Podmínky pro zavádění inteligence budovy
Tento článek evokuje nový přístup k zavádění inteligence v bytových domech a vybraných občanských budovách, který vychází ze stavu roku 2004 a vytváří podmínky pro hospodárné vynaložení investice. Účelem úvahy není řešit vlastní provedení a zapojení systému umožňujícího inteligenci budovy. Cílem je evokovat obecné požadavky na vytvoření podmínek při realizaci stavební konstrukce a technického zabezpečení budov s ohledem na životnost budovy a její funkčnost při rozvoji elektroniky a jí vybavených spotřebičů, optimálně vysoké spotřebě energie na provoz budovy a zabezpečení dalších potřebných funkcí budovy.
Inteligence budovy se v širším rozsahu poprvé objevila před více než 25 lety při řešení opatření zejména v občanských (administrativních) budovách v návaznosti na tzv. první energetickou krizi. Komplexnost technických řešení měla natolik provázané funkční vztahy, že je bylo nezbytné řešit kvalitní regulací a řízením. Požadavek trvalého udržení projektovaných parametrů s důrazem na trvale nízkou spotřebu energie po dobu životnosti budovy a bezchybnou, časově a funkčně variabilní funkci technických zařízení vedla k uplatnění energetického manažerství (sledování spotřeby energie a zavedení ruční/automatické zpětné vazby) na docílení projektovaného stavu při poruchových stavech, projevujících se podstatnou odchylkou od projektové spotřeby energie. Velmi pěkným případem realizace té doby byla administrativní budova v Kanadě, využívající průhlednou gelovou tepelně izolační fasádu (německý patent), akumulaci tepla od oslunění fasády do betonové vrstvy fasády za transparentní izolací, akumulaci do zbývající konstrukce a dalších technických úsporných zařízení. Tyto komplikované soustavy technických zařízení vyžadovaly vhodný řídicí systém. Do něho se postupně zapojila bezpečnost budovy, vertikální doprava lidí a věcí, umělé osvětlení, požární ochrana. Tento řídicí systém vyžadoval vhodný program. Počátkem 90. let pouze několik málo výrobců regulační techniky jako anglický Satchwell, dále Johnsson, Honeywell, Sauter atd. zvládlo tuto technologii.
Ve Francii se technologie inteligence objevila pod názvem Domotique v návaznosti na Minitel, v anglosaských zemích obecně pod názvem smart building. Je nutné si uvědomit. že tato technologie, vyžadující kvalitní řídicí systém s programem, se trvale uplatňovala u velkých a složitých občanských staveb s vysokými investičními náklady. Bylo velmi obtížné přenést tuto technologii do běžných často se vyskytujících druhů občanských a bytových budov, a to z důvodů vysokých investičních nákladů. Jedním z prvních pokusů v rámci demonstrací podporovaných státními prostředky ve Velké Británii byla realizace firmy Satchwell pro skupinu školních budov. V tomto projektu se sledovalo především snížení nákladů na řídicí systém ještě únosným zjednodušením systému.
Nízkoenergetické pojetí budovy jako předpoklad pro její inteligenci
V tabulce jsou přehledně uvedeny požadavky na koncepci nízkoenergetické budovy a opatření k jejich naplnění (viz tab. 1).
Tab. 1
stavební část/činnost |
stavební funkční díl |
vliv na energetickou spotřebu | poznámka | |
architektonicko-dispoziční řešení | - | úspora energie (tzv. pasivní opatření nenákladové): objemově kompaktním návrhem pečlivě vyváženými otvorovými výplněmi z hlediska zisků a ztrát tzv. bioklimatickým přístupem při nejvyšším využití tzv. pasivních a aktivních tepelných zisků |
jsou i jiné požadavky, které opravňují porušení zásad, např. etapovou (v závislosti na růstu rodiny) výstavbu RD v průběhu času - např. holandské řešení ve Svitavách | |
stavební konstrukce |
obvodová neprůsvitná konstrukce |
snížení tepelné ztráty prostupem a zvýšení vnitřní povrchové teploty |
součinitel prostupu tepla U = 0,2 až 0,3 W . m-2 . K-1 |
|
střecha | ||||
otvorové výplně | snížení tepelné ztráty prostupem a větráním | U = 1,3 W . m-2 . K-1 a nižší |
||
TZB | vytápění | snížení spotřeby tepla na vytápění: časově přesnou dodávkou tepla do jednotlivých prostorů vyregulováním rozvodů tepla využitím tepelných zisků vnitřních a od oslunění |
||
větrání | snížení spotřeby tepla na ohřev vzduchu | |||
chlazení a vlhčení | snížení spotřeby energie | |||
TZB | elektrické rozvody a spotřebiče | snížení spotřeby energie: u umělého osvětlení užití energeticky účinných spotřebičů (štítkovaných) organizačními opatřeními |
u osvětlení |
|
integrace soustav TZB a využití netradičních technologií | snížení spotřeby energie optimalizací funkce TZB s ohledem na požadovanou funkci budovy | |||
regulace a měření | nadřazený řídicí systém | |||
vertikální doprava | snížení spotřeby energie vhodným řídicím (sběrným) systémem a časovou optimalizací chodu výtahů s ohledem na jejich nosnost a provoz v budově | řídicí systém | ||
provoz budovy | řízení provozu | TZB v závislosti na časovém snímku funkce budovy a bezporuchovém provozu | řídicí systém pro: zajištění funkce budovy zajištění bezpečnosti provozu soustav TZB zajištění trvání projektových parametrů spotřeby energie po dobu životnosti budovy |
|
údržba | udržení funkčnosti a parametrů po dobu životnosti | zachování funkčnosti budovy a udržení projektovaných parametrů po dobu životnosti budovy | ||
opravy |
Z uvedeného přehledu je zřejmé, že nízkoenergetická budova bez energetického manažerství nemá smysl a energetické manažerství je plně funkční pouze v systému inteligentní budovy. Dále podporuje inteligenci i bariéra technická a funkční/uživatelská u zařízení TZB omezující plné využití potenciálu možné úspory/zachování energie a plnohodnotné funkčnosti TZB v nízkoenergetických budovách.
