Monitoring energií v panelových bytových domech

1. ÚVOD

Monitoring energií a jeho vyhodnocování je hlavním nástrojem energetického managementu - jednoho z významných opatření vedoucí k úsporám energie, nebo k jejich zachování. Zabývá se trvalým sledováním provozu, pravidelnými odpočty a vyhodnocováním spotřeby energií v budově, které jsou porovnávány s hodnotami projektovanými (u nových objektů), nebo hodnotami danými energetickým auditem po realizaci úsporných opatření. Cílem energetického managementu je správný provoz a rychlé zjištění chyb technických instalací, snížení spotřeby energie, vyhodnocení důsledků energeticky úsporných opatření a časové řízení pracovníků provozu a údržby.

Pro potřebu energetického managementu rozdělujeme položky energetické bilance z hlediska jejich závislosti na venkovní teplotě:

Teplotně závislé položky	Položky nezávislé na venkovní teplotě
Vytápění Větrání Chlazení	TUV Ventilátory a čerpadla Osvětlení Různé

Do energetické bilance se také zahrnují externí zařízení (odtávání sněhu - závislé na t_e, venkovní osvětlení - nezávislé na t_e), které jsou různé případ od případu.

2. E-T KŘIVKA

Abychom mohli říct jestli je spotřeba energie v budově v souladu s projektem, nebo je po realizaci úsporných opatření taková, jakou předpokládá energetický audit, používá se pro srovnání tzv. E-t křivka. Je to závislost spotřeby energie v budově vytápěné plochy za dané období na průměrné venkovní teplotě v tomto období (období = většinou 7 dní).

Veličiny:

Spotřeba energie (teplo, elektrická energie)	kWh/m2
Průměrná teplota	°C

E-t křivka se skládá ze dvou částí:

• Lineární - otopná sezóna - spotřeba energie je závislá na venkovní teplotě, čím nižší je venkovní teplota tím vyšší je spotřeba energie (největší roli hraje spotřeba pro vytápění)
• Konstantní - spotřeba je na venkovní teplotě nezávislá (největší roli hraje spotřeba pro ohřev TUV)

Pokud by byl v budově také systém chlazení, následovala by ještě jedna lineární část (přibližně od průměrné venkovní 7-mi denní teploty 23°C), kdy by spotřeba energie se zvyšující se teplotou rostla (vliv spotřeby energie pro chlazení).

Všechny body křivky by měly ležet v jakémsi pásu bez výrazných odchylek. Pokud se vyskytne odchylka výrazně vyšší (viz bod odchylka), jedná se o špatný odečet nebo chybu v systému. Menší odchylky můžou být způsobeny špatným vyregulováním otopné soustavy a chováním obyvatel budovy (časté dlouhodobé větrání, přetápění místností...). Výhodou 7-mi denního monitorování je, že na tyto chyby se přijde velmi brzo a může se sjednat rychlá náprava, což opět vede k zamezení zbytečných energetických ztrát.

3. PRAKTICKÁ APLIKACE E-T KŘIVEK

Pokud je pro budovu vytvořena E-t křivka a funguje nadále systém monitorování spotřeb a vnějších teplot, jsou porovnávány aktuální 7-mi denní hodnoty s křivkou. Pokud se některý z bodů vyskytne významně mimo viz. Graf 1 - odchylka, je nutné co nejdříve na tuto skutečnost co nejdříve zareagovat, zjistit příčinu a chybu odstranit. Pro tyto případy je vhodné, aby existoval jakýsi seznam možných příčin zvýšení spotřeby energií pro jednotlivé bilanční položky. V následující tabulce jsou některé z nich.

Bilanční položka	Možné příčiny odchylek
Vytápění	netěsnosti v rozvodech vytápění špatné nastavení termostatických ventilů špatné nastavení automatického regulačního systému dlouhodobě otevřená okna místo krátkého intenzivního větrání atd...
Větrání	špatná regulace průtoku vzduchu nesprávné užívání zařízení atd...
Ohřev TUV	netěsnosti v rozvodech TUV netěsnící baterie poškozený výměník (izolace, netěsnosti...) atd...
Osvětlení	nainstalovány neúsporné žárovky porucha časového řízení společného osvětlení atd...
Ostatní technologie	netěsnosti v rozvodech plynu ke sporákům... atd...

Tabulka 1

4. PROJEKTY MONITORINGU

Monitoring spotřeb energií a venkovních teplot je prováděn na panelových bytových domech v Brně Novém Lískovci. Jedná se o objekty, které spravuje městská část a postupně tyto domy "regeneruje", to znamená, že mimo jiné realizuje opatření vedoucí ke snížení spotřeby energie.

Tato kapitola obsahuje výsledky monitoringu energií a venkovních teplot. Byly monitorovány 7-mi denní spotřeby tepla na vytápění a spotřeby tepla na ohřev teplé vody v gigajoulech a následně převáděna na kWh/m² vytápěné plochy. Venkovní teplota byla měřena 3x denně v 6:00 hodin, 14:00 hodin a 21:00 hodin. Z těchto údajů jsou počítány průměrné 7-mi denní teploty exteriéru, odpovídající spotřebám tepla.

