Monitoring energetické náročnosti a tepelného stavu bytového domu
Po realizaci energeticky úsporných opatření (zateplení obvodového pláště, výměna oken, hydraulické vyregulování vytápění, atd.) se sníží spotřeba energií na vypočtenou úroveň, na které sa udrží několik roků. Vyhodnocením množství ENCON projektů se zjistilo, že po 1 roce až 2 letech spotřeba energie začne znovu stoupat.
Energetická hospodárnosť budov je v súčasnosti dominantným sektorom v energetickej bilancii každej krajiny Európskej únie. A práve EÚ svojimi legislatívnymi krokmi prijatím viacerých zásadných smerníc, ktoré sa postupne implementujú do právneho poriadku jednotlivých členských krajín, vytvorila pozitívnu ofenzívu zameranú na výraznú redukciu spotreby energie.
V súčasnosti je spotreba energie v budovách o 20 až 40 % vyššia, ako by mala byť pre dosiahnutie požadovanej kvality vnútornej klímy. Tieto budovy majú veľký potenciál energetických úspor. Po realizácii energeticky úsporných opatrení (zateplenie obvodového plášťa, výmena okien, hydraulické vyregulovanie vykurovacej sústavy, atď.) sa zníži spotreba energií na vypočítanú úroveň, na ktorej sa udrží niekoľko rokov. Vyhodnotením množstva ENCON projektov sa zistilo, že po jednom až dvoch rokoch spotreba energie začne znova stúpať. Tieto okolnosti obvykle zapríčiňujú chyby v prevádzke a údržbe (Petráš, D. a kolektív, 2008). Aby sa vyriešili tieto problémy, musia sa uplatniť postupy energetického manažmentu, ktorý je riadiacim nástrojom na permanentné udržiavanie spotreby energie na správnej úrovni.
1. Úvod
Cieľom prieskumu bolo zistiť súvislosť medzi potrebou energie a vnútorným prostredím v pôvodnom panelovom bytovom dome, a zároveň porovnať, ako sa zmenila potreba energie a spokojnosť obyvateľov s vnútorným prostredím po uskutočnení energeticky úsporných opatrení. Pre riešený bytový dom bol vypracovaný energetický audit a zároveň bol obyvateľom domu rozdaný dotazník za účelom zistenia fyzického stavu konštrukcií a kvality ich vnútorného prostredia. Výpočtom potreby energie na vykurovanie a prípravu teplej vody bola budova zaradená do energetickej triedy. Prieskum aj výpočty boli zrealizované pred rekonštrukciou a následne po nej.
2. Charakteristika objektu
Riešený objekt sa nachádza v Bratislave. Jedná sa o radový bytový dom realizovaný v stavebnej sústave P1.15/BA. Riešená bola len časť domu, v ktorej sa nachádza 32 bytových jednotiek. Objekt má 9 nadzemných podlaží, na 1. NP sa nachádzajú vstupné a úložné priestory (technické podlažie), na 2. NP až 9. NP sú bytové jednotky. Všetky bytové jednotky sú štvorizbové. Pod domom sa nachádza podzemná garáž. Objekt je orientovaný pozdĺžnou stranou fasády na južnú a severnú stranu. Na obr. 1 je pohľad na objekt pred obnovou a na obr. 2 je pohľad na obnovený objekt.
Obr. 1 Čelný (južný) pohľad na riešenú časť bytového domu pred obnovou
Obr. 2 Čelný (južný) pohľad na riešenú časť bytového domu po obnove
Stavebné konštrukcie
Obvodový plášť je realizovaný zo spínaných pórobetónových panelov hrúbky 300 mm. Plné panely s otvormi sú spínané na výšku z pórobetónových prvkov v skladbe 4×695 mm. Na zateplenie objektu sa použil kontaktný systém na báze penového polystyrénu hrúbky 8 cm. Strešný plášť je vytvorený ako jednoplášťová plochá strešná konštrukcia, zhotovená zo železobetónovej konštrukcie hrúbky 150 mm, na ktorej je položená tepelná izolácia pozostávajúca z rohože z minerálnych vlákien o hrúbke 70 mm, uzavretej vzduchovej medzery a pórobetónových panelov na podkládkach hrúbky 250 mm. Strecha sa zateplila doskami NOBASIL o hrúbke 120 mm. Pôvodné okná sú typové drevené s dvojitým zasklením, otváravé a sklopné. Balkónové dvere sú drevené, zdvojené, otváravé do vnútra. Väčšina otvorových konštrukcií v bytoch bola už pred obnovou v rámci individuálnych možností vymenená za plastové, a to v 85 % bytov. Pôvodné hlavné vstupné dvere boli kovové s jednoduchým zasklením. V rámci rekonštrukcie boli aj pôvodné otvorové konštrukcie v bytoch vymenené vlastníkmi bytov za plastové, rovnako ako okná v spoločných a schodišťových priestoroch. Hlavné vstupné dvere sa vymenili za oceľové dvere s vylepšenými vlastnosťami.
Vykurovanie
Objekt je priamo napojený na odovzdávaciu stanicu tepla, ktorá je umiestnená na štítovej strane bytového domu v samostatnom objekte. Vykurovací systém je teplovodný, dvojrúrkový, s núteným obehom. Prívodné a vratné potrubie je vedené cez štítovú stenu a ďalej pod stropom 1. NP. Potrubie vedie k jednotlivým stúpacím potrubiam umiestneným v šachte nachádzajúcej sa vedľa výťahovej šachty. Keďže ležaté rozvody boli čiastočne izolované, na potrubiach v rámci rekonštrukcie neboli vykonané žiadne zmeny. Ako vykurovacie telesá sú inštalované doskové telesá, respektíve liatinové článkové telesá v kuchyniach. Kúpeľne nie sú vykurované ústredným vykurovacím systémom, ale sú dokurované elektrickými infražiaričmi. Vykurovacie telesá sú vybavené termostatickými ventilmi. Systém je doposiaľ hydraulicky nevyregulovaný a v blízkej budúcnosti by sa malo pristúpiť k jeho vyregulovaniu.
Systém prípravy teplej vody
Objekt je zásobovaný teplou vodou zo zásobníkových ohrievačov teplej vody umiestnených v objekte OST, kam je privádzaná z centrálneho zdroja. Ležaté rozvody teplej a studenej vody sú zavesené pod stropom 1. nadzemného podlažia a následne vedené v stúpacej šachte bytového jadra. Potrubia rozvodu teplej vody boli slabo zaizolované čadičovou plsťou obalenou plastovou fóliou. V rámci rekonštrukcie boli rozvody teplej a studenej vody zaizolované izoláciou Tubolit DG. Na obr. 3 a 4 môžeme vidieť stav ležatých rozvodov vykurovacieho systému a rozvodov teplej a studenej vody.
Obr. 3 Ležaté rozvody objektu pred rekonštrukciou
Obr. 4 Ležaté rozvody objektu po rekonštrukcii
3. Monitoring energetickej náročnosti
Základným nástrojom pre energetický manažment je energeticko-teplotný diagram, čiže ET-diagram, ktorý predstavuje závislosť celkovej spotreby energie budovy na vonkajšej teplote. Hlavným elementom ET-diagramu je ET-krivka. Pre zostrojenie tejto krivky potrebujeme poznať vonkajšiu teplotu v lokalite bytového domu a príslušnú spotrebu energie v budove, obe za určité obdobie. V princípe sú dva spôsoby zostrojenia ET-krivky. Prvý spôsob je na základe údajov (spotreba energie a vonkajšia teplota) nameraných v budove za reprezentatívne obdobie, ktoré by malo predstavovať minimálne 3 roky normálnej/typickej prevádzky budovy. Druhý spôsob je výpočtový, keď sa vykoná podrobný energetický výpočet a model budovy vo vhodnom softvéri. V prípade riešeného bytového domu sa zvolil výpočet v ENSI EAB softvéri.
Výsledkom výpočtu v softvéri EAB je energetická bilancia bytového domu, v ktorej sú vypísané jednotlivé položky celého systému (tab 1). Celková potreba energie bytového domu pred obnovou je 150,3 kWh/m2‧rok. Po zrealizovaní energeticky úsporných opatrení (zateplenie obvodového plášťa, zateplenie strechy, výmena okien, hydraulické vyregulovanie vykurovacej sústavy a výmena úsporných sprchových hlavíc a perlátorov) celková potreba energie bytového domu sa zníži na hodnotu 110,1 kWh/m2‧rok.
| Bilančná položka | Štandard | Aktuálne | Korekcia | Po opatreniach | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| kWh/m2 | kWh/m2 | kWh/a | kWh/m2 | kWh/a | kWh/m2 | kWh/a | |
| 1. Vykurovanie | 95,0 | 88,0 | 300 979 | 88,0 | 300 979 | 58,3 | 199 616 |
| 2. Vetranie (vykur.) | 0,0 | 0,0 | 0 | 0,0 | 0 | 0,0 | 0 |
| 3. TV | 28,9 | 31,8 | 108 654 | 31,8 | 108 654 | 21,2 | 72 529 |
| 4. Ventilátory a čerpadlá | 1,5 | 0,0 | 0 | 0,0 | 0 | 0,0 | 0 |
| 5. Osvetlenie | 14,3 | 20,1 | 68 636 | 20,1 | 68 636 | 20,1 | 68 636 |
| 6. Rôzne | 9,5 | 10,5 | 36 034 | 10,5 | 36 034 | 10,5 | 36 034 |
| 7. Chladenie | 0,0 | 0,0 | 0 | 0,0 | 0 | 0,0 | 0 |
| Celkom | 149,1 | 150,3 | 514 303 | 150,3 | 514 303 | 110,1 | 376 814 |
| 8. Vonkajšie | 0 | 0 | 0 | ||||
Porovnanie ET-kriviek pred a po uskutočnení energeticky úsporných opatreniach môžeme vidieť na obr. 5.
Obr. 5 ET-krivka pred a po obnove bytového domu
*červená krivka predstavuje stav pred realizáciou úsporných opatrení
*modrá čiarkovaná krivka predstavuje stav po realizácii úsporných opatrení
4. Monitoring tepelného stavu
Tepelná pohoda
Tepelné prostredie je nemožné špecifikovať tak, aby bolo vyhovujúce pre každého užívateľa. Vždy tu bude určité percento nespokojných. Nespokojnosť môže byť spôsobená nepohodou vplyvom pocitu chladu alebo tepla pre telo ako celok (ISO EN 7730 Moderate Thermal Environments).
Na zistenie subjektívnych pocitov obyvateľov bytového domu bol vytvorený dotazník, na základe ktorého bolo vyhodnotené vnútorné prostredie. Dotazník bol vyplnený dvakrát, pred rekonštrukciou aj po rekonštrukcii bytového domu, aby bolo možné výsledky porovnať. Dotazník bol vyplnený zástupcami 23 z 32 bytov (čo je necelých 72 %). Hodnotenie tepelného pocitu a vnímanie teploty sa uskutočnilo pomocou PMV indexu, ktorý sa používa na posúdenie či tepelné prostredie spĺňa kritériá tepelného komfortu. Je to index predpovedajúci strednú hodnotu voľby tepelného pocitu veľkej skupiny ľudí na 7bodovej škále. Hodnotenie môžeme vidieť na obr. 6. Výsledky na obrázku vyjadrujú relatívne rozdiely (t.j. obyvatelia v dotazníku vyplnenom po obnove vyjadrili názory na prostredie v ich bytoch pred obnovou a hneď na to aj pociťovanú zmenu po obnove).
| Pred rekonštrukciou | Po rekonštrukcii | |||
 | Horúco |  | Horúco | |
| Teplo | Teplo | |||
| Mierne teplo | Mierne teplo | |||
| Neutrálne | Neutrálne | |||
| Mierne chladno | Mierne chladno | |||
| Chladno | Chladno | |||
| Zima | Zima | |||
Obr.6 Tepelný pocit obyvateľov bytového domu pred a po rekonštrukcii
Predpokladaná stredná hodnota voľby tepelného pocitu pred rekonštrukciou bola 1.12, čo znamená, že obyvatelia sa cítili v priemere mierne teplo. Predpokladaná stredná hodnota voľby tepelného pocitu po rekonštrukcii vzrástla na 1.99. Výsledky teda naznačujú, že v dôsledku zateplenia sa pocit tepla u obyvateľov zvýšil. Po tejto zmene obyvatelia považujú teplotu v bytoch za menej prijateľnú, ako môžeme vidieť na obr. 7.
| Pred rekonštrukciou | Po rekonštrukcii | |||
 | Jasne prijateľnú |  | Jasne prijateľnú | |
| Práve prijateľnú | Práve prijateľnú | |||
| Práve neprijateľnú | Práve neprijateľnú | |||
| Jasne neprijateľnú | Jasne neprijateľnú | |||
Obr. 7 Vnímanie teploty obyvateľmi bytového domu pred a po rekonštrukcii
Príčinou by mohla byť zatiaľ nevyregulovaná vykurovacia sústava a staré, nefunkčné ventily s termostatickými hlavicami inštalované na vykurovacích telesách. Ventilmi nie je možné nastaviť požadovanú teplotu a nedajú sa ani vypnúť. Vplyvom zateplenia sa tepelné straty znížili a teplota v bytoch sa bez možnosti primeranej regulácie naopak zvýšila. Nefunkčnosť ventilov s termostatickými hlavicami je zrejmá z grafu 1 – až tri štvrtiny opýtaných nemajú žiadnu možnosť nastavenia teploty. To podporuje tvrdenie, že ak chceme zlepšiť vnútorné prostredie bytov, zateplenie budovy sa neodporúča vykonať bez hydraulickej regulácie vykurovacieho systému.
