Reklama

Šetříme teplo, nebo si jen lžeme do kapsy? – 1. část

Ing. Jan Blažíček, redakce

Recenzovaný

Jedním z největších úkolů dneška je bezpochyby úspora části aktuálně spotřebovávané energie. Oblastí, kterých se to týká, je hned několik, těmi nejpodstatnějšími ale jsou: doprava, spotřeba elektrické energie a spotřeba tepla využívaného k vytápění. V následujícím textu se zaměříme pouze na poslední bod z uvedené trojice.

Reklama

Co si pod úsporou tepla představit

Na webu cne.cz se nachází přehledný Energetický výkladový slovník, ve kterém se pod heslem Úspora energie dočteme: „Úspora energie představuje nevyčerpání plánovaného množství energie. Z hlediska elektrické energie a tepla je důležité nejenom dosáhnout prostých úspor energie jejím nevyužíváním, ale zejména racionalizovat spotřebu elektrické energie. Úspora energie se většinou udává v %, kde základnou je plánované množství energie.“

S první větou naprostý souhlas, u druhé bych se ale rád pozastavil. Autor výkladu zde, soudě podle uvedené formulace, evidentně vidí rozdíl mezi elektrickou energií a teplem, ale bohužel jinde, než ve skutečnosti je. Když hovoří o nutnosti racionalizovat spotřebu, tak zmiňuje pouze elektřinu, jakoby se to tepla netýkalo. Naproti tomu potenciál prosté úspory energie jejím nevyužíváním přiřazuje jak elektřině, tak teplu, což je principiálně špatně. Na této definici úspor se proto určitě neshodneme.

Abych vysvětlil rozpor, který uvedená definice obsahuje, nemohu nevzpomenout na dva citáty z období mého dětství. První jsem často slýchával od svého otce, když jsem podle jeho názoru nechal někde zbytečně rozsvíceno: „Zhasni, nemáme Kujbyšev!“ (pro mladší generace – vodní elektrárna Kujbyšev byla svého času nejvýkonnější hydroelektrárnou světa). A ten druhý od otce mého kamaráda: „Kdo šetří, má za tři. Ale i tuberu!“ Tehdy mi oba názory přišly jako zjevně antagonistické, dnes už vidím, že pravdu měli otcové oba. Každý totiž hovořil o jiné oblasti úspor.

U elektřiny najdeme bezpočet případů, kdy je některý z domácích spotřebičů bezúčelně v provozu a prostá úspora energie se zde přímo nabízí, ať už se jedná o zdroj světla svítící tam, kde nikdo není, o televizi běžící přesto, že se na ni nikdo nedívá, nebo o spoustu zařízení permanentně ve stand-by režimu. Naproti tomu u vytápění nelze v žádném případě hovořit o bezúčelném provozu tehdy, je-li vytápěný prostor zrovna prázdný. Obytné prostory totiž musí být podle platné legislativy vytápěny na stanovenou úroveň neustále, a vypínání zdrojů tepla po dobu nepřítomnosti uživatelů je proto nelegitimní a místo zvyšování energetické účinnosti vede pouze ke snížení standardu bydlení, od kterého je už jen pár kroků k výsledku, o kterém hovořil kamarádův otec.

Pokud autor výkladu měl na mysli přetápění, tak musím trvat na tom, že odstranění přetápění spadá nikoliv do sféry prostých úspor energie jejím nevyužíváním, ale do racionalizace spotřeby tepelné energie, jinými slovy zvyšování energetické účinnosti. A to je podstatný rozdíl. Smutné je, že tento omyl se opakuje stále dokola, a to i v materiálech ministerstev, jejichž úředníci mají plnění závazků v oblasti energetických úspor na starosti a uvedený rozdíl by vnímat měli…

Dokud nebudou mít jasno odborníci a budou stále doporučovat „metodu Kujbyšev“ i na oblast vytápění, lze očekávat adekvátně chybný přístup i ze strany laické veřejnosti, která oprávněně spoléhá na to, že udílená doporučení z oficiálních míst povedou k vytýčenému cíli. Výsledek našeho snažení ale zatím silně připomíná Cimrmanův let vzducholodí ze Stuttgartu do Bruselu. S dovolením si vypůjčím slova pánů Smoljaka a Svěráka: „Avšak vlivem silného protivětru nechali brzy Stuttgart daleko před sebou a po sedmihodinovém letu na Brusel přistáli nedaleko Varšavy.“

O tom, že zatím letíme opačným směrem, svědčí řada indicií, stačí si ověřit skutečný efekt provedených úsporných opatření na konkrétních realizacích. To by sice mělo být základním pravidlem, zvláště jsou-li práce realizovány za podpory státních dotací, ale naše úřady umí dotace pouze přidělovat, na kontrolu jejich přínosu už evidentně nemají. Troufám si tvrdit, že úředníci vůbec netuší, jak by se efekt konkrétního opatření dal vypočítat, a proto doufají, že ten se dostaví vždy automaticky. To není úplně vyloučené, ale vyžaduje to jeden detail – místo prostých úspor tepelné energie preferovat zvyšování energetické účinnosti vytápění.

