Sledování spotřeby energie na vytápění a ohřev TUV v bytovém domě od roku 1932 do současnoti

1. Úvod

Touha lidstva mít příjemné bydlení, kde v létě není horko a v zimě není zima se datuje od počátku lidské civilizace. Až 20. století tyto tužby plně uspokojilo, a to zejména od 30. let, kdy při výstavbě bytových domů začal převládat funkcionalizmus, v jehož rámci byly do výstavby zaváděny nové stavební materiály a technologie. K vytápění pak bylo zaváděno ústřední topení, jehož mnohdy robustní otopná soustava je funkční do současnosti. Změnu však doznaly zdroje tepla, kdy původní kotelny na koks byly průběžně nahrazovány kotli na plyn a z průběžných záznamů o spotřebě energie za období 90 let lze odvodit jaké zásahy do otopné soustavy a jaké konstrukce budov mohou snížit energetickou náročnost vytápění.

2. Výstaba nájemního domu Pod strání 12 (nyní Bří. Čapků 12), Brno

Příznivé podmínky a pobídky pro výstavbu bytových domů v 30. letech (daňové úlevy dle zák. 45/1930 Sb.) přivedly stavitele Ing. Bohumila Šperlinga, který vlastnil jak projekční kancelář, tak stavební firmu, k myšlence postavit si šestipodlažní dům s 12 „malými byty“ („malé byty“ jsou dle zák. 76/1927 Sb. byty s podlahovou plochou obytných místností do 80 m²) o celkové užitné ploše bytů 1100 m² (obr. 1).

Obr. 1 – Nájemní dům Pod strání 12, Brno (1932)
Fig. 1 – Apartment Building Pod Strání 12, Brno (1932)

Obr. 2 – Suterén domu s kotli STREBEL II a rozvody otopné vody
Fig. 2 – Basement of the house with STREBEL II boilers and heating water distribution

Dle dostupné dokumentace činil náklad na výstavbu domu prvorepublikových 1,5 mil. Kč. Dům byl vybaven tehdejším nejmodernějším technickým vybavením. Byla zde zřízena „strojní prádelna“ za 21 500 Kč, zdviž za 60 000 Kč, ale největší položku tvořilo ústřední vytápění, navržené a realizované firmou Českomoravská Kolben-Daněk a.s. za 99 500 Kč. V této částce byly zahrnuty dva, tehdy nejmodernější kotle na koks STREBEL II a 70 radiátorů (obr. 2). Tato částka zahrnovala i montáž měřičů tepla firmy Thermona pro každý byt, které umožňovaly, aby si každý nájemník nastavil teplotu v bytě dle svých požadavků a za to si též zaplatil.

Předpokládaná životnost otopné soustavy byla tehdy odhadnuta na 25 let. Stavba domu byla zahájena 3. srpna 1931 a stavební povolení k užívání domu bylo vydáno 1. července 1932, tedy státem stanovené podmínky pro získání dotace byly splněny (osvobození na 25 let z placení činžovní daně).

3. Topné sezony od roku 1932 do roku 1947

Topná sezona domu byla zahájena již v říjnu 1932. Kotelna se dvěma kotli byla v suterénu domu a byla propojena s bytem domovníka, který byl současně i topičem domu. Za první topnou sezonu (říjen 1932 až květen 1933) bylo protopeno 196,4 q koksu (19,64 t) v celkové ceně 7 560 Kč. Cena 1 q koksu tehdy dosahovala 38,50 Kč (v současnosti činí 2 300 Kč). Spolu s ostatními výdaji (za dřevo, kominíka a různé opravy) činila částka za vytápění za toto období 11 120 Kč.

V dalších topných sezonách spotřeba koksu kolísala podle teplotních podmínek v daném roce. Např. v topné sezoně 1943/44 dosahovala roční spotřeba 290 q koksu, ale v průměru za období 1932/33 až 1946/47 (15 let) byla roční spotřeba 210 q. Průměrná délka topné sezony činila 223 dnů, tzn., že denní spotřeba koksu činila přibližně 94 kg.