Energetické manažerství
Energetické manažerství je velmi významné opatření k dosažení úspory energie či k jejímu zachovávání nebo ochraně (energy conservation).
Úspory se dosáhne:
|
Obr. 1 |
Opatření ve stavební konstrukci
|
|
|
|
|
Energetické manažerství je opatření spočívající v pravidelné registraci a vyhodnocování parametrů, které určují spotřebu energie. Po vyhodnocení a porovnání skutečného režimu s projektovaným se vyhodnotí příčiny diference ve spotřebě energie a provede se údržba k docílení požadovaného stavu. Manažerská činnost je zaměřena na trvalé udržení stabilizovaného provozního stavu. Energetický manažer musí trvale ovlivňovat uživatele a vést ho k energeticky vědomému jednání.
Rozlišují se tři stupně manažerského přístupu definované vybavením a funkcí: (viz obr. 1).
Stupeň I hlava-tužka-papír je aplikovatelný ve všech budovách. Pro vytápění vyžaduje instalaci měření tepla pro budovu nebo obhospodařovanou část, měření vnitřní a vnější teploty a měření teploty otopného média.
Tento typ je investičně velmi málo náročný a vytváří předpoklady pro aktivní účast ústřední a místní správy v programu úspory energie. Je realizovatelný ve všech budovách. Experty EU je ceněn jako velmi laciné a účinné opatření. Musí být veden manažerský deník s periodickými zápisy o spotřebě tepla a energie, o jejich vyhodnocení a o operativních zásazích k nápravě stavu.
Druhý, vyšší stupeň je užití vhodného programu a PC k vyhodnocování provozních stavů srovnáváním skutečných a správných (projektových a naprogramovaných) hodnot potřeby tepla. Účelné je měřidlo tepla se záznamem naměřených hodnot a přenosem do PC a snímání okamžité venkovní teploty.
Stupeň III je nejdokonalejší a investičně i provozně nejdražší. Je to užití vhodného programu a PC pro porovnávání správných a skutečných provozních hodnot. Využijeme-li tohoto zařízení pro řízení provozu budovy, vytváříme základ tzv. inteligentní budovy. Tato metoda se označuje anglicky BMS (Building Management System). Energetické manažerství je zcela zásadní opatření, které je možno realizovat samostatně - projeví se energeticky vědomým provozem, lépe však v rámci systémové energeticky vědomé modernizace. Je alfou a omegou pro dosažení garantovaných úspor energie po dobu životnosti opatření.
Podklady pro energetické manažerství
Struktura spotřeby energie budovy se liší podle druhu budovy a jejího užití. Celková spotřebovaná energie a podíly skupin spotřebičů jsou zřejmé z níže uvedeného obrázku. Z hlediska energetického manažerství je důležité odhalit odpadové či jiné teplo, které je k dispozici, a co nejvíce ho využít v bilanci. V energetické bilanci je kromě toků energie nezbytné sledovat i finanční bilanci spotřebované energie.
Stanovení toků energie je předmětem energetického auditu a pro nejvýraznější tok - tj. teplo pro vytápění se stanovuje denostupňovou metodou a odlaďuje podle faktur a počtu denostupňů pro dané období. Při stanovení bilance využitelných vnějších tepelných zisků je kromě klimatických podmínek, orientace ke světovým stranám a konstrukce výplní nezbytné uvažovat korekční součinitel v závislosti na akumulačních schopnostech stavební konstrukce. Bývá v rozmezí 0,2 pro lehkou stavbu až 0,7 pro těžkou stavbu.
TUV se stanoví z časového snímku odběrů a odladí podle faktury a skutečného užití.
Odběr elektrické energie pro osvětlení se stanoví výpočtem a koriguje se podle faktury po odečtu spotřebičů. Obdobně se postupuje u elektrických a plynových spotřebičů. Podpůrné nástroje lze nalézt v publikacích ČEA pro poradenskou činnost (klimatologie, osvětlení, spotřebiče, TUV atd.).
