Tepelné čerpadlá vs. plyn

Tepelné čerpadlá vs. plyn: východiská porovnania

Diskusia o vykurovaní sa dnes točí okolo dvoch hlavných možností: moderné tepelné čerpadlá (TČ) a plynové kondenzačné kotly. Tepelné čerpadlo premieňa nízkopotenciálne teplo z okolia (vzduch, zem, voda) na využiteľné teplo pre budovu s násobkom dodanej elektriny (SCOP ≈ 2–4+), zatiaľ čo plynový kotol premieňa chemickú energiu zemného plynu na teplo s účinnosťou blízkou 90–98 % (sezónne). Vzniká preto prirodzená otázka: čo vyjde lacnejšie a čistejšie na kilogram CO₂?

Metodika: porovnávame „cenu a CO₂ na 1 kWh užitočného tepla“

• Náklady: hodnotíme variabilnú cenu (prevádzku) a celkové náklady vlastníctva (TCO) vrátane investície, údržby a životnosti.
• Emisie: rozlišujeme priame (spaľovanie plynu v kotle) a nepriame (emisná intenzita elektriny pre TČ). V poznámke zohľadníme aj vplyv únikov metánu a chladív.
• Referenčné veličiny: SCOP (sezónny súčiniteľ výkonu), η_gas (sezónna účinnosť kotla), a emisné faktory zemného plynu a elektriny.

Fyzika a normové veličiny: SCOP a η_gas

SCOP vyjadruje pomer dodaného tepla k spotrebovanej elektrine v celom vykurovacom období – zahŕňa rôzne teploty, cyklovanie a odmrazovanie. Na rozdiel od momentového COP je to najrelevantnejší parameter na ročné porovnania. Regulácia EÚ a energetické štítky pracujú práve so SCOP (a príbuznými ukazovateľmi), čo umožňuje porovnateľnosť medzi jednotkami.

Vzorce: kedy je TČ lacnejšie a kedy čistejšie

Náklady na 1 kWh tepla

• Plyn: cena_tepla_gas = p_gas / η_gas
• TČ: cena_tepla_HP = p_el / SCOP

Bod zlomu ceny (kedy je TČ lacnejšie): p_el / p_gas < SCOP / η_gas. Napr. pri SCOP=3, η_gas=0.90 je TČ lacnejšie vždy, keď p_el < 3.33 × p_gas.

Emisie na 1 kWh tepla

• Plyn (priame CO₂): EF_gas_heat = EF_gas / η_gas, kde EF_gas ≈ 0.204 kg CO₂/kWh (spaľovanie zemného plynu, NCV).
• TČ (nepriame CO₂ z elektriny): EF_HP_heat = EF_grid / SCOP, kde EF_grid je emisná intenzita elektriny (g CO₂/kWh).

Bod zlomu emisií (kedy je TČ čistejšie): EF_grid < (SCOP/η_gas) × EF_gas. Pri SCOP=3 a η_gas=0.90 vyjde hranica zhruba ≈ 673 g CO₂/kWh_el. Keďže priemerná intenzita elektriny v EÚ pokračuje v prudkom poklese – rok 2023 bol o ~20 % čistejší než 2022 – TČ vychádza emisne lepšie vo väčšine krajín už dnes.

Reálne emisné faktory: prečo trend hrá v prospech TČ

• Zemný plyn (priame CO₂): ~0.204 kg CO₂/kWh paliva (NCV); pri η_gas=0.92 to je ~0.222 kg CO₂/kWh tepla z kotla.
• Elektrina v EÚ: po dočasnom vzostupe v rokoch 2021–2022 sa emisná intenzita výroby v 2023 medziročne znížila o ~20 % a dlhodobo klesá s rastom OZE a nukleárneho mixu.
• IEA konsenzus: pri dnešnom mixe už TČ emisie znižujú oproti kondenzačným kotlom aspoň o ~20 % aj na uhlíkovo náročných sieťach; v krajinách s čistejšou elektrinou je redukcia podstatne väčšia.

Metán a chladivá: „skryté“ nuansy

Metánové úniky v plynárenskej infraštruktúre zvyšujú skutočný klimatický dopad plynu. Podľa IPCC AR6 má metán (CH₄) 100-ročný potenciál otepľovania (GWP₁₀₀) ~27–28× CO₂, preto aj malé úniky významne zvyšujú CO₂e. Pre lokálne inventúry je dôležité pracovať s aktuálnymi GWP tabuľkami.

Chladivá v TČ: Úniky sú nízke (správna montáž/servis), ale nie nulové; používajte zariadenia s nízkym GWP (R-290/propán, R-32) a dbajte na kvalitnú inštaláciu. IEA zároveň uvádza, že aj pri dnešných chladivách sú TČ emisne výhodné.

