Tone Martinjak

Toplotna črpalka (TČ) zrak-voda je v bistvu samo okrog obrnjeni hladilnik, ki hladi zunanji zrak in greje vodo za v naš ogrevalni sistem: radiatorje ali talno gretje. Nacionalni energetski in podnebni načrt (NEPN) sicer po svoje upravičeno favorizira tip zemlja – voda, ki namesto zraka, kot vir toplote, uporablja v zemlji akumulirano sončno energijo in sicer prek zakopanih plastičnih cevi. Tovrstni sistem je energetsko boljši, investicijsko dražji, a deloma tvegan, saj se lahko pripeti, da bo poraba električne energije (EE) zelo primerljiva sistemu zrak-voda. Poleg tega se uporabljata še geosonda in voda-voda. Samo slednja je po energetskem izplenu res bistveno boljša. Zrak-voda zmaguje predvsem pri obstoječih objektih, kjer je težko pričakovati, da prekopljemo celo okolico hiše. Opozoriti velja na življensko dobo, ki je lahko presenetljivo kratka. Vzrok tiči v odtaljevanju ledu oziroma sreža na zunanji enoti, kar predstavlja velike šoke za vgrajene komponente.

O TČ zrak-voda se v glavnem piše samo lepe reči, le redko o porabi električne energije, ko je res hladno, še redkeje o obremenitvi omrežja. Na to dvoje bi rad opozoril, da se potem, ko bo prepozno, ne bomo sprenevedali.

Plusi

Najprej nekaj o plusih da nam bo jasno, zakaj ta zvrst TČ zmaguje.

Kaj češ lepšega, postavijo ti jo za hišo in lahko pozabiš na ogrevanje. Nekaterim ta luksus veliko pomeni, celo peletne kotle, ki jih je treba redno čistiti in polniti s kurivom, zamenjujejo s TČ. Še slabši so kotli na polena, zato so TČ, posebej za starejše, upravičeno zelo zanimive.

Drugi razlog je seveda subvencionirana cena, EKO sklad povrne do 20% investicije.

Tretji razlog so samooskrbne sončne elektrarne, ki kar kličejo po ogrevanju na elektriko. Vložiš dodatne 4 tisočake v FVE in imaš 5000 kWh za brezplačno ogrevanje, do konca svojih dni.

Hladneje kot je, manjša je moč TČ

Končno smo pri največjem minusu, kateremu je tole pisanje namenjeno.

Kot ime pove, toplotna črpalka črpa toploto in večja kot je razlika med zunanjo temperaturo in temperaturo ogrevalne vode, manjši je izkoristek. Bolje rečeno, manjši je prihranek. V karakteristikah TČ ta podatek označujejo s COP (Coefficient Of Performance) oziroma grelnim številom. Vrednost se giblje od 1, pa vse do 6. 1 pomeni, da TČ nič ne pridela, torej je izhodna toplota enaka vloženi električni energiji. Tipična vrednost je 3, ko ob vloženem 1kW električne moči, dobimo 3kW toplotne moči. Poleg COP se veliko uporablja tudi SCOP, ki podaja sezonsko oziroma povprečno grelno število.

Še veliko večja vzroka za znižanje COP sta visoka temperatura ogrevalne voda in nizka zunanja temperatura. In ko nastopi trda zima, vsi ti omejitveni dejavniki skupaj pošteno znižajo prihranke, celo izničijo jih lahko.

Nižji COP pomeni tudi nižjo moč gretja, na kar se prerado pozablja. Poglejmo podatke za solidno črpalko, primerno tudi za radiatorsko ogrevanje, seveda če je hiša izolirana, radiatorji pa dimenzionirani za neizolirano hišo. Pri zunanji temperaturi 12°C in ogrevalni vodi 35°C (12/35), je vhodna moč 2,49 kW, izhodna pa 10,76 kW. Že pri režimu -2/45°C izhodna moč pade na 6,82 kW, pri -7/50 na 5,99, pri -15/55 pa na 3,92kW, ob povečani vhodni moči 3,26 kW, kar pomeni COP 1,2.

