranama, baterijskim spremnicima energije, sustavima automatizacije i naprednim upravljanjem potrošnjom. Upravo će zbog toga odluke koje danas donosimo pri projektiranju određivati koliko će zgrade sutra biti učinkovite, fleksibilne i spremne za nove zahtjeve energetskog sustava.
Ne postoji najbolja dizalica topline. Postoji samo najbolje rješenje za konkretnu zgradu. Do njega se ne dolazi odabirom najpoznatije tehnologije, nego kvalitetno izrađenim energetskim konceptom, analizom lokalnih uvjeta i usporedbom različitih tehničkih rješenja.
Najskuplja dizalica topline nije nužno ona s najvećom početnom cijenom. Najskuplja može biti upravo ona koja je odabrana bez kvalitetne analize.
