Jak na úspory (nejen) elektrické energie v budovách nevýrobní sféry

Úvod

Spotřeba elektrické energie v nevýrobním (terciárním) sektoru v zemích EU se neustále zvyšuje. Důvodem k tomu je dynamický rozvoj nejrůznějších služeb veřejného i soukromého charakteru, ale také i nemalé energetické nároky staveb a jejich zařízení. Ty jsou častokrát výsledkem krátkého investičního horizontu developerů preferujících nízkou investiční náročnost před nižšími provozními náklady (tj. vedou k realizaci méně energeticky efektivních řešení).

Ve stávajících budovách, sloužících pro administrativní, vzdělávací, zdravotnické a jiné obdobné účely, představuje spotřeba elektrické energie zpravidla 15-20 procent celkové spotřeby energie. Hlavní část připadá přitom na osvětlení, motorové pohony a kancelářskou techniku. Je-li budova vybavena řízeným větráním a úpravou přiváděného vzduchu (filtrací, ohřevem, zvlhčováním, chlazením) či různými energeticky náročnými specifickými technologiemi, může pak podíl elektřiny klidně dosahovat 30, 40 i více procent. A tak není neobvyklé, že díky vyšší jednotkové ceně může spotřeba elektřiny představovat dominantní nákladovou položku za energie.

To jsou důvody, proč věnovat užití el. energie v budovách nevýrobní sféry pozornost a současně hledat cesty k možným úsporám.

A právě na tuto problematiku monitoringu spotřeb elektřiny v dílčích oblastech konečného užití a jejich hodnocení z pohledu možných úspor se zaměřil projekt EL-TERTIARY [1], který za podpory programu Evropské unie Intelligent Energy Europe v průběhu let 2006 až 2008 čerpal i ze zkušeností a praxe uplatňované v České republice. Tento článek je věnován hlavním zjištěním a doporučením, které z rozličných projektových aktivit vyplynuly.

Úvodní krok: Identifikace struktury spotřeby elektřiny pro jednotlivá užití

Základním předpokladem identifikace možných úspor el. energie je dobrá znalost, v jaké struktuře konečného užití je elektřina spotřebovávána - z těchto informací je pak možné srovnáním s jinými objekty či dostupnými technologiemi odvodit míru ne-efektivnosti a tedy potenciál možných úspor při přijetí vhodných opatření.

Za samozřejmé lze dnes u nás považovat měření síťových médií (elektřina, plyn, dálkové teplo) na "patě" objektu. Výjimkou mohou být budovy, které spolu s několika dalšími spadají pod společné odběrné/fakturační místo.

Podružná měření spotřeby pak již nejsou zcela obvyklá, respektive zpravidla bývají dnes nasazována tam, kde je subjekt využívající daný prostor na vlastníkovi či provozovateli majetkoprávně nezávislý. Druhým častým důvodem k instalaci podružných měřidel bývají úsporná opatření, na jejichž základě se pak jejich realizátor smluvně majiteli objektu či areálu zavazuje ke garantovaným úsporám energie (tzv. kontrakty EPC). Naměřené hodnoty pak slouží k verifikaci závazných parametrů.

Měření dílčí spotřeby, a to z principu zvláště elektrické energie, je dobrým pomocníkem při jasné identifikaci, kde a v jakém množství se energie spotřebovává. Tuto možnost zvláště ocení (budoucí) provozovatelé budov, k jejichž povinnostem by měl patřit pravidelný monitoring spotřeby všech energetických médií - pro sledování trendů, porovnání skutečných hodnot s referenčními/cílovými spotřebami a pro rychlou eliminaci případného nehospodárného užití energie.

Není-li z technických či jiných důvodů možné spotřebu daného energetického média na daná užití stanovit měřením, nezbývá než uplatnit alternativní přístupy. Uspokojivé výsledky co do přesnosti dává stanovení spotřeby elektřiny nepřímým měřením dílčích parametrů daného koncového užití (např. u spotřebičů s konstantním odběrem, jako jsou ventilátory s konstantními otáčkami, je postačují měření počtu provozních hodin, u el. ohřívačů vody lze pak spotřebu určit na základě měření množství spotřebované studené vody na ohřev a znalosti teploty vody před resp. po ohřevu a tepelných ztrát ohřívače). Nejméně přesné výsledky pak poskytují modelové propočty založené na znalosti štítkové hodnotě instalovaného výkonu, odborném stanovení zátěžového faktoru a empirickém odhadu ročního využití. Dobrým kompromisem je pak také provedení jednorázového přímého měření dílčích odběrů po určitou časovou periodu při modelování průměrného provozu dané odběrové soustavy či spotřebiče.