Příprava teplé užitkové vody (TUV) byla v projektu a realizaci řešena plynovými karmami („Junkersovými apparáty“ dle původní technické dokumentace) a pro každou koupelnu byl zřízen přívod plynu a odvod spalin do komína. Doba činnosti však byla jen 5 let. Zřejmě se tato příprava TUV neosvědčila (i když náklady na jejich instalaci dosahovaly 32 100 Kč).

Pro topnou sezonu 1937/38 byla v domě zřízena centrální příprava TUV v novém kotli na koks. Zvýšená spotřeba koksu vyžadovala v domě zvětšit „uhelnu“ na úkor sklepních prostor domu. Za další období 10 let činila průměrná roční spotřeba koksu na přípravu TUV 75 q, při průměrné roční spotřebě TUV 400 m³ (průměrná spotřeba koksu na výrobu 1 m³ TUV činí 18,75 kg). Jednotlivé roční spotřeby koksu pro topivo a přípravu TUV jsou uvedeny v tabulce 1.

Tato spotřeba je pak graficky zobrazena v Grafu 1.

Graf 1 – Spotřeba koksu na vytápění a přípravu TUV (1932–1947)
Chart 1 – Coke consumption for heating and hot water preparation (1932–1947)

Pozn.: Z podkladů o spotřebě koksu v jednotlivých letech je zajímavé zjištění, že i v období, kdy snaha Říše o výstavbu Nové Evropy se nesetkávala s úspěchem a frontová linie se valem přibližovala, bylo zásobování bytových domů bezproblémové, a dokonce v letech 1943/44 byla největší spotřeba koksu za celé sledované období.

4. Nájemní dům pod správou OPBH

Koncem 40. let podrobné záznamy o spotřebě koksu končí, neboť dům byl jako jeden z prvních znárodněn, jelikož v něm byly kanceláře firmy Ing. B. Šperlinga, a dům přešel pod laskavou správu Okresního podniku bytového hospodářství (OPBH). Ta nechala po nějakou dobu domovníka v jeho bytě, který stále vykonával funkci topiče. Pouze měřiče tepla „Thermony“ byly vyřazeny z provozu, protože nájemníkům „nevyhovovaly“. Platit se tedy začalo za teplo podle m² podlahové plochy a k údivu některých nájemníků vzrostla částka za teplo na dvojnásobek (teplotu v bytech snižovali větráním). TUV byla k dispozici pouze jednou týdně, a to v pátek od 17 do 21 hod., kdy bylo nutno se velmi rychle vykoupat. V průběhu 60. a 70. let byl ustanoven úřední topič, který měl na starosti více kotelen.

V této době byl též koks jako topivo nahrazen hnědým uhlím. Koks je pro čistotu spalování přirovnáván k zemnímu plynu, ale protože byl přednostně používán v těžkém průmyslu, projevil se jeho nedostatek. Spalování hnědého uhlí v kotlích bytových domů však negativně ovlivnilo jejich venkovní prostředí. (Koks, který se vyrábí v koksovnách karbonizací černého uhlí je totiž zbaven nežádoucích příměsí a je právě proto vhodný jako topivo i ve městě). Rovněž časté výpadky v topení budily nespokojenost u nájemníků a teplé svetry a elektrické teplomety patřily k základní výbavě bytů.

Díky jednomu z nájemníků bytového domu, který pracoval u plynáren, byla v roce 1982 kotelna ze strany OPBH rekonstruována a do kotelny byly nainstalovány dva maďarské plynové (atmosférické) kotle. První kotel Körös 25 ES o výkonu 25 kW byl určen pouze pro výrobu TUV, spojen byl s bojlerem o objemu 4 m³. Druhý kotel ETÏ-60E o výkonu 70 kW byl určen pouze k vytápění domu. Do samotížné otopné soustavy bylo přiřazeno oběhové čerpadlo a výkon kotlů byl řízen elektronicky – Komexthermem. Tepelná pohoda v domě se rázem zlepšila. Staré kotle, jejichž životnost byla počítána na 25 let, vydržely v činnosti 50 let. Kotle, které při své činnosti připomínaly podpalubí parníku Titanic, byly dány do šrotu. Nové kotle, připojené na staré rozvody a opatřené novými ventily a čerpadly pak připomínaly strojovnu ponorky Nautilus. S těmito kotli přešel dům v roce 1991 v rámci restituce od OPBH opět do soukromých rukou dědiců Ing. B. Šperlinga.

5. Snižování spotřeby energií v otopné soustavě domu v posledních 30 letech

Obr. 3 – Instalace dvou kotlů Viadrus (2007)
Fig. 3 – Installation of two Viadrus boilers (2007)

I když byl tento příspěvek OPBH, který dostali restituenti do vínku, příjemný, časem se ukázalo, že kotle i při dobré údržbě jsou na spotřebu plynu poměrně náročné. Spotřeba plynu za rok 1992 dosahovala 31 000 m³ (v tomto období však stál 1 m³ plynu 3 Kč). Postupným „vylaďováním“ kotlů a optimalizováním způsobu topení v 90. letech se dospělo v roce 2003 ke spotřebě 23 600 m³. V roce 2004 vyšlo nařízení o nutnosti instalace termoventilů, což se uskutečnilo, přičemž spotřeba domu v následujícím roce klesla na 20 000 m³. V roce 2007 se ukázalo, že životnost obou maďarských kotlů je u konce. Po konzultacích s topenářskou firmou bylo rozhodnuto, že se nainstalují dva stacionární kotle Viadrus, a to 25 kW a 49 kW (obr. 3), a přípravu TUV zajistí dva bojlery po 250 l. Kotle byly propojeny paralelně, využívaly se jak pro ÚT, tak pro přípravu TUV, a to buď každý zvlášť, nebo současně. Toto řešení umožnilo optimalizovat topení zejména v přechodných ročních obdobích.

Obr. 4 – Rekonstrukce a zateplení bytového domu Bří. Čapků 12, Brno
Fig. 4 – Reconstruction and insulation of the Apartment Building Bří. Čapků 12, Brno

V roce 2008 byly zavedeny měřiče tepla na radiátory a roční spotřeba klesla na 16 000 m³. Kotle sloužily poměrně dobře, ale občas se u nich projevovaly závady v elektronice (Siemens), jejíž oprava nebyla levná. V letech 2015 až 2016 bylo zrealizováno komplexní zateplení domu včetně výměny oken za okna s trojskly (obr. 4). Roční spotřeba domu se snížila na 12 000 m³.

Obr. 5 – Kaskáda tří kotlů THERM 24 KDN (2021)
Fig. 5 – Cascade of three boilers THERM 24 KDN (2021)

Na podzim v roce 2020 však postupně došla životnost i u obou kotlů Viadrus (po 13 letech provozu). Servisní firma s poukazem, že již nemá náhradní díly na kotle, odmítla vůbec komunikovat, a tak nezbývalo než provizorně dokončit topnou sezónu 2020/21. Začátkem roku 2021 byla oslovena firma Thermona, která souhlasila s rekonstrukcí kotelny a jako optimální řešení nabídla 3 kotle THERM 24 KDN spojené do kaskády (obr. 5) včetně nejmodernější elektroniky a řízení počítačem.

Pracovníci firmy připravili rekonstrukci kotelny na červen tak, že pouze 1 den byl dům bez teplé vody. Tyto kotle jsou řízeny elektronicky, ovládání je i na dálku pomocí datových kabelů nebo wi-fi. Kotelna teď připomíná spíše „velín teplárny“. A roční spotřeba kotlů opět klesla, a to na necelých 10 000 m³ plynu.

Pro vyhodnocení vlivů jednotlivých zásahů do otopné soustavy a konstrukce domu bylo toto třicetileté období rozděleno na 3 dekády (Tab. 2 a Grafu 2), které jsou následně charakterizovány:

1. Období 1992 až 2001 – původní plynové kotle, pořízené OPBH, jsou celou dobu v provozu, pouze je snaha optimalizovat jejich provoz a tím snížit spotřebu.
2. Období 2002 až 2011– je to období velkých zásahů do otopné soustavy. Jsou namontovány nové bojlery, nové kotle Viadrus a jsou namontovány termoventily a měřiče tepla do otopné soustavy.
3. Období 2012 až 2021 – je to období, kdy došlo ke kompletnímu zateplení domu a výměny oken za moderní okna s trojskly a dále k náhradě kotlů Viadrus za nejmodernější elektronicky řízené kotle Thermona a náhrada dosluhujících bojlerů za bojler nový.