Ostatní položky energetické bilance bohužel monitorovány nejsou. U těchto domů by se jednalo o spotřebu elektrické energie, která je ale fakturována každé domácnosti zvlášť.

Budovy a opatření

Jedná se o bodové panelové domy, postavené v konstrukční soustavě T06B.

Budova	Počet podlaží	Rok rekonstrukce
Kamínky 6	8	2001
Oblá 14	8	2003
Oblá 3	4	2002

Tabulka 2

Parametry obvodových konstrukcí před realizací úsporných opatření

Obvodový plášť dle posudku odborné firmy	U = 1,7 W m-2 K-1
Střešní plášť dle původní dokumentace	U = 0,70 W m-2 K-1
Podlahy na terénu dle původní dokumentace	U= 1,4 W m-2 K-1
Okna dřevená zdvojená	U= 2,8 W m-2 K-1

Původní systém vytápění a přípravy teplé vody (TV)

Objekt bytového domu je napojen na předávací stanici a ta na výtopnu Kamenný vrch. Vytápění je teplovodní (92,5/67,5 °C). Přípojka prochází 1.PP Samostatná větev je pro vytápění a pro ohřev TV. Objektová směšovací stanice je po rekonstrukci, je osazen měřič spotřeby tepla na vytápění a osazeny regulační armatury na vstupu, zařízení je v dobrém stavu.

Systém vytápění je teplovodní dvoutrubkový s nuceným oběhem. Topnou plochu tvoří ocelová desková tělesa VSŽ Košice a litinové článkové radiátory Kalor převážně u balkonů, ve vytápěných částech suterénu jsou otopné žebrové registry - vše bez termostatických ventilů. Horizontální rozvody v suterénu jsou částečně izolované čedičovou vatou v tloušťce 2 až 3 cm, armatury jsou neizolované.

Otopný systém není bez netěsností a není hydraulicky vyregulovaný. Většina stávajících radiátorových kohoutů je nefunkčních; plechové radiátory jsou v některých místech napadeny korozí.

Zdrojem tepla pro ohřev vody je výměníková stanice. Parametry topné vody jsou stanoveny ve smlouvě o dodávce tepla pro topné období na 90/70 °C a pro mimotopné období na 70/50 °C. Teplá voda je ohřívána v ležatém zásobníkovém ohřívači pomocí topné vložky. Ohřívač je původní, ocelový a je umístěn v samostatné místnosti v nejnižším podlaží budovy spolu s regulací otopné soustavy. Pitná voda vstupující do ohřívače není upravována.

Z ohřívače umístěného v nejnižším podlaží budovy je TV dodávána do jednotlivých bytů v nadzemních podlažích. Distribuční systém sestává z rozvodného potrubí TV a cirkulačního potrubí TV, které má zajistit stálou teplotu vody u všech odběratelů v budově. Obě tato potrubí jsou vedena ve společné trase s rozvodem pitné (studené) vody.

Cirkulace vody je zabezpečována cirkulačním čerpadlem s nepřetržitým provozem. TV je dodávána uživatelům nepřetržitě. Během noci teplota TV postupně klesá. Ohřívač TV je opatřen tepelnou izolací z minerální plsti tl. 30 mm s povrchovou úpravou Al-fólií s pletivem. Potrubí otopné vody je částečně opatřeno tepelnými izolacemi různého materiálového provedení, armatury nejsou izolovány vůbec.

Potrubí TV a cirkulace TV jsou ovinuta plstěnými pásy nebo jsou bez izolací vůbec. Plstěné pásy přitom nelze za tepelnou izolaci považovat.

Výměníková stanice je funkční a splňuje veškeré požadavky na ně kladené. Potrubí je izolováno v předávací stanici izolací z lehčeného polyethylenu a rozvody v budově jsou izolovány čedičovou vatou. Izolace nesplňují podmínky vyhlášky 151/2001. Armatury ve výměníkové stanici nejsou izolovány.

Seznam úsporných opatření realizovaných na těchto domech:

• Tepelná izolace potrubí a armatur vytápění
• Organizační opatření, energetický management, úsporné žárovky
• Vyregulování systému vytápění, termoregulační ventily
• Modernizace rozvodů a ohřevu teplé vody (TV)
• Výměna oken (U_N = 1,2 W.m^-2.K^-1)
• Zateplení obvodových stěn (U_N = 0,24 W.m^-2.K^-1)
• Zateplení podlahy nad suterénem (U_N = 0,63 W.m^-2.K^-1)
• Zateplení střechy (U_N = 0,19 W.m^-2.K^-1)
• Řízené větrání s centrální jednotkou a zpětným získáváním tepla - pouze u Kamínků 6
• Úsporné výtokové armatury TUV byly navrženy, ale ne realizovány

Výsledky monitoringu

Jelikož se jedná o sběr dat, je nejlepší prohlédnout si výsledky monitoringu graficky.

Graf 2 - Průběh spotřeby tepla na vytápění a ohřev teplé vody 2002-2005
(po kliknutí se obrázek zvětší)

V roce 2002 byl již dům Kamínky 6 po rekonstrukci - je patrné, že spotřeba tepla v tomto objektu je výrazně nižší, postupně se po rekonstrukci snižuje u Oblé 3 (přelom 2002/2003) a Oblé 14 (přelom 2003/2004).

Graf 3 - Lineární část E-t křivky Kamínky 6 v letech 2002-2005
(po kliknutí se obrázek zvětší)

U tohoto domu je patrné stálé mírné snižování spotřeby tepla po rekonstrukci, která proběhla na podzim roku 2001. Může to být dáno dalším doregulováním otopné soustavy, ale také změnou chování obyvatel domu. V důsledku stálého zdražování energií mohou více šetřit, případně vytápět na nižší teploty a větrat v zimě pouze krátce a intenzivně, jak jim bylo doporučeno po rekonstrukci domu.

Graf 4 - E-t křivka před a po rekonstrukci - Oblá 14
(po kliknutí se obrázek zvětší)

Čím je sklon závislosti strmější, tím vyšší je spotřeba tepla v domě (při stejné venkovní teplotě je vyšší spotřeba). Tento graf ukazuje k jak výraznému snížení může po rekonstrukci dojít.

5. ZÁVĚR - VYČÍSLENÍ ÚSPOR

Následující tabulky ukazují procentuelní vyčíslení úspory tepla v jednotlivých domech. Vychází se z období před realizací úsporných opatření, kdy ještě nebyl zaveden monitoring spotřeb.

UT		spotřeba tepla na vytápění
TV		spotřeba tepla na ohřev teplé vody
		rok realizace úsporných opatření
kWh/m2		spotřeba v kWh/m2 vytápěné plochy
[%]		vztaženo ke spotřebě před realizací úsporných opatření = 100%

Objekt	Kamínky 6
Spotřeba tepla	UT		[%]	TV		[%]	CELKEM		[%]
	GJ	kWh/m2		GJ	kWh/m2		GJ	kWh/m2
Před realizací úsporných zařízení	1141	117,2	100	510	52,4	100	1651	169,6	100
Rok 2001	963	98,9	84	415	42,6	81	1378	141,6	83
Rok 2002	467	48,0	41	377	38,7	74	844	86,7	51
Rok 2003	436	44,8	38	357	36,7	70	793	81,5	48
Rok 2004	407	41,8	36	350	36,0	69	757	77,8	46
Rok 2005	392	40,3	34	309	31,7	61	701	72,0	42

Tabulka 3

Tabulka potvrzuje stálé postupné snižování spotřeby tepla jak na vytápění tak na ohřev teplé vody.

Objekt	Oblá 3
Spotřeba tepla	UT		[%]	TV		[%]	CELKEM		[%]
	GJ	kWh/m2		GJ	kWh/m2		GJ	kWh/m2
Před realizací úsporných zařízení	670	137,7	100	230	47,3	100	900	184,9	100
Rok 2001	723	148,5	108	234	48,1	102	957	196,6	106
Rok 2002	505	103,8	75	207	42,5	90	712	146,3	79
Rok 2003	233	47,9	35	167	34,3	73	400	82,2	44
Rok 2004	232	47,7	35	168	34,5	73	400	82,2	44
Rok 2005	204	41,9	30	168	34,5	73	372	76,4	41

Tabulka 4

Objekt	Oblá 14
Spotřeba tepla	UT		[%]	TV		[%]	CELKEM		[%]
	GJ	kWh/m2		GJ	kWh/m2		GJ	kWh/m2
Před realizací úsporných opatření	1387	142,5	100	381	39,1	100	1768	181,6	100
Rok 2001	1387	142,5	100	381	39,1	100	1768	181,6	100
Rok 2002	1326	136,2	96	374	38,4	98	1700	174,6	96
Rok 2003	1103	113,3	80	301	30,9	79	1404	144,2	79
Rok 2004	294	30,2	21	320	32,9	84	614	63,1	35
Rok 2005	406	41,7	29	323	33,2	85	729	74,9	41

Tabulka 5

Na začátku roku 2004 došlo k velmi výraznému snížení spotřeby tepla na vytápění. Je to patrné i z grafu č. 2. V té době (těsně po rekonstrukci) asi v polovině byla uvedena do provozu regulace ÚT. Je možné, že také docházelo ke špatným odpočtům. Později se spotřeba vrátila do "normálu".

LITERATURA

[1] DAHLSVEEN, T., PETRÁŠ, D. Energetický audit budov, Jaga group Bratislava, 2003. ISBN 80-88905-86-9
[2] HIRŠ, J., TICHAVSKÁ, R Energetické audity obytných budov, Stavební ročenka 2004, Jaga group Bratislava 2003, ISBN 80-88905-88-5
[3] TICHAVSKÁ, R., Energetický management panelových bytových domů - Sborník 4. odborné konference doktorského studia, VUT v Brně 2002
[4] TICHAVSKÁ, R., Energetická bilance - Sborník 5. odborné konference doktorského studia díl 6, VUT v Brně 2003. ISBN 80-7204-265-3