Na obrázku níže je uvedena metodická pomůcka, jak postupovat při kvantifikaci energetické náročnosti dílčích odběrových zátěží. Její použití je doporučováno britskou CIBSE (obdobou České komory autorizovaných inženýrů a techniků pro oblast techniky a prostředí staveb) při návrhu rozsahu měření spotřeby energie u nových nebytových staveb [2].

Specifikací (i) instalovaného výkonu, (iii) ročního využití a dalších parametrů, specifických pro každý dílčí odběr (např. požadovaná úroveň osvětlenosti prostor, měrná výměna vzduchu, účinnost daného spotřebiče apod.) lze vytvořit kompletní bilanci spotřeby elektřiny ale i ostatních forem energie v daném objektu. Takto pojatá "stromová struktura" je dobrým základem pro identifikaci hlavních parametrů vstupujících do výpočtů, jejich kvantifikaci a možném následném monitoringu pro další zpřesnění jejich hodnoty a případném zlepšování (ve prospěch nižší spotřeby energie).

Doporučit lze pak doplnit každou zjištěnou dílčí spotřebu či i sledovaný parametr informací, zda jsou zjištěny na základě (trvalého/jednorázového) měření nebo jiným způsobem.

Obr. č. 1 - Příklad způsobu modelového rozdělení spotřeby el. energie v objektu na jednotlivé systémy TZB resp. oblasti konečného užití energie

Druhý krok: Benchmarking

Sestavení bilance spotřeby energie pro každé koncové užití prostřednictvím kvantifikace všech parametrů, které ovlivňují výslednou spotřebu, je dobrým základem pro možnost monitoringu a porovnání, tzv. benchmarkingu, ať už s časovou řadou hodnot z předešlých období nebo s hodnotami dosahovanými u jiných budov (obdobného stáří, konstrukčního řešení a vybavení TZB).

Na obrázku níže je uveden příklad praktického uplatnění tohoto přístupu pro osvětlovací soustavu. Sledováním skutečných versus cílových hodnot pro každou relevantní veličinu lze nejen pochopit důvody, které stojí za změnou spotřeby proti předešlému období či jiným budovám, ale také dává cennou odpověď na možné úspory energie, které lze dosáhnout při přijetí nápravných opatření u daného parametru za jinak stejných podmínek.

Za referenční hodnotu je zde například předpokládán měrný příkon ve výši 12 W/m², což lze považovat za hodnotu zajistitelnou zářivkovými zdroji pro dosažení světelné pohody na úrovni 300-350 lx v požadovaném místě. Pro zajištění hladiny osvětlenosti 500 lx by pak optimálním příkonem byla hodnota okolo 15 W/m². Vykazuje-li příkon osvětlovací soustavy vyšších hodnot, naznačuje to reálný potenciál úspor energie.

Obr. č. 2 - Příklad uplatnění metody benchmarkingu při sledování parametrů ovlivňujících spotřebu
energie u daného dílčího odběru (soustavy či spotřebiče)

Benchmarking lze přitom provádět nejen z pohledu "bottom-up", tj. od konečného užití energie, ale také na úrovni celkových energetických nároků stavby krytých dodávkami energie z vnějších zdrojů (tj. obvykle z místních distribučních soustav elektřiny, tepla či plynu). Díky standardizaci postupů hodnocení energetické náročnosti budov, kterou přineslo přijetí evropské směrnice EPBD (Směrnice 2002/91/ES), je tak dnes možné různé bytové i nebytové stavby vzájemně porovnávat.

A co víc, národní legislativa implementující požadavky této směrnice (vyhláška č. 148/2007 Sb.) pak navíc přinesla normativy celkové spotřeby energie mj. pro základní typy budov terciárního sektoru pro možnost jejich kategorizace do klasifikačních tříd A-G vyjadřujících úroveň jejich energetické náročnosti (EN).

Jelikož však tento souhnný údaj spotřeby je výslednicí řady dílčích vstupů, zjištěná případná vysoká hodnota musí stejně následně vést k důkladnější analýze dílčích oblastí spotřeby - k odhalení příčin a jejich případnému odstranění.

Tab. 1 - Klasifikační třídy EN hodnocení energetické náročnosti různých typů budov terciérního
sektoru podle vyhlášky č. 148/2007 Sb., hodnoty jsou uvedeny v kWh/m².rok

Třetí krok: Úsporná opatření

Energetických úspor lze ve své podstatě v obecné rovině dosáhnout dvěma cestami: buď vyšší energetickou účinností konkrétního systému či spotřebiče a/nebo z pohledu hospodárného užití energie více uvědomělém způsobu jeho obsluhy resp. chování jeho uživatelů.

Nové moderní spotřebiče a technologie zpravidla přinášejí nížší nároky na energii díky kombinaci obou faktorů, a to jak použitím nových materiálů, konstrukčních řešení a přístupů, tak i automatizací jejich provozu, která v běžném provozu zajišťuje maximální hospodárný provoz.

Příkladem může být oblast osvětlení, kde nasazením účinnějších světelných zdrojů (dnes lineárních zářivek s elektronickým předřadníkem standardu T5) a svítidel, jejichž chod je automaticky ovládán v závislosti na denní době, míře osvětlenosti prostor a ne-přítomnosti osob (např. řešení ActiLume od společnosti Philips), lze dosáhnout úspor energie v desítkách procent oproti jinak běžným řešením.

Obdobných efektů lze dosáhnout nasazením moderní čerpací techniky s plynulou otáčkovou regulací a schopností automatického přechodu do útlumového režimu v období malého odběru tepla či chladu v soustavách vytápění či chlazení.

Tyto a řada dalších úsporných opatření, které jsou aplikovatelné v českých podmínkách, byla prezentována na závěrečném semináři projektu, který proběhl v polovině června v prostorách Pražské energetiky [5].

Ne vždy se však zvyšující se technologická úroveň potkává s vyšším uživatelským komfortem a nižší energetickou náročností. Takovým alarmujícím zjištěním jsou výsledky nedávného průzkumu uskutečněného mezi více než osmi stovkami zaměstnanců 24 různých kancelářských budov v Belgii.

Předmětem bylo ověřování spokojenosti uživatelů budovy s komfortem, pokud jde o tepelný komfort, větrání, světelnou pohodu a hluk.

Nejméně spokojeni byli ti, kteří pracují v budovách s centrálním systémem větrání a klimatizace bez možnosti ovlivnit teplotní parametry v pracovním místě - u žen to bylo v období topné sezóny, u mužů pak naopak v létě.

Naopak nejspokojenější respondenti pracovali v objektech, kde sami mohli ovlivnit teplotní klima na svém pracovišti, ať už např. možností ovládat radiátor systému ÚT nebo, což bylo také významným faktorem, regulací přívodu čerstvého vzduchu otevřením oken.

Paradoxně se tak na žebříčku z pohledu uživatelského komfortu nejhůře umístily ty budovy, které mají nejkomplexnější systémy TZB pro zajištění žádoucího tepleného komfortu, což povětšinou znamenalo i budovy s velkou spotřebou energie.

Závěr

Prosazování hospodárného užití energie v budovách stojí a padá s promyšleným architektonickým a konstrukčním řešením stavby. U existujících staveb jsou možnosti omezené, nicméně zdaleka ne vyloučené, a tak uplatněním výše uvedených metod identifikace struktury spotřeby energie a následného benchmarkingu může odhalit potenciál významných úspor.

Lepší výchozí možnosti dnes skýtají novostavby. Zde mohou nalézt uplatnění nejlepší dostupné techniky a řešení, které budovu učiní i velmi energeticky úspornou. Bohužel se však dnes častokrát dává více přednost "optimalizaci" nákladů na výstavbu před náklady na následný provoz a údržbu. Nově přijatá legislativa zavádějící klasifikaci budov z pohledu energetické náročnosti však snad zajistí žádoucí posun i v této oblasti.

Zdroje (dalších) informací:

[1] Oficiální internetové stránky projektu EL-TERTIARY: http://www.eu.fhg.de/el-tertiary.
[2] Metering energy use in new non-domestic buildings. A guide to help designers meet Part L2 of the Building Regulations. (Ke stažení zde: http://www.cibse.org/pdfs/GIL065.pdf.)
[3] Vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov.
[4] Energy analysis and energy behaviour and comfort survey of 24 Belgian offices. Final report of survey carried out in framework of El-TERTIARY Project. Cenergie. 18-4-2008.
[5] Sborník prezentací ze semináře "Úspory elektrické energie v nevýrobní sféře a rezidnečními sektoru". SEVEn. 6/2008. (K dipozici na vyžádání.)