Seminář: Hodnocení energetických systémů v budovách
Správné vyhodnocení využití OZE závisí na detailní simulaci a co nejpřesnější znalosti nabídky a potřeb energií.
K hodnocení energetických systémů budov je nutné volit vhodnou metodu. Čím modernější budova s nižším podílem tepla pro vytápění a s vyšším podílem využití OZE, tím více je nutný přesnější výpočet s kratším časovým krokem, hodinovým až v řádu minut. Jedině tak lze výsledky teoretických výpočtů přiblížit skutečnosti a dosáhnout souladu mezi slibovanými a skutečně dosaženými úsporami energií.
Seminář zaměřený na hodnocení energetických systémů v budovách uspořádalo 26. září Univerzitní centrum pro energeticky efektivní budovy. Odborným vedoucím semináře byl doc. Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. a dalšími přednášejícími byli Ing. B. Šourek, Ph.D., Ing. Roman Vavřička, Ph.D., Ing. Nikola Pokorný, Ing. Jiří Pokorný. Přestože se to ve jménech přednášejících akademickými tituly jen hemží, přednášky byly upraveny především s cílem oslovit nejen specialisty, ale i veřejnost, která se o problematiku zabývá.
Délka časového kroku zásadně ovlivňuje výpočty
„Denostupňová metoda do koše nepatří, ale pro systémy v moderních budovách již přesné výsledky neposkytuje.“
Pro hodnocení energetické náročnosti budov, respektive použitých systémů, soustav, zařízení a jejich vlivu na konečnou potřebu energie budovy se potvrdilo, že historicky osvědčené metody již ztrácí přesnost. Jde především o to, z jakých údajů se vychází, respektive za jak dlouhé období se potřebné údaje stanovují. Typicky u klasické denostupňové metody se vychází z průměrných teplot za rok, případně za měsíc. V současnosti stavebně překonaných budovách z minulého století s velkými potřebami tepla na vytápění lze dosáhnout shody s výpočty podle jiných, modernějších metod včetně softwareových simulací na úrovni do 10 %. Pokud se však časový krok zkrátí na hodinu, i méně a začnou se porovnávat budovy postavené podle stavební standardů platných po roce 2000, zejména po roce 2011, pak rozdíly narůstají a výsledek podle denostupňové metody může bít i několikanásobně větší než u jiných metod. Pak pro porovnatelnost výsledků by bylo nutné zavést opravné koeficienty. Ale na základě čeho exaktně stanovit jejich velikost? Podobně i u výpočtů podle novějších metodik daných příslušnými ČSN, TNI nebo s využitím software TRNSYS je zcela zásadní volit výpočetní krok na hodinu, případně méně, pokud se má výsledek co nejvíce přiblížit skutečnosti.
Potřeba co nejpřesnějšího čísla energetické potřeby není dána jen tím, že se zpracuje energetický průkaz budovy. To je v podstatě administrativní záležitost založená na použití určité metodiky, kterou má zpracovatel odborně znát. Mnohem zásadnějším význam má výsledek na návrh energetických zařízení, na stanovení jejich nejen energetické efektivity, ale i ekonomické efektivity. Toto se konkrétně projevuje v dodavatelských smlouvách, ve slibech, kolik které zařízení ušetří, jaký je jeho přínos v oblasti využití OZE atp.
Je exaktně prokázáno, že postup podle tzv. selského rozumu: „dáme tam o jeden sluneční tepelný kolektor více, přidáme další fotovolatický panel, a tím přímo úměrně zvýšíme úspory“ je chybný, k tak velkému nárůstu nedojde, a dokonce může efektivitu i snížit. Zejména v oblasti rodinných domů se dost často problematika zjednodušuje, přitom právě v rodinných domech, kde nelze uplatnit určité zprůměrování, které je možné u bytových a jiných větších objektů, je detailní analýza s velmi krátkým časovým krokem, pro soulad mezi výpočtem a praxí maximálně důležitá.