Skratka ko bi pri -15°C res potrebovali vsaj 8kW, na kar aludira oznaka črpalke, imamo samo še slabe 4 kW.

Projektiranje na -5°C

Včasih se je ogrevanje projektiralo na povprečnih -13°C, danes se moč TČ določa na -7 ali celo -5°C zunanje temperature. Temu se pri TČ reče bivalentna točka. Pri tej temperaturi naj bi torej TČ še zmogla pokriti vse toplotne izgube stavbe in največkrat tudi pogrela sanitarno vodo.

Ko temperatura pade nižje, se vklopi pomoč, to so običajni električni grelci, in ko pade temperatura dovolj nizko, se kompresor izklopi in vklopi se še tretji grelec. Naša draga TČ se torej postopoma spreminja v škatlo z recimo tremi 3kW grelci. 9kW naj bi nekako zadostovalo za današnje razmere slabše izolirano večjo hišo iz socialističnih časov in je najvišja moč, ki si jo še smemo privoščiti, pa še to z veliko dozo pazljivosti. Večina naših domov ima namreč 20A varovalke, ki dovoljujejo 3 x 4,6 kW. Dopušča se nekaj rezerve, pri elektronskih števcih z opcijo limitiranja moči, je to natančno definirano. Kriterija izklopa sta 2. Presežen nazivni tok glavne varovalke za več kot 40 % za več kot 90 sekund, in presežena povprečna četrt-urna moč za več kot 10 % od dovoljene, ki je določena z glavno varovalko. Ko katerega prekoračimo, je hiša v temi. Skratka ob hudem mrazu 2kW aparatov praktično ne smete uporabljati, rešitev je večja priključna moč, ki krepko dvigne fiksni strošek na položnici.

Ker delovanje pri zelo nizkem COP nima nekega smisla, lahko pri nekaterih modelih nastavimo temperaturo, ko se kompresor dokončno izklopi in seveda vklopijo grelci. Kompresor se kvari, so besede monterja, ki nam nastavi oziroma svetujejo, da nastavimo višjo temperaturo izklopa kompresorja, kot je to zares potrebno. Itak je vsako leto topleje in dnevov s povprečnimi temperaturami pod ničlo skoraj ni.To se še zlasti počne, če imamo samooskrbno FVE in ocenimo, da bomo imeli viške EE, ki nam jih ne bo nihče plačal.

Kaj pa potrebna moč elektrarn in omrežje

In smo tam, kjer ni muh. Dobesedno. Število TČ bo zaradi zgoraj navedenih razlogov hitro naraščalo. Na trg prihajajo visokotemperaturne variante z najvišjo temperaturo 65°C, kar bo dovolj tudi za res slabo izolirane hiše z radiatorji. Elektrika je poceni, nekateri se v svojih zelo varčnih novogradnjah odločajo za električno talno, ali radiatorsko ogrevanje. Izračunali so, da je to ceneje, kot dodaten ognjevaren prostor za peč in veliko višja začetna investicija. Za rezervo imajo pa itak kamin.

Koliko TČ lahko pričakujemo v naslednjih 10. letih, niti NEPN ne predvideva, zato bo potrebna ocena. V Sloveniji je po zadnjih podatkih SURS 824.618 gospodinjstev. Vsa skupaj letno porabijo 3.327 GWh električne energije, od tega za ogrevanje in sanitarno vodo 900 GWh. Ker SURS ne beleži ogrevanja s klimami, je resnični delež še večji.

Približno 3-krat več energije porabimo za ogrevanje. Nas zanimajo gospodinjstva, ki sama skrbijo za ogrevanje (brez daljinskega ogrevanja), skupaj s pripravo sanitarne vode porabijo 8.790 GWh toplote. To je toplotna energija, ki jo bodo čez 9 let skoraj izključno zagotavljala drva, peleti, toplotne črpalke (TČ) in elektrika (el. radiatorji, IR sevala in talno oziroma stensko gretje). Od kod 9 let? Po letu 2023 bodo prepovedane vse kurilne naprave montirane do vključno 1995 leta, od 2028 dalje pa dovoljene samo naprave stare 20 ali manj let. Za kateri energent se bodo v teh 9. letih gospodinjstva odločala, je odvisno od marsičesa, zato je napoved tvegana.

