Panelové domy 1 – ekonomika vytápění budov
Běžně praktikované jednoduché statistické zpracování spotřeb tepla vykazuje rozdíly naměřených hodnot, ale nikoliv úspory tepelné energie, kvůli kterým se budovy zateplují a otopné soustavy upravují. Rozdíly naměřených hodnot při různých vnitřních teplotách objektů nemají pro spotřebitele tepla žádný praktický význam, protože nevypovídají o skutečných úsporách tepla a neumožňují mu režim vytápění upravit ani změnou chování lidí v bytech, ani jinými prostředky. Spotřebitelům tepla chybí informace o vztazích mezi průměrnou vnitřní teplotou objektů při měření spotřeby tepla, o vlivu působících tepelných zisků a možných úsporách tepla při dodržení legislativou stanovené průměrné vnitřní teplotě objektu.
Dosažitelné úspory tepla při dodržení legislativou stanovené průměrné vnitřní teploty objektu tis
Objekt 100 kW, tis = 19 °C, te = −13 °C, cena tepla 550 Kč/GJ, průměrná vnější teplota tesN = 4,57396 °C, správná spotřeba tepla bez tepelných zisků QdmN = 872,4869 GJ/N.rok, vytápění bez tepelných zisků stojí 479 867,79 Kč/N.rok. Cena zateplení objektu 5 000 000 Kč.
Základní pojmy
Průměrná vnitřní teplota objektu tis je výslednicí tepelného působení otopné soustavy a tepelných zisků z oslunění, vaření, koupání, provozu elektrospotřebičů a pobytu lidí. Započítávají se do ní všechny místnosti uvnitř vnějšího pláště budovy, například místnosti vytápěné na 22 °C, nevytápěné s teplotou 15 °C, atd. Při vytápění soustavou na průměrnou vnitřní teplotu tis = 19 °C (tj. při spotřebě tepla QdmN = 872,4869 GJ/N.rok) stoupá tato teplota vlivem působení tepelných zisků na hodnoty, uvedené v GRAFU 1.
Hodnoty tepelných zisků lze pro konkrétní budovu a konkrétní podmínky v dané lokalitě přesně spočítat. Průměrné hodnoty tepelných zisků u nezateplených panelových domů se pohybují cca kolem 30 % a u zateplených domů cca kolem 60 % celoroční spotřeby tepla na vytápění. Protože absolutní hodnota konkrétních tepelných zisků (GJ/rok) je v obou případech prakticky stejná, projevují se stejné tepelné zisky v zateplených objektech (s poloviční tepelnou ztrátou) téměř dvojnásobně. V jiné lokalitě, u jiné stavební dispozice objektu s jiným počtem osob, při jiném zastínění okolní zástavbou atd., se mohou tepelné zisky pochopitelně mírně lišit od uvažovaného průměru.
Kdyby tepelné působení otopné soustavy bylo konstantní (se spotřebou tepla QdmN = 872,4869 GJ/N.rok), projevily by se tepelné zisky teplotami objektu tis v GRAFU 1.
Skutečné úspory tepla představují snížení spotřeby tepla na vytápění při zachování původní vnitřní teploty místností a průměrné vnitřní teploty objektu tis (tj. pod úroveň QdmN = 872,4869 GJ/N.rok). Skutečných úspor tepla lze dosáhnout jen regulací.
Domnělé úspory tepla jsou dosahovány nižší spotřebou tepla při snížení původní vnitřní teploty místností a průměrné vnitřní teploty objektu tis. V nevytápěném objektu tedy k fyzikálně definovaným skutečným úsporám tepla nedochází, protože není splněna podmínka zachování původních vnitřních teplot. Vypínáním otopných těles je vnitřní teplota místností i průměrná vnitřní teplota objektu snižována, proto jde o „úspory“ tepla domnělé a nikoliv skutečné. Ze statistického zpracování domnělých „úspor“ tepla (jako prostých naměřených rozdílů spotřeby tepelné energie) nelze vyvodit požadavky na vhodnost provedení úsporných opatření, ani hodnotit účinnost opatření již provedených. Prosté statistické zpracování a vykazování rozdílů naměřených spotřeb tepla z běžné praxe, je téměř zbytečnou nákladnou činností, která neslouží jako podklad pro zefektivnění procesu vytápění budov.
Z GRAFU 1 je zřejmé, že plné využití tepelných zisků může znamenat téměř stejné úspory tepla, jako zateplení obvodového pláště budovy. Například činí-li tepelné zisky v nezatepleném objektu s tepelnou ztrátou 200 kW 35 %, je jejich absolutní hodnota 610,74 GJ/N.rok, což je stejná hodnota jako u zatepleného objektu s tepelnou ztrátou 100 kW při tepelných ziscích 70 %.Plným využitím zisků se tedy dosahuje skutečných úspor cca 35 % nezatepleného objektu a 70 % úspor objektu zatepleného. Pokud je vlastním zateplením stavebních konstrukcí a výměnou oken dosaženo snížení tepelných ztrát o 50 %, pak je plným využitím tepelných zisků dosaženo 50 % + 35 % = 85 % skutečných úspor tepla proti nezateplenému stavu.
Význam využití tepelných zisků k úsporám tepla
Je-li zateplený panelový dům s tepelnou ztrátou 100 kW energeticky dotován tepelnými zisky v úrovni pouhých 25 %, činí průměrná vnitřní teplota objektu tis = 22,61 °C a tímto přetápěním o 3,61 °C promarníme 50 % úspor tepla zateplením, takže i polovinu investic do zateplení objektu.
V zatepleném objektu pak při tepelných ziscích 50 % můžeme buď promarnit 5 000 000 Kč za zateplení objektu při vnitřní teplotě tis = 26,21 °C a za vytápění nešetřit nic, nebo naopak uspořit 239 933,23 Kč za vytápění ročně, při průměrné vnitřní teplotě objektu tis = 19 °C.
Je proto zřejmé, že po zateplení objektu je nutné všemi prostředky zabránit zvýšení průměrné vnitřní teploty objektu buď vypínáním otopných těles nebo automatickou regulací.
Vypínáním těles je v obytných místnostech snížena průměrná vnitřní teplota na úroveň cca 5–15 °C (chybí tepelný výkon dodávaný soustavou a v neobývaných místnostech i zisky z pobytu lidí, elektrospotřebičů, atd.). Při určitém poměru vypnutých těles můžeme sice průměrnou vnitřní teplotu celého objektu tis = 19 °C udržet, ale za cenu významného snížení tepelné pohody bytu a s rizikem vzniku plísní v místnostech, kde teplota trvale poklesla pod rosný bod vzduchu (cca pod 16 °C s rezervou na případné zvýšení relativní vlhkosti vzduchu).
Automatickou regulací můžeme však stejných úspor tepla (239 933,23 Kč/N.rok) dosáhnout bez vypínání těles a bez snížení tepelné pohody v bytě, pokud regulace bude automaticky udržovat projektovanou teplotu všech vytápěných místností a tím i průměrnou vnitřní teplotu objektu tis = 19 °C.
Je proto zřejmé, že největší význam pro úspory tepla a pro plnou návratnost investic do zateplování budov má automatická regulace tepelného výkonu otopné soustavy.
Automatická regulace
Bez tepelných zisků musí být schopna zajistit projektované vnitřní teploty vytápěných místností bez ohledu na horizontální nebo vertikální vzdálenost příslušného otopného tělesa od tepelného zdroje a tyto teploty při působení tepelných zisků udržet tak, aby odběr tepla ze zdroje byl o úroveň tepelných zisků snížen. Pokud otopná soustava takto nefunguje, je její funkce chybná a vyžaduje nápravu, protože chybná funkce soustavy znehodnocuje investice do zateplení budovy i do regulační techniky, významně poškozuje tepelnou pohodu vytápěných bytů a při vzniku plísní dokonce i bytový fond.
Teplo dodávané soustavou a vytápění na tis objektu při využití zisků automatickou regulací
V zatepleném objektu s tepelnou ztrátou 100 kW činí bez tepelných zisků spotřeba tepla 872,49 GJ/N.rok a při průměrné vnitřní teplotě objektu tis = 19 °C stojí vytápění 479 867,79 Kč/N.rok.
Otopná soustava v tomto případě pokrývá veškeré energetické nároky na vytápění. Budou-li však tepelné zisky činit 30 % (tj.261,75 GJ/N.rok), může soustava spotřebovat pouze 610,74 GJ/N.rok, touto spotřebou vytápět objekt pouze na tis = 14,67 °C a původní průměrná vnitřní teplota objektu tis = 19 °C zůstane zachována. Úspory nákladů na vytápění budou v tomto případě podle GRAFU 1 činit 143 959,94 Kč/N.rok.
Správně seřízená a termicky vyvážená soustava automaticky uspoří plnou úroveň tepelných zisků vždy, takže v případě 60% zisků uspoří 287 919,80 Kč/N.rok, protože ze zdroje odebírá jen 348,9947 GJ/N.rok a uspoří 523,4922 GJ/N.rok, při vytápění objektu na průměrnou vnitřní teplotu tis = 10,34 °C.
Výsledné teploty všech místností, dosažené společným tepelným působením soustavy a tepelných zisků, při automatické regulaci zůstanou zachovány, stejně jako průměrná vnitřní teplota objektu 19 °C bez tepelných zisků, tj.: 10,34 (vytápěním) + 8,66 (tepelnými zisky) = 19 °C.
Kdybychom po celý rok v každém okamžiku dokázali přesně změřit úroveň působících tepelných zisků a ručním ovládáním termostatických hlavic jim přizpůsobit okamžitý výkon každého tělesa tak, aby teplota v každé místnosti zůstala zachována a přitom průměrná teplota objektu činila 10,34 °C, dosáhli bychom stejných výsledků.
Jak vyplývá z této analýzy, je současné splnění těchto podmínek (tj. zachování původní teploty místností při současném poklesu průměrné teploty objektu) ručními manipulacemi s termostatickými hlavicemi naprosto neřešitelné. Ručními manipulacemi s regulační technikou (TRV) můžeme buď provozovat soustavu s nadměrným odběrem energie ze zdroje a s nedostatečnými úsporami tepla, nebo vykazovat „vysoké“ domnělé „úspory“ tepla, ale při nedodržení tepelné pohody bytů a často i při zničení bytového fondu plísněmi, i otopné soustavy destrukčním provozem s dilatačními šoky.
Dosažení skutečných úspor tepla automatickými regulačními procesy, bez snižování teplot místností vypínáním těles, je proto řádově efektivnější a navíc i pohodlnější, protože k maximálním úsporám tepla dochází automatickou funkcí regulační techniky, aniž by se uživatel musel o úspory starat.
Automatická regulace je zajištěna specifickými podmínkami nad rámec klasického řešení oboru vytápění a novým seřízením soustavy, které tyto podmínky splňuje, tj. zajištěnou aktivací teplotních čidel tepelným působením vlastní otopné soustavy v úrovni přenosu tepla a termickým vyvážením soustavy.
S takto seřízenou otopnou soustavou zateplené panelové domy splňují kritérium nízkoenergetických budov a proti nezateplenému stavu vykazují 70–80 % úspor tepla. Tyto hodnoty, podložené měřením spotřeby tepla v konkrétním panelovém objektu VVÚ-ETA, budou uvedeny v navazujícím článku „Panelové domy 2 – nízkoenergetický standard“.
Závěr
Panelové domy mohou být vysoce úsporné a lze toho dosáhnout se zanedbatelnými náklady. Otopné soustavy, vybavené regulační technikou podle současné legislativy, mohou být seřízeny na násobně vyšší úspory tepla a v zateplených domech mohou splňovat nízkoenergetický standard. Současné prostředky umožňují zabránit přetápění objektu a plně využít tepelných zisků k úsporám, při dodržení legislativou předepsané průměrné vnitřní teploty objektů, bez snižování vnitřní teploty místností. S ekonomickou návratností kolem dvou měsíců první otopné sezóny, je nové seřizování otopných soustav s automatickou funkcí regulační techniky nejvýhodnějším opatřením k dosažení úspor tepla. Seřízení otopných soustav přitom nenarušuje hydraulické poměry vnějších distribučních sítí, odstraňuje většinu hlukových projevů a úspory nejsou závislé na nadměrných provozních parametrech dodavatele tepla.
Rozšiřujeme partnerství s dalšími subjekty, které chtějí při vytápěné panelových domů nové poznatky aplikovat.
Commonly practiced simple statistical analysis of heat consumption shows differences of measured values, but not thermal energy savings, for which the buildings are insulated and the heating systems re-regulated. Differences of measured values at different temperatures inside buildings have no practical benefit for the consumer because they say nothing about the actual and they do not allow to adjust the heating mode nor by changing the behaviour of people in apartments, nor by any other instrument. Heat consumers lack information on the relations between the average internal temperature of objects during measurement of heat consumption, on the influence of heat gain and possible heat savings in compliance with the legislation provided average internal temperature of the object.