Příklad FVE a rodinného domu
„Zvětšením solárního krytí přípravy teplé vody o pouhých 5 % ze 60 na 65 % zvětšením plochy kolektorů může poklesnout měrný tepelný zisk z plochy kolektorů až o cca ¼, a to znamená snížení ekonomické efektivity.“
Typicky při výpočtech využití malé FVE na rodinném domě pro pokrytí potřeby elektřiny běžných elektrospotřebičů se ukazuje, že jsou velké rozdíly mezi výpočty pokrytí potřeby elektřiny. Úvaha vychází bez využití akumulace. Potřeba přesných výpočtů spočívá v tom, že se například dodavatel FVE podívá na potřebu elektřiny spotřebiči v domě za rok, např. 2500 kWh a slíbí, že FVE to se svým reálným ziskem 3000 kWh za rok pokryje. V nějakém modelovém případě ano, ve skutečnosti nikoliv. Realitou může být něco okolo 15 až 25 % pokrytí, tedy 400 až 650 kWh a zbytek elektřiny bude dodán do sítě, tedy bez ekonomické efektivity. Rozdíly mezi výpočty založenými na celoroční bilanci a výpočty, kdy se sleduje aktuální nabídka elektřiny se její potřebou hodinu po hodině se pohybují i na úrovni přes 60 %. Čím kratší časový krok do výpočtu se volí, tedy čím více se blížíme ke skutečnému průběhu spotřeby a nabídky elektřiny z FVE, tím klesá vypočtené využití FVE. Přechod z kroku o délce jedné hodiny, to znamená že do výpočtů dosazujeme průměrné hodnoty postupně za každou hodinu, na krok o délce 5 minut, tedy založených na průměrných hodnotách za každých 5 minut, sníží pokrytí do 7 %. Tato hodnota se ukazuje jako již méně významná, vzhledem k přesnosti výchozích údajů, a tak lze hodinový krok považovat za vhodný. Přesnější výpočet však bohužel nemá pro uplatnění FVE marketingově příznivý význam, a tak ho mnozí dodavatelé FVE nemají v oblibě.
Energeticky nulový dům
V současných podmínkách lze realizovat rodinný dům, který bude mít v ročním úhrnu nulovou potřebu dodané energie. Podmínkou je dostatečně velká FVE. V modelové situaci byl vzat průměrný rodinný dům (vztažná plocha 200 m2, 4 osoby), jehož střecha disponuje plochou 60 m2 pro instalaci FVE. V případě, že dům bude postaven jako nízkoenergetický, případně dokonce pasívní, tak je požadavek splnitelný při kombinaci s kvalitním tepelným čerpadlem jak země-voda, tak vzduch-voda. Pokud by pro FVE byla k dispozici plocha střechy až cca 110 m2, pak by požadavku šlo dosáhnout i s kotlem na biomasu a zemní plyn. Je zajímavé, že odhadnuté investiční náklady se pohybují v poměrně úzkém rozmezí mezi 420 až 500 tisíci korunami. Vzhledem k rozdílu mezi nákupní cenou elektřiny ze sítě a výkupní, kterou bude nutné z FVE do sítě dodat, aby se vyrovnala celoroční bilance dodané energie na nulu, se návratnost všech takových řešení pohybuje v dnešních cenách na cca 32 až 40 letech. Je tedy za hranicí životnosti zařízení.
Zkrácení návratnosti může přinést systémově řešené zvýšení výkupní ceny elektřiny z malých FVE s ohledem na výše uvedené výpočty, které by mělo reagovat na vývoj cen na trhu. Jiným řešením jsou jednorázové dotace snižující investiční náklad.
Výpočetní pomůcky
K základním výpočtům využití tepelných solárních kolektorů a stanovení topného faktoru SPF tepelných čerpadel lze využít pomůcky v excelu. Tyto pomůcky zpracovali přední odborníci UCEEB a jsou pro zájemce k dispozici na adresách: