Prevádzkové energetické hodnotenie bytových domov
Úvod
Vykonávacia vyhláška č. 625/2006 Z.z. k zákonu 555/2005 Z.z. určuje postup na hodnotenie energetickej hospodárnosti budov. Na vyhotovenie energetického certifikátu je možné použiť výpočtové normalizované hodnotenie, alebo prevádzkové hodnotenie z nameranej spotreby energie pre existujúce budovy. Škála pre zaradenie budovy do energetickej triedy je pre obe hodnotenia rovnaká. Potrebná je preto úprava nameranej spotreby energie na normalizované podmienky.
Stanoveniu potreby energie na vykurovanie z nameraných hodnôt sa venuje len niekoľko článkov v EN 15603 [4]. Vzhľadom na nedostatočnú prepracovanosť oblasti hodnotenia budov podľa nameranej spotreby energie pripravuje ISO/TC 163 návrh technickej normy zameranej na hodnotenie budov podľa nameranej spotreby energie. Pracovnú skupinu na tému "Prevádzkové hodnotenie energetickej hospodárnosti veľkých budov a budov so špeciálnym účelom využitia" s cieľom identifikovať existujúce metódy hodnotenia budov podľa nameranej spotreby v jednotlivých štátoch EÚ schválila tiež Európska komisia pre najbližšie pracovné stretnutie projektu na harmonizáciu implementácie smernice EPBD Concerted Action 2, Pracovné stretnutie sa uskutoční v Berlíne v júni 2009.
Výhody prevádzkového hodnotenia sú:
- menšia náročnosť na čas a tým lacnejšie ako výpočtové hodnotenie;
- ľahšia pochopiteľnosť užívateľom a vlastníkom budovy;
- upozornenie na nesprávne užívanie a prevádzku budovy.
Nevýhody prevádzkového hodnotenia sú:
- zložitá úprava na normalizované podmienky;
- možnosť dospieť k nesprávnym záverom;
- ovplyvniteľnosť výsledku správaním sa aktuálnych užívateľov budovy;
- nejasnosť, čo všetko je zahrnuté v nameranej spotrebe (napr. okrem vykurovania môžu byť v nameranej spotrebe aj spotreby na iné účely, napr. varenie);
- problematickosť vyčíslenia predpokladanej úspory vplyvom navrhnutých opatrení.
Prevádzkové hodnotenie energetickej hospodárnosti bytových domov s diaľkovým vykurovaním je na rozdiel od iných kategórií budov možné z dôvodov:
- merané je presné množstvo dodaného tepla na hranici budovy;
- tepelné straty systému vykurovania sú obmedzené na straty z distribúcie, odovzdávania tepla a regulácie, nezahŕňajú tepelné straty pri výrobe tepla;
- straty pri odovzdávaní tepla môžu byť zohľadnené ekvivalentnou zvýšenou vnútornou teplotou, ktorú je možné presne odmerať;
- tepelné straty systému vykurovania pri distribúcii tepla sú pomerne malé (cca 5%) vzhľadom na vedenie väčšiny rozvodov vo vykurovaných priestoroch (bytoch);
- pomer tepelných ziskov a strát nie je príliš veľký, preto výkyvy v solárnych tepelných ziskoch nemajú veľký vplyv na celkovú spotrebu energie;
- v bytových domoch nemá veľký vplyv správanie sa jednotlivého užívateľa na celkovú spotrebu energie budovy.
Nevýhodou je:
- neistá kvalita nameraných údajov o spotrebe energie za predchádzajúce roky;
- potrebná úprava nameraných hodnôt na normalizované podmienky definované vo Vyhl. 625/2006 Z.z..
- aplikácia je možná len na existujúce budovy, užívané min. 5 rokov (potrebné je meranie minimálne za 3 roky, pričom prvé dva roky po ukončení výstavby sa neuvažujú (vysúšanie stavebných konštrukcií, správne nastavenie a fungovanie regulácie).
Úprava nameranej spotreby na normalizované podmienky
Úprava nameranej spotreby energie je možná jednoduchým priemerom nameranej spotreby za min. 3 roky, čím sa eliminuje vplyv ročných klimatických odchýlok (STN EN 15603). Takáto priemerná spotreba energie je však určená pre konkrétne klimatické podmienky osadenia budovy, nie pre normalizované podmienky (3422 K.deň).
Ďalšou možnosťou je jednoduchá úprava celej nameranej spotreby energie pomerom počtu normalizovaných a skutočných dennostupňov.
Obr.1: Závislosť pomeru tepelných ziskov a strát od počtu dennostupňov pre rôzne úrovne
tepelnotechnických vlastností obalových konštrukcií
Len časť spotrebovanej energie však závisí od počtu dennostupňov. Táto časť závisí v najväčšej miere od podielu tepelných ziskov a strát, ktorý je rôzny pre budovy s rôznymi tepelnotechnickými vlastnosťami.
