Podmínky pro zavádění inteligence 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	součinitel prostupu tepla U = 1,3 W . m-2 . K-1 a nižší zváží se užití tepelně izolovaných žaluzií, okenic
TZB		vytápění	snížení spotřeby tepla na vytápění: časově přesnou dodávkou tepla do jednotlivých prostorů vyregulováním rozvodů tepla využitím tepelných zisků vnitřních a od oslunění	vlastnosti otopné soustavy souladné s akumulačními vlastnostmi stavební konstrukce pro co nejvyšší využití tepelných zisků ústřední a místní regulace
		větrání	snížení spotřeby tepla na ohřev vzduchu	využití tepla z odváděného vzduchu časově řízené větrání hygienicky opodstatněné odstranění škodlivin z budovy v co nejvyšší míře užití frekvenčních měničů u elektrických motorů nad 1 kW
		chlazení a vlhčení	snížení spotřeby energie	co nejvyšší omezení s ohledem na funkčnost budovy užití energeticky účinné technologie
TZB		elektrické rozvody a spotřebiče	snížení spotřeby energie: u umělého osvětlení užití energeticky účinných spotřebičů (štítkovaných) organizačními opatřeními	u osvětlení návrhem (sdružené), úspornými zdroji řízením
		integrace soustav TZB a využití netradičních technologií	snížení spotřeby energie optimalizací funkce TZB s ohledem na požadovanou funkci budovy	vzájemná součinnost soustav užití akumulace tepla a případně jeho přečerpávání užití obnovitelných energií
		regulace a měření	nadřazený řídicí systém	regulační zařízení u jednotlivých soustav TZB optimalizace funkční a energetická jednotlivých regulací řídicím systémem
		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	regulace a řízení soustav TZB kontrola soustav TZB užití energetického manažerství
	údržba	udržení funkčnosti a parametrů po dobu životnosti	zachování funkčnosti budovy a udržení projektovaných parametrů po dobu životnosti budovy	řídicí systém energetické manažerství
	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:

trvalým sledováním provozu a projektovaných provozních parametrů, zejména potřeby a spotřeby energie, pravidelným vyhodnocováním naměřené spotřeby energie a projektované potřeby a analyzováním získaného rozdílu v potřebě a spotřebě, přijímáním opatření k odstranění rozdílu ve spotřebě a potřebě k co nejtrvalejšímu dosažení projektované nebo nižší potřeby, motivací uživatelů a provozovatelů trvalým zveřejňováním zjištěných hodnot a vhodnou interpretací dosažitelných úspor při provozu budovy.

Obr. 1

Energetické manažerství se řadí v hierarchii opatření k úsporám energie a k dosažení rozumné spotřeby energie:
Opatření ve stavební konstrukci

v neprůsvitných obvodových funkčních dílech, ve střechách, ve výplních otvorů, ve vybraných vnitřních konstrukcích, v tepelných izolacích potrubí, armatur a nádob.

Opatření v otopné soustavě

ve zdrojích tepla, v regulaci ústřední a místní, ve vyregulování otopné soustavy.

Opatření pro ohřev užitkové vody

pro úsporu tepla, pro úsporu vody.

Opatření pro úsporu elektrické energie

při umělém osvětlení, při provozu spotřebičů.

Opatření pro uplatnění energetického manažerství

pro provozní diagnostiku, pro garantování trvalého dosažení parametrů, pro motivaci uživatelů / provozovatelů / vlastníků k energeticky vědomému provozu budovy.

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:

dokumentovat dosažené úspory energie pro vyhodnocení demo projektu podle smlouvy, trvale udržet projektované hodnoty potřeby energie po dobu životnosti opatření, vytvořit podklady pro motivaci obyvatel k energeticky vědomému užití bytů.

Je doložena
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: místní na PC dálkové např. mobilem	program	PC odpovídající program instalace rozvodů
2.		vytápění	ovládání: časové ústřední teplotní místní nadřazené ústřední/zónové regulaci teplotní zónové	regulace zdroje tepla s výstupem do řídicího systému a jeho slučitelnost termohlavice u ventilu prostorový termostat s místním i ústředním ovládáním	definice rozhraní pro připojení zařízení ústřední regulace termostatů
3.		příprava TUV	ovládání: časové ohřevu TUV a případně cirkulace	slučitelnost regulace zařízení	definice rozhraní pro připojení zařízení
4.		umělé osvětlení	ovládání: skupin svítidel vně a uvnitř budovy	čidlo na osvětlení vytvoření okruhů umělého osvětlení regulaci světelných zdrojů zapnuto - vypnuto případně plynulou	definice rozhraní pro připojení zařízení
5.		bezpečnost	ochrana proti vloupání ochrana proti požáru ochrana proti zamrznutí kontakt pro lékařskou pomoc vytváření dojmu přítomnosti při neobývání domu (osvětlením)	čidla a jejich umístění okruh svítidel komunikační zařízení	vymezení míry: ochrany komunikace
6.		telefonické spojení s domem	zjištění stavu ochrany zjištění osvětlení zjištění vnitřní teploty atd.
	v 2. průběžné etapě	připojení audiovizuálních zařízení	distribuce do místností ovládání zařízení	domácí kino audio zařízení video zařízení	definice rozhraní pro připojení zařízení rozmístění
		připojení spotřebičů s elektronickým vlastním řízením	programování provozu a funkce úspora energie	chladničky a mrazničky spotřebiče na vaření pračky a sušičky atd.	definice rozhraní pro připojení zařízení rozmístění
		proměnný odpor otvorové výplně	automatický provoz podstatné snížení úspory energie	tepelně izolační venkovní žaluzie, okenice	definice rozhraní pro připojení zařízení cena zařízení 2 až 4 tisíce na 1 m2
		zavlažovací systém zahrady	automatický provoz úspora vody a energie		definice rozhraní pro připojení zařízení rozmístění
		apod. podle vývoje techniky a cen	předpokládat několik zařízení		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.