Tato spotřeba je pak graficky pro každou dekádu zobrazena v Grafu 2.

Graf 2 – Spotřeby plynu v bytovém domě po dekádách (1992–2021)
Chart 2 – Gas consumption in a Apartment Building (1992–2021)

Pokud bychom průměrnou roční spotřebu plynu za topivo v prvé dekádě označili jako 100 %, tak v druhé dekádě činí 73 % a ve třetí dekádě 38 %. Ve stejném období je průměrná spotřeba plynu na přípravu TUV po dekádách 100 %, 67 % a 67 %. Je zřejmé, že ve druhé a třetí dekádě se spotřeba plynu na přípravu TUV nemění, zatímco spotřeba plynu na vytápění ve třetí dekádě činí jen 38 % spotřeby plynu v prvé dekádě. Uvedené údaje prokazují, že jak technické zhodnocení staré otopné soustavy, tak stavební modernizace staršího domu má zásadní vliv na snížení energetické náročnosti stavby, zejména na vytápění.

6. Závěr

Archiv bytového domu Bří. Čapků 12 (dříve Pod strání 12), Brno poskytuje unikátní informace z období od vzniku tohoto domu v 30. letech minulého století do současnosti. Zachovány byly údaje o způsobu vytápění objektu, spotřebě topiva pro vytápění a pro ohřev teplé vody. Z těchto podkladů je pak možno vysledovat energetickou náročnost bytového domu a posoudit a kvantifikovat, jak se v tomto konkrétním případě projevily modernizační zásahy nejen do otopné soustavy, ale také do samotné konstrukce domu.

Pokud vyjádříme výhřevnost paliv v GJ, můžeme srovnat spotřebu paliv v období 30. let a za poslední 3 dekády současného období. Přitom uvažujeme dle dostupných údajů, že 1 q koksu má výhřevnost 3 GJ a 1 000 m³ zemního plynu má výhřevnost 33 GJ. Výsledky jsou uvedeny v Tab. 3 a Grafu 3.

Pozn.: V období 1932/33–1946/47 se ve skutečnosti začala teplá voda připravovat až po 5 letech provozu kotelny.

Graf 3 – Porovnání energetické náročnosti bytového domu (1932–1947, dále po dekádách 1992–2021)
Chart 3 – Comparison of Apartment Building energy performance (1932–1947, then by decade 1992–2021)

Je zřejmé, že neseřízené plynové kotle v první dekádě (1992–2001) byly pro vytápění domu a přípravu TUV energeticky náročnější, nežli kotle na koks v 30. letech. Spotřeba energie dosahovala 104 až 105 % spotřeby 30. let. Ve druhé sledované dekádě (2002–2011) došlo k významným technickým úpravám otopné soustavy (výměna kotlů, výměna bojlerů, montáž termoventilů a zavedení měřičů tepla). Spotřeba energie na vytápění klesla na 76,2 % a energie na přípravu TUV na 71,0 % spotřeby 30. let. Spotřeba energie na přípravu TUV se však již nezměnila a zůstala na 71,0 % spotřeby 30. let. Ve třetí sledované dekádě (2012–2021) došlo k zateplení bytového domu a výměně kotlů, spotřeba energie na vytápění klesla na 39,5 % spotřeby 30. let. Spotřeba energie na přípravu TUV se však již nezměnila a zůstala na 71 % spotřeby 30. let.

Literatura

1. Zákon 64/1894, kterým se vydává stavební řád pro markrabství Moravské (ze dne 16. června 1894)
2. Zákon 76/1927 Sb. o přímých daních (ze dne 15. června 1927)
3. Vládní nařízení 175/1927 Sb. (kterým se provádí zákon 76/1927 Sb.)
4. Zákon 45/1930 Sb. o stavebním ruchu (ze dne 10. dubna 1930)
5. Vládní nařízení 66/1930 Sb. (o podpoře zákona 45/1930 Sb.)
6. Písemný archiv domu Bří. Čapků 12, Brno