Sodeč po strmem naraščanju subvencioniranih nakupov TČ, lani 5100 (kotli na les samo 1600), letos verjetno prek 7000, lahko upravičeno pričakujemo, da bo več kot polovica v tem času zamenjanih ogrevalnih sistemov na elektriko. Ker pa jih veliko že ima peči na pelete in uplinjevalne kotle na polena, bomo samo polovici vseh gospodinjstev namenili električno (tudi TČ) ogrevanje.

Trend nakupov TČ se lahko spremeni, vendar bo potrebno ukrepati. Ukinitev subvencij ne bo dovolj. V Nemčiji imajo dvojno ceno EE, pa se še zmerom precej prehaja na ogrevanje s TČ, trenutno približno 4-krat počasneje kot pri nas.

Kot smo videli, se pri ekstremnem mrazu TČ po porabi elektrike izenačijo z ostalimi načini električnega ogrevanja, zato za določitev skupne moči ogreval za vsa “električna” gospodinjstva lahko uporabimo metodo deljenje porabe s približno 2.200. Od 8.700 GWh je dobrih 900 GWh že na elektriki, ostane jih še 7.850 / 2200 = 3.570 MW, polovica od tega je 1.780 novih MW. Recimo, da bo polovica od teh izboljšala izolacijo, zato se moč zmanjša na približno 1.200 MW + sedanjih 410 (900 GWh / 2.200 = 410 MW), skupaj 1.600 MW.

Pri ogrevanju s TČ je skorajda vedno smiselno, da ogrevanje deluje neprekinjeno s stalno ciljno temperaturo v prostoru. In ker so praktično vse novejše TČ inverterske, bodo na leden dan zjutraj skorajda vse trajno delovale s polno močjo. S “polno” močjo, ki smo jo izračunali, se bodo pridružila tudi druga grelna telesa.

Ko bo torej povprečna temperatura pod -10°C, zjutraj -20°C, bodo vsa ta ogrevala zjutraj in tudi dopoldne, zahtevala približno 1,6 GW moči, to sta 2 novi večji nuklearki oziroma skorajda vse, kar trenutno premoremo od elektrarn, ki bodo na mrzlo jutro in čez dan lahko delovale. Kje je še cca 1.500 MW za ostale porabnike!

Boste rekli, kdaj pa bo – 20°? Ne pozabimo, 28.2.2018, na zadnji dan meteorološke zime je bilo na Babnem Polju -24, v Logatcu -22, Velikih Laščah -21, na Letališču Jožeta Pučnika in v Kočevju -20.

Na Primorskem bo sicer topleje, se bodo pa skoraj vsi ogrevali s TČ, mnogi s klimami, ki jih SURS sploh ne vodi, zato naj ostane ta katastrofičen račun kot je.

Ko cifre predstavim lastnikom TČ, jim pade mrak na oči, deloma upravičeno. Večina dosedanjih TČ se uporablja za ogrevanje zelo varčnih hiš s talnim ogrevanjem, ki pri ekstremnem mrazu zahteva temperaturo ogrevalne vode dobrih 30°C in ogrevalno moč približno 3 kW. Naša TČ ima pri teh pogojih moč 5 kW in COP 2.

Zakaj bomba

Da bi naš elektroenergetski sistem deloval varno, mora ELES za naslednji dan vedeti, koliko energije mora zagotoviti. Razloga sta dva. Prvi je očiten – da nas ne izklopijo. Drugi pa v ceni energije. Če gre za napovedani uvoz, je cena EE normalna. Će jo rabimo na vrat na nos, bo veliko višja. Če smo je rezervirali preveč, moramo pa nekaj plačati, čeprav elektrike nismo prevzeli. Na normalen dan uspeva ELES zadeti porabo na nekaj odstotkov natančno.