Základním podkladem pro koncipování metody a parametrů energetického manažerství je energetický audit.
Příklady typových realizací
Jsou uvedeny listy se specifikací obsahu energetického manažerství pro:
rodinný domek,
bytový dům s CZT,
bytový dům s kotelnou,
školu s CZT,
školu s kotelnou na tuhá paliva.
Katalogové listy poskytují základní informaci o systému a jsou určeny pro poradenství.
Katalogový list Bytový dům s vytápěním z CZT je doplněn názornou dokumentací podkladů pro uplatnění energetického manažerství II. stupně v Brně-Juliánově. Toto manažerství je integrální částí demonstračního projektu energeticky vědomé modernizace panelové budovy a jeho cílem je:
|
tepelná ztráta pro stávající řešení a variantní demo řešení (I. varianta),
otopná křivka pro článková tělesa (teoretická i reálná s n=1,3 pro respektování druhu otopné plochy), tabulky 3.1, 3.2 a související grafy,
roční potřeba tepla na vytápění,
roční potřeba tepla na přípravu TUV,
roční potřeba tepla na krytí tepelných ztrát potrubí v nevytápěném prostoru.
Na podkladě těchto hodnot se zpracuje program pro PC.
Katalogové listy pro školy jsou zpracovány na podkladě demo projektů:
Základní škola Chelčického, Praha 3. Modernizace otopné soustavy zónováním, hydraulickým vyregulováním a TRV. Provoz koksové kotelny podle provozního diagramu připojování kotlů v závislosti na venkovní teplotě. Zaškolení školníka k jednoduchému energetickému manažerství.
Zařízení bylo velmi úspěšně provozováno po dobu čtyř let, kdy byla kotelna plynofikována.
Základní škola Jeseniova, Praha 3. Energetické manažerství je provozováno specializovanou společností s využitím PC.
Příklady pojednávají vytápění a přípravu TUV (viz obr. 2, 3, 4).
Obr. 2
Obr. 3
Obr. 4
Předpoklady pro širší zavádění inteligence budov
Inteligence budovy a rozvody a zařízení pro ni jsou sice nákladné a pro běžného investora běžné budovy zatím nezajímavé, nicméně předpoklady pro ni je třeba vytvořit při stavbě budovy, jejíž životnost je asi 100 let. To znamená, že za 5 až 10 let se pro uživatele/majitele domu inteligence stane ekonomickou a užitnou nutností a bude ji obtížně s vícenáklady zavádět. Je proto nutné přinejmenším investora informovat o této technologii a doporučit mu základní realizaci vymezenou vším, co je uloženo uvnitř stavební konstrukce, a odhadnout možné spotřebiče a zařízení, které budou postupně zapojeny do systému inteligence.
Na příkladu rodinného domu je možné předvést, co inteligence přinese uživateli okamžitě a co postupně. K tomu si vymezíme základní funkce a jim odpovídající zařízení v systému inteligence a tzv. nadstavbu s ohledem na budoucí postupné zavedení dalších zařízení (viz tab. 2).
Tab. 2
časové období |
TZB | zvláštní funkce |
zvláštní vybavení |
předpoklad | ||
1. | v 1. etapě, tj. okamžitě při výstavbě |
systém inteligence |
ovládání:
|
PC odpovídající program instalace rozvodů |
||
2. | vytápění | ovládání:
|
definice rozhraní pro připojení zařízení ústřední regulace termostatů |
|||
3. | příprava TUV | ovládání:
|
definice rozhraní pro připojení zařízení | |||
4. | umělé osvětlení | ovládání:
|
definice rozhraní pro připojení zařízení | |||
5. | bezpečnost |
|
vymezení míry: ochrany komunikace |
|||
6. | telefonické spojení s domem |
|
||||
v 2. průběžné etapě |
připojení audiovizuálních zařízení |
|
definice rozhraní pro připojení zařízení rozmístění |
|||
připojení spotřebičů s elektronickým vlastním řízením |
|
definice rozhraní pro připojení zařízení rozmístění |
||||
proměnný odpor otvorové výplně |
|
definice rozhraní pro připojení zařízení cena zařízení 2 až 4 tisíce na 1 m2 |
||||
zavlažovací systém zahrady |
|
definice rozhraní pro připojení zařízení rozmístění |
||||
apod. podle vývoje techniky a cen |
|
předpokládat rozhraní |
Tyto rozvahy jsou významné a vyžadují kvalitní provedení projektu soustav TZB včetně elektrických rozvodů spolu s projektem inteligence.
Na podkladě specifikace a ceny se investor může rozhodnout o rozsahu 1. etapy. V současné době se odhaduje zavedení inteligence v RD na 250 tisíc Kč. Na výstavě Batiment v minulém roce, kde inteligence byla jednou z nosných témat, se obdobný rozsah odhadoval na 5 000 EUR.
Při investičních nákladech RD v řádu 2 až 5 miliónů je cena přípravy na inteligenci v rozsahu 50 až 150 tisíc Kč únosná.