Vlastníci bytových domů jsou další skupinou, která by na provádění vyhodnocení měla mít eminentní zájem. Vždyť do zateplení nebo výměny oken investovali obrovské sumy peněz a očekávají tedy rychlou návratnost investice. Jejich upřímná snaha však často naráží na neúplné pochopení problému, který je složitějším, než se může na první pohled zdát. Ano, laici skutečně ve vyhodnocování úspor tápou. Jak jinak si vysvětlit, že se převážně spokojují s prostým porovnáním roční spotřeby tepla po zateplení a před zateplením, anebo jen s odhadem předpokládaných úspor vypracovaným ještě před vlastní realizací.

Následující text je určen všem těm, kterým není lhostejná doba návratnosti uskutečněných investic, a mají zájem zjistit, jak efektivně je jejich dům vytápěn. Prvním krokem je zjištění skutečné potřeby tepla na vytápění za uplynulá období.

1. Jak vypočítat potřebu tepla na vytápění

Všem musí být jasné, že není zima jako zima. Jednou je kratší podruhé delší a člověk nemusí být meteorolog, aby poznal, že se liší i průměrné venkovní teploty za otopné období. V našich podmínkách to meziročně bývá i o více jak 1 °C, v závislosti na konkrétní lokalitě. Hodnoty ze stanice Praha-Karlov za posledních 7 let jsou uvedeny v tabulce č. 1. Pro výpočet potřeby tepla na pokrytí tepelných ztrát při daných okrajových podmínkách používáme následující vztah:

(1)

ve kterém jsou:

Q_R: celoroční potřeba tepla v otopném období [GJ.rok⁻¹]
24: počet hodin vytápění za den [1]
ε: korekční součinitel (pro pro nepřerušované vytápění a středně těžké stavby = 1) [1]
Q_L: tepelná ztráta objektu [kW]
d: počet dnů vytápění v otopném období [1]
t_is: průměrná vnitřní teplota v objektu [°C]
t_es: vážený průměr vnější teploty v otopném období [°C]
t_i: vnitřní teplota, při které byla vypočtena Q_L [°C]
t_e: vnější teplota, při které byla vypočtena Q_L [°C]
0,0036: převod jednotky spotřeby z kWh.rok⁻¹ na GJ.rok⁻¹ [1]

Zde pozor! Celoroční potřeba tepla Q_R není to samé jako předpokládaná roční dodávka tepla otopnou soustavou. Tak by tomu bylo pouze tehdy, kdyby uvnitř objektu nepůsobily vůbec žádné tepelné zisky, což je ale v reálném životě nedosažitelný extrém. V praxi se na potřebě tepla podílejí současně obě složky, jak teplo ze soustavy, tak teplo z tepelných zisků.

Ze vztahu (1) je vidět, že o potřebě tepla pro vytápění rozhoduje celkem šest proměnných. První dvě (vážený průměr vnější teploty a počet dnů vytápění) vycházejí z místních meteorologických dat naměřených ve sledovaném období, přičemž hodnoty z celkem 37 stanic v Česku a 25 na Slovensku nabízí pomůcka Výpočet denostupňů. Při volbě vhodné stanice nezapomínejme, že nerozhoduje pouze vzdálenost, ale i nadmořská výška uvažované lokality a příslušné stanice.

Příklad 1: Od Volyně je nejbližší stanicí Churáňov. Jeho nadmořská výška je ale 1122 m n. m., zatímco Volyně leží ve výšce 461 m n. m. Lepší volbou proto určitě bude Temelín, který je sice dál, ale má srovnatelnou výškovou polohu (507 m n. m.). Chyba způsobená špatnou volbou stanice se vypočte tak, že do vztahu (1) zadáme hodnoty počtu otopných dnů a průměrné vnější teploty, nejprve pro Churáňov (s indexem 1), potom pro Temelín (s indexem 2), a podělíme je. Hodnota t_is bude v obou případech shodná. Výpočet relativní odchylky celoroční potřeby tepla se po úpravě vztahu (1) zúží na podíl:

(2)

Z výše odchylky vyčíslené výpočtem (2) je vidět, že relevantní informace o konkrétních vnějších podmínkách jsou pro správný výsledek klíčové. Ideální je, když lze pro danou lokalitu získat data z místního zdroje, anebo výpočet provést interpolací mezi několika nejbližšími stanicemi.

Tabulka č. 1: meteorologická data pro stanici Praha-Karlov
období	D°₍₁₉₎ [DK]	dnů	`t`_es [°C]
2008/2009	2950,8	214	7,0
2009/2010	3173,2	218	5,3
2010/2011	3037,3	210	6,7
2011/2012	2903,9	212	7,7
2012/2013	3137,5	218	6,7
2013/2014	2598,4	211	8,0
2014/2015	2695,0	206	7,9

Dalšími zadávanými hodnotami jsou tepelná ztráta objektu a teploty, při kterých byla ztráta vypočtena. Ty vlastník objektu nalezne v projektu vytápění, případně v energetickém auditu budovy. Poslední proměnnou je průměrná vnitřní teplota objektu. S tou už je to složitější, protože každý objekt obsahuje jak vytápěné, tak nevytápěné prostory, ve kterých jsou teploty různé. Ty navíc nejsou konstantní, protože na jejich výši má vliv působení vnější teploty, takže průměrná vnitřní teplota objektu se bude meziročně lišit o desetiny stupně. Pokud tedy vlastník stojí o přesný výsledek, měl by výpočet za konkrétní období objednat u toho, kdo dokáže určit správné vnitřní teploty v jednotlivých prostorách objektu v závislosti na vnějších podmínkách. O jak velkou chybu se zde může jednat, ukazuje následující příklad.

Příklad 2: Budeme uvažovat opět dva stavy, které se budou tentokrát lišit pouze v hodnotě t_is (např. 21,5 °C v prvním roce a 21,0 °C ve druhém roce). Průměrná vnější teplota nechť je 8,0 °C, stejně jako v sezóně 2013/2014 v Karlově (viz tabulka 1). Výpočet relativní odchylky celoroční potřeby tepla se po úpravě vztahu (1) zúží na podíl:

(3)

I chyba 3,8 % je dost velká na to, aby dokázala znehodnotit naše úsilí dobrat se objektivního výsledku, a to jsme se při určení průměrné vnitřní teploty spletli pouze o 5 desetin stupně.

Už tedy dokážeme vypočítat potřebu tepla na vytápění, ve druhém kroku se zaměříme na určení skutečné spotřeby objektu za příslušné otopné období.

2. Jak zjistit skutečnou spotřebu objektu

Nemělo by to být nic těžkého, má-li člověk k dispozici roční vyúčtování vystavené svým dodavatelem tepla. A je-li objekt vybaven kalorimetry jak pro okruh vytápění, tak pro okruh přípravy teplé vody. Zde nastává problém, protože naše legislativa toto oddělené měření vysloveně nevyžaduje a připouští zjednodušený výpočet ze spotřeby tepla mimo otopné období, kdy je teplo využíváno pouze k ohřevu teplé vody. To se provádí tak, že ze spotřeby tepla v letním období se vypočte průměrná denní spotřeba tepla na ohřev teplé vody a ta se vynásobí 365 dny. Zbytek z náměru centrálního kalorimetru je považován za teplo pro vytápění.

V předchozí kapitole jsem zmínil, že potřeba tepla na vytápění bývá vlivem vnějších klimatických podmínek každý rok jiná. Stejně tak není možné očekávat, že v objektu obývaném několika desítkami lidí, bude rok co rok shodná potřeba tepla pro přípravu teplé vody. Průběžně se totiž mění jak počet trvale bydlících, tak jejich požadavky na odběr teplé vody v důsledku způsobu využívání bytových prostor.

Náhrada přesného změření obou složek dodávaného tepla nepřesným výpočtem naprosto zpochybňuje přínos měření a řadí se tak po bok pravidlům pro rozúčtování nákladů na vytápění podle náměrů indikátorů. Podrobné výsledky ukazující hloubku problému jsou níže v tabulce č. 2.

Jestliže je dům vybaven pouze kalorimetrem na vstupu do objektu, ale množství dodávané teplé vody je alespoň měřeno centrálním vodoměrem, existuje ještě možnost vypočítat teplo potřebné na její ohřátí pomocí upravené kalorimetrické rovnice:

(4)

ve které jsou:

Q_W: teplo spotřebované pro ohřev TV [GJ.rok⁻¹]
Q_Wh: teoretické teplo pro ohřev TV [GJ.rok⁻¹]
Q_Wl: teplo ztracené při ohřevu a distribuci TV [GJ.rok⁻¹]
z: poměrná ztráta tepla při ohřevu a distribuci TV (0,3 ÷ 0,5 pro bytové domy) [1]
V: celková spotřeba teplé vody změřená vodoměrem [m³]
ρ: hustota vody při střední teplotě TV (985,7 při 55 °C)[kg.m⁻³]
c: měrná tepelná kapacita vody (4179 při 55 °C) [J.kg⁻¹.K⁻¹]
t₀: teplota studené vody (uvažuje se 10 °C) [°C]
t_w: teplota teplé vody (uvažuje se 55 °C) [°C]

Příklad 3: Bytový dům o 46 bytech měl v sezóně 2010/2011 roční spotřebu tepla 849 GJ, ta byla v duchu vyhlášky 194/2007 Sb. rozdělena na základě spotřeby tepla mimo otopné období, a na vytápění tak připadlo 594,0 GJ, kdežto na ohřev teplé vody 255,0 GJ. Vodoměrem byl v tomto období naměřen odběr teplé vody o objemu 977 m³. Voda se ohřívá na 55 °C a za poměrnou ztrátu zadáváme hodnotu 0,5. Vypočtená spotřeba tepla na ohřev teplé vody s využitím vztahu (4) potom vychází:

(5)

Rozdíl obou způsobů výpočtu, podle vyhlášky a podle fyziky, zde není příliš velký, ale pro objektivní posouzení je třeba porovnat více roků. Výsledky z let 2002 až 2011 jsou sestaveny do tabulky č. 2:

Tabulka č. 2: porovnání výpočtů spotřeby tepla na ohřev TV dle vyhlášky 194/2007 Sb. a s využitím kalorimetrické rovnice
období	`Q`_C [GJ/rok] dle 194/2007 Sb.	`Q`_W1 [GJ/rok] dle 194/2007 Sb.	`V`_W [m³/rok] dle náměru vodoměru	`Q`_W2 [GJ/rok] kalorimetrická rovnice	odchylka mezi `Q`_W1 a `Q`_W2 [%]
2002/2003	1212,50	349,48	1379,00	383,43	−9,7
2003/2004	1178,17	337,66	1522,00	423,19	−25,3
2004/2005	1043,85	447,30	1364,21	379,32	15,2
2005/2006	864,93	370,68	1216,97	338,38	8,7
2006/2007	971,50	416,35	1197,52	332,97	20,0
2007/2008	868,02	319,00	1063,93	295,82	7,3
2008/2009	823,12	352,77	999,60	277,94	21,2
2009/2010	824,86	354,00	978,53	272,08	23,1
2010/2011	593,98	255,00	977,49	271,79	−6,6

Rozptyl odchylek od −25,3 % do +23,1 % jasně dokládá, jak relevantní asi budou informace z ročního vyúčtování zpracovaného dle vyhlášky 194/2007 Sb. Všem, kteří si zde řeknou: „Teplo jako teplo, obě jsou přece za stejnou cenu“, doporučuji prostudovat si pravidla pro rozúčtování nákladů na vytápění a ohřev teplé vody. Děláme-li takto velkou chybu již na samém začátku výpočtu, těžko se potom dá hovořit o spravedlivém dělení nákladů mezi jednotlivé bytové jednotky.

Chceme-li znát přesnou spotřebu tepla na vytápění, musí být v objektu bezpodmínečně osazeny kalorimetry na obou rozvodných větvích a teplo musí být měřeno odděleně! Přibližného výsledku se dobereme i výpočtem s využitím kalorimetrické rovnice. Zde je ale třeba brát v potaz, že poměrnou ztrátu tepla při ohřevu a distribuci TV pouze tipujeme, takže výsledek bude závislý na kvalitě našeho odhadu. Výpočet podle vyhlášky 194/2007 Sb. je naprostým nesmyslem.

Známe potřebu tepla na vytápění, známe i skutečnou spotřebu objektu za příslušné otopné období, ve třetím kroku obě hodnoty porovnáme.

3. Potřeba vs. spotřeba

Hodnota potřeby tepla nám říká, kolik tepla je potřeba do objektu v průběhu topné sezóny dodat, aby byly splněny normové požadavky na úroveň vnitřní teplotní pohody. Hodnota spotřeby tepla pro změnu uvádí, kolik tepla se ve skutečnosti za otopnou sezónu spotřebovalo. Porovnáním obou veličin získáme výsledek, který leccos napovídá o správné funkci vytápění objektu. Pojďme se podívat na možné varianty.

Spotřeba je větší než potřeba nebo je jí rovna. Tak to je velký problém! Vzhledem k tomu, že na vytápění objektu se vedle tepla z otopné soustavy podílejí ještě tepelné zisky, musí být spotřeba vždy menší než potřeba, abychom mohli uvažovat o správně fungujícím vytápění. Pokud tomu tak není, je jasné, že v objektu je tepla příliš, z čehož pramení neefektivní provoz.

Co může být příčinou vysoké spotřeby, pomáhá objasnit vztah (1)modifikovaný do následující podoby:

(6)

ve kterém jsou nově zavedeny:

Q_C: požadovaná celoroční spotřeba tepla na vytápění [GJ.rok⁻¹]
Q_G: tepelné zisky objektu [GJ.rok⁻¹]
Q_R: celoroční potřeba tepla na vytápění [GJ.rok⁻¹]
Q_L: výpočtová tepelná ztráta objektu [kW]

Hodnoty Q_G, d, t_es, t_i a t_e jsou pro konkrétní objekt pevně dané, takže příčinu nadměrně vysoké hodnoty Q_C musíme hledat ve zbývajících proměnných, kterými jsou tepelná ztráta objektu Q_L a průměrná vnitřní teplota t_is.

Výslednou tepelnou ztrátu objektu tvoří tři složky – prostup tepla obvodovými konstrukcemi, infiltrace spárami výplní otvorů a větrání. Zatímco první dvě můžeme pro konkrétní objekt rovněž považovat za pevně dané, tepelná ztráta větráním je odvislá od uživatelského chování obyvatel domu. Zvýšení intenzity větrání nad výpočtovou úroveň, tedy nadměrné větrání, bývá důsledkem přetápění objektu. Tepla přišlo do objektu příliš, vnitřní teplota vrostla nad požadovanou úroveň a pro zajištění vnitřního teplotního komfortu je potřeba se přebytečného tepla zbavit. A to lze nejsnadněji vyvětráním.

Zvýšení průměrné vnitřní teploty, neboli přetápění, je projevem špatné funkce kombinované regulace vytápění, která nedokáže plně zapojit působící tepelné zisky do tepelné bilance objektu na úkor tepla dodávaného otopnou soustavou. Tepla tak přichází příliš a vnitřní teplota roste nad požadovanou úroveň.

Z uvedeného je zřejmé, že zvýšená spotřeba tepla je vyvolána buďto nadměrným větráním v důsledku přetápění, anebo prostým přetápěním, které je způsobeno nefunkční regulací vytápění. Tak či tak, vše začíná a končí u správného seřízení otopné soustavy.

Další variantou je spotřeba menší než potřeba. To může být dobrým signálem naznačujícím, že regulace funguje správně a zapojuje do celkové tepelné bilance i tepelné zisky, nicméně může to také znamenat, že objekt je buďto nedostatečně větrán nebo v něm není zajištěna dostatečná úroveň vnitřní teploty. A to je rozdíl jak černá a bílá! Respektive bílá a černá, abychom správně přiřadili barvy podle jejich symboliky k jednotlivým projevům.

Nedostatečné větrání a snížení teploty pod legislativní nebo hygienická minima je porušením pravidel pro provoz vytápění v obytných budovách, a nelze je proto v žádném případě považovat za úspory. Ohrožuje jak zdraví obyvatel domu, tak dům samotný, protože výsledkem podobného přístupu bývá tvorba nebezpečných plísní a kondenzace vody v místech, kde může dojít k narušení statické funkce nosných konstrukcí v důsledku koroze výztuže. Smutné je, že k chování ústícímu v takováto rizika jsou obyvatelé směřování nezodpovědnými a zcela kontraproduktivními nápady laiků vystupujících v rolích odborníků. Zářným příkladem je povinná instalace poměrových indikátorů a preferování ruční regulace otopné soustavy před automatickou kombinovanou regulací vytápění.

K tomu, abychom poznali, že za nízkou spotřebou stojí správné či špatné podněty, potřebujeme znát alespoň přibližně množství působících tepelných zisků. Jejich odhadu je věnován následující krok, v pořadí čtvrtý.

4. Jak odhadnout objem působících tepelných zisků

Tepelné zisky na rozdíl od tepla z otopné soustavy představují tu složku tepelné bilance, kterou nemusíme draze kupovat od dodavatele tepla. Mají několik původců: sluneční záření pronikající do objektu prosklenými částmi obálky, metabolické procesy lidského organismu, odpadní teplo vznikající při provozu elektrických a plynových domácích spotřebičů a teplo uvolnění z teplé vody v průběhu koupání či mytí nádobí, viz vztah (7). Přesný výpočet objemu tepelných zisků za dané období je prakticky nemožný, protože se skládá z množství proměnných, jejichž aktuální hodnoty není snadné určit laboratorně, natož pak v reálném provozu. Musíme se proto spokojit s přibližným modelem, do kterého dosazujeme průměrné vstupní hodnoty vypočtené pro delší časový úsek, což je pro naše účely dostačující.

(7)

kde:

Q_G: celkové tepelné zisky [GJ.rok⁻¹]
Q_Gs: solární tepelné zisky [GJ.rok⁻¹]
Q_Gm: tepelné zisky vzniklé produkcí metabolického tepla [GJ.rok⁻¹]
Q_Ge: tepelné zisky od provozu elektrických domácích spotřebičů [GJ.rok⁻¹]
Q_Gg: tepelné zisky od provozu plynových domácích spotřebičů [GJ.rok⁻¹]
Q_Gw: tepelné zisky od ohřáté užitkové teplé vody [GJ.rok⁻¹]

Výpočtu tepelných zisků se podrobně věnuje pokračování tohoto článku.

V okamžiku, kdy známe potřebu tepla v objektu, jeho skutečnou spotřebu a objem působících tepelných zisků, můžeme přistoupit k poslednímu, pátému kroku, k výpočtu efektivity vytápění.

5. Efektivita vytápění

Efektivitu vytápění vyjadřuje míra zapojení v objektu vzniklých tepelných zisků do celkové tepelné bilance objektu. Jak již bylo uvedeno v kapitole 3, v praxi mohou při porovnávání hodnot potřeby, spotřeby a tepelných zisků nastat tři možnosti:

Přetápění, které nastává tehdy, když je souhrn tepla dodaného otopnou soustavou a tepelnými zisky větší než potřeba tepla:

(20)

Efektivní provoz, který nastává tehdy, když je souhrn tepla dodaného otopnou soustavou a tepelnými zisky roven potřebě tepla:

(21)

Nedotápění, které nastává tehdy, když je souhrn tepla dodaného otopnou soustavou a tepelnými zisky menší než potřeba tepla:

(22)

Výši efektivity vytápění vyjadřuje podíl tepla, které by otopnou soustavou mělo být dodáno a tepla, které skutečně dodáno bylo:

(23)

kde:

η_H: efektivita vytápění [1]

Pokud do tohoto vztahu za Q_R dosadíme rovnici (21) reprezentující ideální stav, kterého chceme dosáhnout, výsledek bude roven jedné.

(24)

Čím více je výsledek podílu menší než jedna, tím více tepla je do objektu dodáváno zbytečně, tedy neefektivně. Výsledky větší než jedna znamenají nedotápění, tedy porušování pravidel pro provoz otopných soustav v bytových domech.

Hlavní smysl tohoto výpočtu spočívá v možnosti objektivně posoudit potenciál zvyšování energetické účinnosti a rovněž vyhodnotit reálný přínos provedených úsporných opatření, například zateplení. V prvním případě získáváme rovnou obrázek o stupni využití dodávané energie. Rozdíl mezi vypočtenou hodnotou a jedničkou představuje nevyužitý potenciál. Ve druhém případě je třeba výpočet provést dvakrát, pro období před zateplením a pro období po zateplení. Jestliže se výsledek po zateplení více přiblíží jedné, lze opatření považovat za účelné, prospívající zvýšení efektivity vytápění. V opačném případě dostaneme důkaz, že investice do provedeného opatření žádný efekt nepřinesla a k adekvátnímu snížení odběru tepla z otopné soustavy nedošlo. Tepla se do objektu dodává příliš, což vede buďto k přetápění nebo ke zvýšenému větrání, což ovšem nebylo účelem investice.

Za pozornost stojí ještě jedna věc. Mezi lidmi je rozšířena představa, že při určitém snížení tepelných ztrát by se úměrně tomu měla snížit i spotřeba. Například klesnou-li ztráty na polovinu, poloviční bude i spotřeba. Při pohledu na vztah (21) ale vidíme, že tomu tak být nemůže. Jestliže na jedné straně rovnice máme potřebu tepla Q_R, která je přímo úměrná tepelné ztrátě Q_L, tak na druhé straně rovnice vedle spotřeby Q_C figurují ještě tepelné zisky Q_G a jejich přítomnost uvedenou domněnku jednoznačně vylučuje. O pravdivosti tohoto tvrzení se můžeme přesvědčit v následujícím příkladu:

Příklad 4: Posuzujeme dva provozně a klimaticky srovnatelné roky lišící se velikostí tepelných ztrát v důsledku zlepšení tepelně technických vlastností obálky. Před zateplením je potřeba Q_R1 = 1000 GJ, po zateplení je poloviční, Q_R2 = 500 GJ. Tepelné zisky jsou v obou případech téměř totožné (při výměně oken se sice změní solární faktor g, ale zásadní vliv na celkovou výši zisků to mít nebude), Q_G1 ≈ Q_G2 = 300 GJ. Jaká bude spotřeba, pokud v obou případech má být provoz efektivní? O kolik procent se vlivem snížení tepelných ztrát na polovinu spotřeba tepla sníží?

(25)

(26)

(27)

(28)

Správná spotřeba tepla před zateplením je 700 GJ, po zateplení pouze 200 GJ. Zatímco tepelné ztráty klesnou o 50 %, spotřeba tepla musí klesnout o 71,4 %, aby se v obou případech dalo hovořit o efektivním provozu.

Takže nejenom rozdíl spotřeb nám nic podstatného neříká, dokonce ani podíl spotřeb nemá tu správnou vypovídací hodnotu. Proto zavádíme efektivitu vytápění η_H. Další příklad dokládá, jak ošidné může být hodnotit efekt úspor pouze z podílu spotřeb před a po provedeném opatření.

Příklad 5: Spotřeba tepla se po zateplení snížila úměrně tomu, jak klesla potřeba tepla. Potřeby před a po zateplení jsou: Q_R1 = 1000 GJ; Q_R2 = 500 GJ. Spotřeby jsou: Q_C1 = 700 GJ; Q_C2 = 350 GJ. Tepelné zisky jsou: Q_G1 ≈ Q_G2 = 300 GJ. Jak se změnila efektivita vytápění?

(29)

(30)

Spotřeba tepla se snížila na polovinu stejně jako potřeba tepla, ale přesto je nutné celkový efekt vnímat jako zhoršení stavu, neboť efektivita vytápění klesla ze 100 % před provedením úsporného opatření na 76,9 % po jeho realizaci.

O tom, jestli je efekt provedeného úsporného opatření pozitivní či negativní nerozhoduje ani rozdíl spotřeb, ani jejich podíl. Je třeba ověřit, do jaké míry se změnil poměr potřeby tepla k celkovému objemu dodávaného tepla, tedy ke spotřebě doplněné o tepelné zisky. Jedině tak se dozvíme pravdu a nebudeme žít v klamu.

Nakonec si ukážeme praktický příklad výpočtu, při kterém jsou využity výše popsané postupy a vztahy.

6. Příklad výpočtu

Jako příklad nám poslouží panelový dům, který byl v roce 2010 s využitím dotačního programu Zelená úsporám komplexně revitalizován. Došlo ke zlepšení tepelně izolačních vlastností celé obálky domu kromě štítů, které byly zatepleny již v rámci předchozí rekonstrukce. Tepelná ztráta objektu tak klesla ze 169,1 kW na 94,6 kW, tedy na 56 % předchozí hodnoty.

Z ročních vyúčtování vypracovaných správcovskou firmou se dozvídáme, že spotřeba tepla na vytápění byla 823,1 GJ v roce 2009 a 594,0 GJ v roce 2011. Klesla tedy o 28 %, což obyvatelé domu hodnotili jako pozitivní výsledek provedené rekonstrukce. Jestli je uspokojení na místě, ukáže až komplexní vyhodnocení, které si zde ukážeme.

Potřeba tepla

Vypočteme ji podle vzorce (1), přičemž z hodnot pro rok 2009 (Q_L = 169,1 kW; d = 214; t_is = 21,0 °C; t_es = 7,0 °C; t_i = 20,0 °C; t_e = −12,0 °C) vychází roční potřeba tepla na vytápění Q_R = 1367,9 GJ. Zadáním hodnot pro rok 2011 (Q_L = 94,6 kW; d = 210; t_is = 21,0 °C; t_es = 6,7 °C; t_i = 20,0 °C; t_e = −12,0 °C) dostaneme výsledek Q_R = 794,1 GJ.

Spotřeba tepla

Roční spotřeby za rok 2009 podle správcovské firmy jsou: teplo na vytápění Q_C = 823,1 GJ, teplo na ohřev teplé vody Q_W = 352,8 GJ, objem spotřebované teplé vody V = 999,6 m³. A hodnoty za rok 2011: Q_C = 594,0 GJ; Q_W = 255,0 GJ; V = 977,5 m³. Na první pohled je patrné, že spolu nehrají objemy a tepla u teplé vody, proto provedeme vlastní výpočet podle vzorce (4), do kterého dosadíme t_w = 55,0 °C; t₀ = 10,0 °C; z = 0,5. Dostaneme spotřeby tepla na ohřev teplé vody, které jsou pro rok 2009 Q_W = 277,9 GJ a pro rok 2011 Q_W = 271,8 GJ, v obou případech tedy více či méně jiné, než uvádí vyúčtování, které pro rozdělení tepla naměřeného na centrálním kalorimetru použilo evidentně nesprávný algoritmus. Nově vypočtené spotřeby tepla na ohřev TV tedy zcela mění pohled na spotřebu tepla na vytápění, které by správně měly být: Q_C = 898,0 GJ v roce 2009 a Q_C = 577,2 GJ v roce 2011.

Tepelné zisky

Za pomoci vzorců z kapitoly 4 a s využitím dat shromážděných vedením SVJ byly vypočteny následující hodnoty ročních tepelných zisků. Pro rok 2009: Q_Gs = 194,7 GJ; Q_Gm = 120,9 GJ; Q_Ge = 159,3 GJ; Q_Gg = 29,1 GJ; Q_Gw = 60,4 GJ, takže celkové zisky za rok 2009 činí Q_G = 564,3 GJ. A pro rok 2011: Q_Gs = 96,4 GJ; Q_Gm = 118,5 GJ; Q_Ge = 129,4 GJ; Q_Gg = 23,8 GJ; Q_Gw = 57,9 GJ, takže za rok 2009 máme celkové zisky ve výši Q_G = 425,9 GJ.

Efektivita vytápění

Zbývá nám vypočítat klíčový ukazatel energetické účinnosti vytápění. Použijeme vzorec (23), do kterého dosadíme vypočtené hodnoty potřeby a spotřeby tepla a teplených zisků. Výsledná efektivita vytápění potom vychází pro rok 2009 η_H = 89 %, a pro rok 2011 η_H = 64 %. Tato čísla nám dávají odpověď na dosud nevyřčenou otázku, proč roční spotřeba klesla méně, než bylo očekáváno. Je to tím, že v průběhu revitalizace poměrně dramaticky klesla efektivita vytápění. V objektu totiž nebylo současně provedeno seřízení otopné soustavy zohledňující zcela nové okrajové podmínky, které nastaly po komplexním zateplení.

Co to pro SVJ znamená?

Jestliže sečteme hodnoty spotřeby tepla a tepelných zisků za rok 2011, dostáváme: Q_C + Q_G = 1003,1 GJ. Potřeba tepla ale pro toto období byla pouze Q_R = 794,1 GJ, což znamená, že celých 209,0 GJ bylo vyrobeno a spotřebováno naprosto zbytečně. Při ceně 550 Kč/GJ zaplatili členové SVJ o 114 967 Kč více, než bylo třeba.

Při posuzování investičního záměru se vycházelo ze spotřeby 823,1 GJ, která se měla snížit o 44 %, tedy o 362,2 GJ, což by při jednotkové ceně 550 Kč/GJ znamenalo roční úsporu 181 082 Kč. Návratnost dvoumilionové investice tak vyšla zhruba na 11 let. Jestliže ale hned v prvním roce po realizaci bylo z plánované úspory zmařeno 63,5 % (114 967 Kč), je důvodné se obávat, že v dalších letech tomu nebude jinak a návratnost investice se tak natáhne na neuvěřitelných 30 let!

Takže má SVJ důvod k oslavě? Obávám se, že moc velký asi ne…

7. Závěr

Doba si po nás žádá redukci dosavadní spotřeby energií. Cesty v zásadě existují dvě, prosté omezení spotřeby například tím, že budeme objekty vytápět na nižší teplotu, anebo zvýšení energetické účinnosti výroby, distribuce a využívání energie. Rozdíl obou přístupů je viditelný. Prvním sice dosáhneme nižší výroby, ale za cenu snížení životního standardu, u druhého je prostředkem nižší produkce energie zvyšování účinnosti energetických procesů. Volba by měla být snadná.

Předpokladem ale je, aby ti, kteří rozhodují, uvedený rozdíl pochopili. A dále aby dokázali identifikovat oblasti, ve kterých se skrývá potenciál skutečných úspor. Zaměříme-li se na bydlení, připadá bezesporu největší část spotřebovávané energie na vytápění objektů. Tedy alespoň v našem klimatickém pásmu. Ostatní složky, ať už se jedná o energii na přípravu teplé vody, nebo elektrickou energii pro provoz domácností, nemají zdaleka takový význam. Úspory při vytápění se tak logicky dostávají do popředí zájmu. Až potud vše v pořádku. Další kroky je ovšem třeba volit tak, aby přinesly co nejvyšší efekt s vynaložením co nejnižšího úsilí a finančních prostředků. To by měl být obecný princip úsporných opatření. Co je to za úsporu, když malé snížení spotřeby energie díky účinnějšímu výrobku je vykoupeno investicí, která se za dobu životnosti zařízení nezaplatí?

Příkladem budiž poslední „oběť“ směrnice o ekodesignu (ErP), kterou jsou plynové kotle s atmosférickými hořáky. Jejich vymýcením z našich domácností se celková energetická účinnost zvýší nepatrně (účinnost výroby tepla stoupne v ideálním případě z 0,8 na 0,9, a protože tyto kotle využívá zhruba 18 % domácnosti v ČR, výsledný efekt bude cca 2 %), ale spotřebitele to bude stát zbytečně moc peněz. Naproti tomu energetická účinnost při využívání tepla k vytápění bytových domů, což je oblast s řádově vyšším významem, se pohybuje převážně v rozmezí 0,6 až 0,7 místo reálných 0,85. Týká se to přitom 40 % domácností, potenciál je tedy o řád vyšší než v případě plynových kotlů, a Evropské unii je to kupodivu úplně jedno. V této oblasti totiž úředníci zvolili cestu prostého omezení spotřeby, která jak jsme si ukázali, pouze jako úspora vypadá, ale ve skutečnosti jí není…

Pokud by se jednalo o nějaká nezávazná doporučení, tak nad tím člověk mávne rukou, ale v Evropě se musí poslouchat a nařízení plnit, ať to stojí, co to stojí.

Ano, je nutné omezit spotřebu energií, ale je třeba to dělat tak, aby to přineslo efekt a abychom to přežili. Přístup faktického vedení našeho státu – Evropské komise – docela trefně charakterizují slova básníka Sexta Propertia, který pár let před Kristem napsal: „Jen blázen hledá uprostřed řeky vodu“.

Existují alternativy k evropským direktivám, ale ty jsou šmahem odmítány s odůvodněním, že zpochybňováním bruselské pravdy přijdeme o peníze z evropských fondů. Neprůstřelný argument. Nicméně určité pozitivní signály z poslední doby mě utvrzují v přesvědčení, že ne všichni se necháme manipulovat jako stádo ovcí. Vždyť stačí pozorně sledovat informace o plnění našich úsporných předsevzetí a semínko pochybností musí být rázem zaseto. Vzepřít se ale není snadné, stát má na kverulanty připraven bič ve formě sankcí, a tak nezbývá než na zjevné nesmysly stále a znova upozorňovat. A obyvatelům dávat do rukou takové nástroje, aby si rozpor mezi plánem a skutečností mohli sami ověřit. Jedině tak získají přesné povědomí o stavu svého bytového domu, což jim žádný energetický štítek při vší úctě poskytnout nemůže. A pak mohou po zákonodárcích požadovat změnu. Těmto lidem je určen tento článek a doufám, že jim alespoň trochu pomůže.

English Synopsis

Do we save heat or do we deceive ourselves? - Part 1

Energy savings are undoubtedly one of the greatest challenges of today. There are several subject areas, but most significant ones are: transportation, electricity consumption and heat consumption for heating. In the following we focus only on the last one from that trio.