Citlivostná analýza: čo najviac hýbe výsledkom

• SCOP TČ: klesá s nižšou teplotou zdroja a vyššou výstupnou teplotou (radiátory 55–65 °C). Správny návrh (predimenzované nízkoteplotné radiátory, podlahovka, ekvitermika) SCOP výrazne zlepší.
• η_gas kotla: reálne sezónne závisí od spiatočky a riadenia kondenzačného režimu; vysoké teploty znižujú kondenzáciu a teda η.
• Ceny energií a tarify: výsledok citlivo závisí na pomere p_el / p_gas; do hry vstupuje aj dvojtarif, distribučné poplatky a prípadné zvýhodnené tarify pre TČ.
• Emisná intenzita elektriny: s rastom OZE a jadra klesá, čo zlepšuje bilančnú výhodu TČ každý rok (trend potvrdený v dátach EÚ).

Model nákladov TCO: investícia, údržba, životnosť

• CAPEX: TČ (vzduch-voda) má vyšší vstupný náklad než plynový kotol; zem-voda je drahšia, ale prináša stabilnejší SCOP.
• OPEX: TČ má nízku „palivovú“ spotrebu (kWh_el), ale vyžaduje pozornosť nastaveniu; plyn nesie riziko vyššej volatility paliva.
• Servis a životnosť: moderné TČ 12–20 rokov (kompresor je kľúčový diel), kotly bývajú porovnateľné; sieťové komponenty (expanzky, obehy) sú podobné.
• Systémové úpravy: výmena/rozšírenie odovzdávacích plôch (radiátory), hydraulické vyváženie, zásobník TÚV – patria do TCO a zlepšia SCOP.

Príkladové scenáre (orientačné, bez lokálnych dotácií)

1. Nízkoenergetický dom, podlahovka, vzduch-voda TČ: SCOP ≈ 3.2–3.8. Aj pri stredne „špinavej“ elektrine bude EF_HP_heat = EF_grid/SCOP obvykle < 0.10–0.15 kg CO₂/kWh tepla; plyn pri η=0.92: ~0.22 kg CO₂/kWh. TČ vyhráva emisne s veľkou rezervou.
2. Rekonštrukcia s radiátormi 55 °C, moderný kondenzačný kotol: η sezónne ~0.88–0.92; TČ dosiahne SCOP 2.3–2.9. Ekonomika závisí na pomere p_el/p_gas; emisne má TČ stále výhodu, najmä v krajinách s čistejšou sieťou.
3. Hybrid (TČ + kotol): bivalentné riadenie prepína podľa vonkajšej teploty a taríf; typicky minimalizuje náklady aj emisie v starších objektoch.

Prevádzkové odporúčania pre TČ (aby SCOP nepadal)

• Nízke teploty vykurovacej vody: maximalizujte plochy odovzdávania (podlahovka/konvektory/veľké radiátory), používajte ekvitermiku.
• Hydraulické vyváženie a prietoky: zabraňuje cyklovaniu a zlepšuje účinnosť pri čiastočnom zaťažení.
• Rozumná TÚV stratégia: anti-legionella cykly nastavte tak, aby neprebíjali dennú bilanciu.
• Servis a chladivo: vyžadujte zariadenia s nízkym GWP a kvalitnú montáž; minimalizujete riziko únikov.

Širší kontext: systémové emisie a verejné politiky

Emisná výhodnosť TČ sa bude časom zvyšovať s dekarbonizáciou elektriny. EÚ už v rokoch 2023–2024 zvyšovala podiel bezemisných zdrojov (OZE + jadro) a znižovala uhlíkovú intenzitu mixu, čo zlepšuje aj bilančné výsledky elektrického vykurovania a teplej vody.

Checklist rýchleho posúdenia

• Vypočítajte bod zlomu ceny: porovnajte p_el/p_gas s SCOP/η_gas.
• Odhadnite bod zlomu emisií: porovnajte EF_grid s (SCOP/η_gas)×EF_gas (použite EF_gas≈0.204 kg CO₂/kWh pri spaľovaní).
• Prejdite návrh vykurovacej sústavy: viete dlhodobo držať výstup 30–45 °C? Ak áno, TČ bude excelovať.
• Zahrňte do TCO aj systémové úpravy (odovzdávacie plochy, vyváženie) – často sa vrátia z vyššieho SCOP.
• Zvážte hybrid pri teplotne náročných objektoch a nepredimenzovaných radiátoroch.

Zhrnutie

Emisie: Vďaka klesajúcej emisnej intenzite elektriny a násobeniu energie (SCOP) sú tepelné čerpadlá vo väčšine európskych podmienok emisne lepšie než plynové kotly – často s výraznou rezervou. Náklady: rozhoduje pomer ceny elektriny ku plynu a dosiahnuteľný SCOP; bod zlomu je jednoducho kontrolovateľný vzťahom p_el/p_gas vs. SCOP/η_gas. Nuansy: berte do úvahy metánové úniky, chladivá a kvalitu návrhu systému. Trendy v energetike (viac OZE/jadra) posúvajú rovnicu v prospech TČ každým rokom.