Zaradi podnebnih sprememb se lahko zgodi, da se nam še leta ne bo zgodil tak mraz kot lani in bomo “paničarji” lezli pod mizo. TČ bodo po večini shajale brez grelcev, to pa pomeni približno trikrat nižjo porabo, to je v našem primeru 400 namesto 1.200 MW, plus še kakih 200 MW manj pri obstoječih električno ogrevanih gospodinjstvih. Torej med zimama z največ -10 in -20°C je lahko razlika tudi do 1.000 MW.

Povprečno gospodinjstvo čez dan potrebuje 1 kW moči, omrežje nam jih lahko zagotovi okrog 5, če je bogato načrtovano, mi pa predvidevamo, da se bo polovica gospodinjstev grela na elektriko oziroma TČ. Ne bo šlo, varovalke v transformatorju bodo začele pregorevati, oziroma avtomati bodo izklapljali cele vasi. Najhuje je, da intervencija vzdrževalcev ne bo pomagala, do prihoda bo poraba kvečjemu večja, vklopil se bo še kak bojler in kalorifer, in napajanja ne bo moč vzpostaviti. Od hiše do hiše in rotiti, naj izklopijo, kar ni nujno in naj tako ostane do otoplitve.

Rešitve

Na Okrogi mizi Pametno ogrevanje za trajnostno prihodnost, na MOS, je problem grelcev omenil samo eden od diskutantov iz občinstva. Splošno je bilo zavedanje o nenapovedljivosti in hudem povečanju porabe. Edina rešitev, ki so jo ponudili, je bil daljinski izklop TČ, če začne primanjkovati EE, v povezavi z akumulacijo toplote v obliki zalogovnika z ogrevalno vodo. O tej rešitvi je govoril tudi prof. Peter Novak, zato sem ga povprašal, kaj je imel v mislih. Zalogovnik naj bi imel približno 50 l/kW moči TČ, uporabili pa bi ga, če TČ že par ur ne deluje. Če smo odkriti, je tako majhen zalogovnik komajda kaj. Resda bomo z njim lahko po 2 urah mirovanja TČ in obtočne črpalke, pogreli radiatorje in to ponovili še parkrat, na vsako nadaljno uro recimo, odvisno od količine vode v sistemu in masivnosti radiatorjev.

500 litrov vode pri ohladitvi iz 50 na 30°C akumulira samo 11,6 kWh toplote. Recimo, da se to zgodi pri srednjem mrazu, ko naša TČ dovaja 5 kW toplote, 500 l vode iz zalogovnika bo lahko nadomestilo dobri 2h nedelovanja TČ, pa še to deloma. Rradiatorji se bodo greli na nižjo temperaturo in to intervalno, da se omogoči plastenje zalogovnika.

Povprečna hiša ima veliko večjo akumulativnost. Če predpostavimo, da se čez noč v 8 urah nedelovanja ogrevanja, sobna temperatura zniža za 2°C, je to 40 kWh (8h x 5 kW). Dobro izolirana masivna hiša se bo ohladila še veliko manj, zato je zalogovnik rešitev le za lahke montažne objekte z veliko manjšo toplotno akumulacijo, drugi pa si bodo morali natakniti puloverje. In ne pozabimo, 500-litrski zalogovnik zavzame prostor in povzroča toplotne izgube.

Virtualna elektrarna

Če veliko TČ povežemo v sistem, ki točno ve, s kakšno porabo EE delujejo črpalke in le te omogočajo daljinski izklop, dobimo virtualno elektrarno. Ko sem prvič slišal za ta pojem, sem zamahnil z roko češ, spet so novinarji vse pomešali, TČ pod nobenim pogojem ne morejo proizvajati EE. Recimo da naše povezane TČ delujejo s 300 MW porabe, sistemskemu operaterju (ELES), ki mora skrbeti, da sta poraba in proizvodnja uravnovešena, pa zmanjkuje 100 MW. V krizni situaciji je praktično vseeno, ali nekje dobi manjko moči, ali izklopi nekaj 10 tisoč TČ.

Morda bomo nekoč TČ najeli, ponudnik pa bo z njihovim izklapljanjem služil cekine, seveda če bomo sklenili ustrezno pogodbo o obsegu izklopov.

V idealni pošteni družbi bi zadeva  delovala, v praksi pa bodo ljudje priklopili el. radiatorje in kaloriferje.

Variabilna (urna) cena elektrike

Elektronski števci lahko beležijo porabo na vsako uro, in podatke pošiljajo operaterju, ki na koncu meseca izračuna ceno. Da bi sistem deloval in zmanjšal porabo, bi se morala cena v kritičnih dneh in urah krepko dvigniti. Morali bi zagotoviti sistem pravočasnega obveščanja o cenah, da bi se ljudje lahko prilagodili… Prezapleteno.

Urna moč

Obstaja preprostejša rešitev, določi se maksimalna povprečna moč, ki jo odjemalec lahko priključi na omrežje. Bistvo je v intervalu povprečenja (1,5 do recimo 6h), ki omogoča, da kratkotrajne večje porabnike uporabljamo normalno, brez omejitev, električno gretje, ki je trajen porabnik, pa se limitira. Skratka kdor ne poskrbi za rezervno ogrevanje, recimo kamin ali staro peč centralnega ogrevanja (če nam jo ne bodo leta 2028 zaplombirali ali nas prijavili sodniku za prekrške), ga elektronski števec odklopi za nekaj časa. Čas se lahko določi na osnovi prekoračitve. Po tem času se je potrebno dvigniti iz kavča in na zunanji omarici aktivirati tipko za povrat napajanja cele hiše. Nekateri distributerji to funkcionalnost elektronskega števca uporablja v skladu s sistemskimi obratovalnimi navodili za distribucijsko omrežje EE, za limitiranje priključne moči (opisano v prvem delu teksta), lahko pa bi dodali recimo:

• Za skromne porabnike 6 urno povprečno moč 1 kW in (ali) 3h 2 kW (brezplačno)
• Za normalne uporabnike 6h 2kW in (ali) 3h 4 kW
• Za tiste, ki se grejejo na elektriko, po tarifi glede na maksimalno moč, ki jo želijo.

Ko števec zazna trend k prekoračitvi, nas pravočasno opozori z alarmom.

Kolikor mi je znano, je to sicer redka funkcionalnost, jo pa že leta uporablja manjši avstrijski distributer za zaščito omrežja. Doplačilo bi bilo lahko v fiksni vrednosti skupaj s priključno močjo, kot dražja omrežnina, ali kombinacija obojega.

Na ta način se prisili uporabnike, da sam najde rešitev; poskrbi za alternativni toplotni vir, za večjo akumulacijo, debelejše deke ali drago plača luksuz.

ELES-a s tem ne odrešimo skrbi, zato bi bila boljša kombinirana rešitev, virtualna elektrarna in urna moč. Morda nam bodo nekoč, ko bodo števci še pametnejši, v kritičnih situacijah (pomanjkanje elektrike) krepko znižali največjo dovoljeno urno moč, recimo 1 ura povprečje 1 kW. O spremembi bi bili obveščeni prek SMS ali posebne aplikacije na pametnem telefonu.

Vem, eni bodo znoreli že pri omembi daljinskega izklopa TČ ali omejevanja moči; plačujem za 3 x 20 A in tega mi ne morejo vzeti. “Bojim” se, da druge rešitve ni. Kdo bo gradil nuklearko in omrežje za en teden delovanja vsako drugo leto. Edino če TEŠ 6 zamenjamo z variabilno nuklearko, kar pomeni dvojna cena proizvedene elektrike (napram stalnemu obratovanju pri polni moči), obe TEŠ pa imamo v hladni rezervi za teh nekaj dni.