Graf 1 Možnosť nastavenia teploty na vykurovacích telesách
Tepelná nepohoda
Prieskum z hľadiska tepelnej nepohody bol zameraný na pocit prievanu, chladu od okien, chladu od stropu a od podlahy. Jednotlivé výsledky pred a po rekonštrukcii sú zaznamenané v nasledujúcich grafoch.
Graf 2,3 Výskyt tepelnej nepohody v bytoch
Z grafu 2 možno usúdiť, že nie sú výraznejšie problémy s tepelnou nepohodou v bytoch. Tepelná nepohoda vplyvom chladu a prievanu od okien sa vyskytovala len v bytoch s pôvodnými otvorovými konštrukciami. Z grafu 3 môžeme vidieť, že po výmene pôvodných drevených okien za plastové sa v bytovom dome žiadne problémy s chladom od okien nevyskytujú.
Pocit chladu od podlahy pociťujú len obyvatelia 1. NP, čo naznačuje tepelné straty cez strop 1. NP v dôsledku nedostatočnej tepelnej izolácie. V čase prieskumu nebola v tomto smere vykonaná žiadna rekonštrukcia.
Hoci sťažnosti ohľadne pocitu chladu od stropu sa pred rekonštrukciou nevyskytli, vzhľadom na častý výskyt zatekania bola strecha zrekonštruovaná, pričom súčasťou rekonštrukcie bolo aj jej zateplenie.
5. Záver
Hoci obnova bytového domu môže nepochybne prispieť k zlepšeniu vnútorného prostredia v bytoch, výsledky naznačujú, že bez primeranej regulácie môže nastať práve opačný efekt – prekurovanie bytov. Navyše ani úspory energie sa bez vyregulovania vykurovacieho systému nemôžu prejaviť v plnej miere. Výsledky naznačujú, že obnova bytových domov by sa mala vykonať skutočne komplexne, pričom okrem finančných a energetických ukazovateľov by sa mal brať ohľad aj na ďalšie aspekty, ako napríklad vplyv na kvalitu vnútorného prostredia v bytoch.
V neposlednom rade by sa nemalo zabúdať na prevádzku a údržbu objektu po zrealizovaní úsporných opatrení, aby sa vypočítaná potreba energie udržala na požadovanej úrovni.
6. Literatúra
- [1] Chmúrny, I.: Tepelná ochrana budov. Bratislava: Jaga, 2003.
- [2] Dahlsveen, T. a spol.:, Slovenská adopcia nástrojov a softvéru pre energetickú certifikáciu, audity, monitoring budov. Manuál ENSI Energy Monitoru, Slovenská Technická Univerzita v Bratislave, Bratislava 2009
- [3] Petráš, D. – Chmúrny, I. – Smola, A. – Lulkovičová, O. – Furi, B. – Konkoľ, R.: Energetický audit a certifikácia budov. Bratislava: Jaga Group, 2008. 163 s. ISBN 978-80-8076-063-2.
- [4] Pustayová, H.: Energetické a environmentálne posúdenie bytového domu. Diplomová práca. Bratislava: Stavebná fakulta STU v Bratislave, 2009.
- [5] Pustayová, H., Krajčík, M.: Energetické a environmentálne hodnotenie bytového domu pred a po obnove, In Komplexná obnova bytových domov 2010. : IV.medzinárodná konferencia. Financovanie,úspory energie a kvality bývania.Podbanské,SR,18.-19.11.2010. Martin: Združenie pre podporu obnovy bytových domov, 2010, s. 107–112. ISBN 978-80-227-3409-7.
- [6] Pustayová, H. Petráš, D.: Energetický monitoring pred a po realizácií komlexnej obnovy bytového domu; , In Komplexná obnova bytových domov 2010. : IV.medzinárodná konferencia. Financovanie,úspory energie a kvality bývania.Podbanské,SR,18.-19.11.2010. Martin: Združenie pre podporu obnovy bytových domov, 2010, s. 107–112. ISBN 978-80-227-3409-7.
- [7] Vyhláška č. 311/2009 Z. z. Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky z 13. júla 2009, ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov
- [8] STN EN 15251 Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov – kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika
- [9] ISO EN 7730 Moderate Thermal Environments
After the implementation of energy saving measures (insulation, replacement windows, hydraulic regulation of heating, etc.) the energy consumption will reduce on the calculated level at which will hold a few years. Evaluation of ENCON projects has found that after 1 year to 2 years energy consumption will rise again.