Typické hodnoty pomeru tepelných ziskov a tepelných strát a faktora využitia tepelných ziskov sa stanovili na základe výpočtu 40 referenčných budov pre budovy so 4 úrovňami tepelnotechnických vlastností:
A0a - pôvodný stav - bytové domy postavené do roku 1983,
A0b - pôvodný stav - bytové domy postavené po roku 1983,
A1 - vlastnosti požadované pre obnovované budovy,
A2 - vlastnosti odporúčané pre nové budovy.
Stanovené boli tiež presnejšie regresné vzťahy pre stanovenie pomeru tepelných ziskov a strát v závislosti od klimatických podmienok (počtu dennostupňov) (obr. 1).
Teoreticky bolo analyzovaných spolu 8 rôznych alternatív úpravy ročnej potreby tepla na normalizované podmienky na niekoľkých referenčných budovách jednoduchými metódami a metódami so zohľadnením len časti spotreby energie závislej od klimatických podmienok. Na obr. č. 2 sú uvedené odchýlky od normalizovanej potreby tepla v % pre niektoré z uvedených alternatív úprav nameranej spotreby podľa tabuľky 1.
| Alt. B | zjednodušená úprava celej nameranej spotreby na 3422 K.deň pomerom počtu normalizovaných a skutočných dennostupňov |
| Alt. C | zjednodušená úprava celej nameranej spotreby na 3422 K.deň pomerom počtu normalizovaných a skutočných dennostupňov + úprava na vnútornú teplotu 20 °C. |
| Alt. E | prepočet nameranej spotreby na 3422 K.deň + úprava na vnútornú teplotu 20 °C - len časti závislej od počtu dennostupňov (použitie typického pomeru tepelných ziskov a strát) |
| Alt. G | prepočet nameranej spotreby na 3422 K.deň + úprava na vnútornú teplotu 20 °C - len časti závislej od počtu dennostupňov (použitie presných vzťahov pre pomer tepelných ziskov a strát v závislosti od počtu dennostupňov) |
Obr. 2: Odchýlka upravenej potreby tepla od normalizovanej hodnoty v % v závislosti
od klimatických podmienok (priemernej vonkajšej teploty vo vykurovacom období)
Alternatívy "B" a "C" predstavujú v súčasnosti často používaný spôsob úpravy nameranej spotreby na normalizované podmienky jednoduchým vynásobením pomerom počtu normalizovaných a skutočných dennostupňov Dt,n/Dt,m,s. Jednoduché vydelenie nameranej spotreby energie počtom dennostupňov v meranom období sa tiež často používa na porovnanie s normatívnymi hodnotami. Ako vidno z obr. 2 chyba pri použití takejto metódy môže byť pri budovách s lepšími tepelnotechnickými vlastnosťami obalových konštrukcií v závislosti na vonkajších klimatických podmienkach od 20% do 30%. Najpresnejšia je alternatíva "G", ktorá zohľadňuje pri úprave nameranej spotreby pomer tepelných ziskov a strát (1 - 4%).
Ďalšou možnosťou úpravy nameranej spotreby energie na normalizované podmienky je postup podobný postupu v STN 73 0550:1996 [4], ale tiež princípu v STN EN 15603 [3] čl. 7.3.5 Monitorovanie spotreby energie, kde sa predpokladá z nameranej spotreby energie zistiť tepelné charakteristiky budovy a vykurovacieho systému a z týchto hodnôt vypočítať normalizovanú potrebu energie.
Na rozdiel od STN EN 15603, kde sa monitoruje spotreba energie v závislosti od vonkajšej teploty, tento návrh vychádza z počtu dennostupňov z dôvodu tradície. Tento spôsob umožňuje zohľadniť vplyv užívateľov, teda inú ako štandardnú vnútornú teplotu v posudzovanej budove, ktorá môže byť meraná zároveň so spotrebou energie.
Metóda je založená na lineárnej regresii a extrapolácii na štandardné klimatické podmienky 3422 K.deň. Stanoví sa rovnica regresnej priamky Q=a.Dt+b s parametrami "a", "b" a s premennou počtom dennostupňov Dt. Konštantná časť rovnice priamky "b" pri skutočne nameraných hodnotách zahŕňa tepelné zisky, ale aj tepelné straty systému vykurovania a vplyv chýb merania alebo správania sa užívateľov, ktoré nezávisia od rozdielu teplôt (počtu dennostupňov). Smernica priamky "a" závisí najmä od mernej tepelnej straty budovy H vo W/(K.m2) a pre nameranú spotrebu tepla v kWh sa môže vyjadriť vzťahom:
Smernica priamky zahŕňa aj časť tepelných strát systému závislých od klimatických podmienok.
Prevádzkové energetické hodnotenie bytových domov
Pre príklad prevádzkového hodnotenia bol vybraný 12-podlažný bytový dom postavený v roku 1974 v konštrukčnom systéme ZTB so 72 bytmi. Pôvodný obvodový plášť a strecha boli v roku 2006 zateplené.
 |
 |
Pre bytový dom sú k dispozícii údaje o nameranej spotrebe tepla na vykurovanie a údaje o počte dennostupňov v jednotlivých rokoch pred a po vykonaní obnovy.
Nameraná spotreba tepla bola upravená na vnútornú teplotu 20 °C so zohľadnením pomeru tepelných ziskov a tepelných strát v závislosti od počtu dennostupňov.
Tabuľka 2: Nameraná a upravená spotreba tepla na normalizovanú vnútornú teplotu pred obnovou
Vypočítaná potreba tepla na vykurovanie pre 3422 K.deň v pôvodnom stave je 114,8 kWh/(m2.rok) so stratami pri distribúcii je 116,6 kWh/(m2.rok). Jednoduchý aritmetický priemer z 8 meraní spotreby energie je 120,6 kWh/(m2.rok) a po úprave nameranej spotreby na vnútornú teplotu 20 °C je 105,0 kWh/(m2.rok) avšak pre priemerný počet dennostupňov 3175 K.deň. Potreba energie stanovená lineárnou regresiou a extrapoláciou na 3422 K.deň je 114,9 kWh/(m2.rok) a stanovená ako priemer z nameranej spotreby upravenej metódou normalizácie "G" je 115,2 K.deň.
Obr. 3: Nameraná spotreba tepla v závislosti od počtu dennostupňov a potreba energie
pre 3422 K.deň stanovená lineárnou regresiou
Na príklade bytového domu je vidieť dobrú zhodu upravenej nameranej spotreby rôznymi spôsobmi a vypočítanej potreby tepla, resp. energie. Problém je, že kvalitu vstupných údajov bez porovnania s vypočítanou potrebou energie nevieme posúdiť. Potrebná je preto metóda na overenie kvality vstupných dát.
Posúdenie vhodnosti vstupných údajov
Na prevádzkové hodnotenie energetickej hospodárnosti je vhodné splnenie týchto požiadaviek na vstupné údaje o nameranej spotrebe:
- K dispozícii sú namerané údaje o spotrebe min. z 3 rokov, pričom prvý rok po uvedení budovy do prevádzky sa neuvažuje. V príklade je k dispozícii 8 meraní.
- Korelačný koeficient medzi nameranou spotrebou tepla a počtom dennostupňov je min. 0,7. V príklade je korelačný koeficient 0,94.
- Merná tepelná strata bytového domu Hs vo W/(K.m2) vypočítaná zo smernice regresnej priamky (parametra "a") sa nachádza v intervale typická hodnota H 3 . Typická hodnota H bola stanovená analýzou referenčných budov pre 4 úrovne tepelnotechnických vlastností A0a, A0b, A1, A2. Typická hodnota pre príklad bytového domu s vlastnosťami A0a-bytové domy postavené do r. 1983, je H =1,869 W/(K.m2) a σ =0,226. V príklade merná tepelná strata stanovená z regresnej priamky z nameraných údajov je Hs = 1,68 W/(K.m2), čo je v intervale H ± 3.
Obr.4: Formulár pre prevádzkové hodnotenie bytového domu
V uvedenom bytovom dome bolo správne meranie a fungujúca regulácia, sú teda splnené všetky požiadavky na vstupné údaje. Namerané údaje sú teda vhodné na prevádzkové hodnotenie energetickej hospodárnosti tejto budovy.
Záver
Uvedené metódy prevádzkového hodnotenia sa aplikovali na 40 referenčných budovách, pričom sa porovnalo prevádzkové hodnotenie s výpočtovým normalizovaným hodnotením. Pre približne 27 % z referenčných budov neboli namerané údaje o spotrebe energie za roky 1994-2003 z rôznych dôvodov vhodné na prevádzkové hodnotenie. Dôvodom sú náhodné okolnosti (napr. premenlivé vnútorné a solárne tepelné zisky), správanie sa užívateľov, poruchy regulácie alebo meracieho zariadenia. Pri energetickej certifikácii sa hodnotí budova a systémy za normalizovaných podmienok, preto je potrebné vylúčiť tieto náhodné vplyvy.
Aj informácia, že namerané údaje nie sú vhodné pre prevádzkové hodnotenie a je potrebné výpočtové hodnotenie je pre vlastníka veľmi dôležitá. Keďže prevádzkové hodnotenie je lacnejšie, malo by motivovať vlastníka mať fungujúce meranie a reguláciu, ktoré samotné vedie k úsporám energie a prispieva k cieľu, pre ktorý sa energetická certifikácia zaviedla.
Literatúra
[1] STN 73 0540-1 až 4:2002 Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov,
[2] STN 73 0550:1996 Meranie spotreby energie na vykurovanie v prevádzkových podmienkach,
[3] STN EN ISO 13790 (73 0703):2004 Tepelnotechnické vlastnosti budov. Výpočet potreby energie na vykurovanie,
[4] STN EN 15603 Energetická hospodárnosť budov. Celková potreba energie, emisie CO2 a definície hodnotení,
[5] Zákon č. 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov,
[6] Vyhláška MVRR SR č. 625/2006 Z.z., ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z.z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
The decree no. 625/2006 of the law 555/2005 defines the methods of evaluation of the energy performance of buildings. A computational standardised assessment or an operational evaluation of the measured energy consumption of existing buildings can be used to get an energy certificate.
