Jak na úspory (nejen) elektrické energie v budovách nevýrobní sféry

Spotřeba elektrické energie v nevýrobním (terciárním) sektoru v zemích EU se neustále zvyšuje. Důvodem je dynamický rozvoj nejrůznějších služeb veřejného i soukromého charakteru a nemalé energetické nároky staveb včetně jejich zařízení. Často jde o výsledek krátkého investičního horizontu developerů preferujících nízkou investiční náročnost před nižšími provozními náklady, což vede k energeticky neefektivním řešením.

V budovách pro administrativní, vzdělávací, zdravotnické a podobné účely představuje spotřeba elektrické energie zpravidla 15 až 20 % celkové spotřeby energie. Hlavní část připadá na osvětlení, motorové pohony a kancelářskou techniku. Je-li budova vybavena řízeným větráním a úpravou přiváděného vzduchu (filtrací, ohřevem, zvlhčováním a chlazením) či různými energeticky náročnými specifickými technologiemi, může se podíl elektřiny na celkové energetické spotřebě vyšplhat až na 30, 40 i více procent. Není neobvyklé, že díky vyšší jednotkové ceně může spotřeba elektřiny představovat dominantní nákladovou položku za energie. To jsou důvody, proč se vyplatí věnovat pozornost spotřebě elektrické energie v budovách nevýrobní sféry a současně hledat cesty k možným úsporám.

A právě na monitoring spotřeb elektřiny v dílčích oblastech včetně hodnocení z pohledu možných úspor se zaměřil projekt EL-TERTIARY [1], který za podpory programu Evropské unie Intelligent Energy Europe v průběhu let 2006 až 2008 čerpal i z praktických zkušeností nasbíraných v České republice. Tento článek je věnován hlavním zjištěním a doporučením, které z  projektových aktivit vyplynuly.

První krok: Identifikace struktury spotřeby elektřiny pro jednotlivá užití
Základním předpokladem identifikace možných úspor elektrické energie je dobrá znalost toho, v jaké struktuře konečného užití se elektřina spotřebovává – z těchto informací je pak možné srovnáním s jinými objekty či dostupnými technologiemi odvodit míru neefektivnosti, a tedy potenciál možných úspor při přijetí vhodných opatření. Za samozřejmé lze dnes u nás považovat měření síťových médií (elektřina, plyn, dálkové teplo) na patě objektu. Výjimkou mohou být budovy, které spolu s několika dalšími spadají pod společné odběrné/fakturační místo. Podružná měření spotřeby pak již nejsou zcela obvyklá, respektive zpravidla bývají nasazována tam, kde je subjekt využívající daný prostor na vlastníkovi či provozovateli majetkoprávně nezávislý. Druhým častým důvodem k instalaci podružných měřidel bývají úsporná opatření, na jejichž základě se pak jejich realizátor smluvně majiteli objektu či areálu zavazuje ke garantovaným úsporám energie (tzv. kontrakty EPC). Naměřené hodnoty pak slouží k verifikaci závazných parametrů.

Měření dílčí spotřeby, a to z principu zvláště elektrické energie, je dobrým pomocníkem při jasné identifikaci, kde a v jakém množství se energie spotřebovává. Tuto možnost zvláště ocení (budoucí) provozovatelé budov, k jejichž povinnostem by měl patřit pravidelný monitoring spotřeby všech energetických médií – pro sledování trendů, porovnání skutečných hodnot s referenčními/cílovými spotřebami a pro rychlou eliminaci případného nehospodárného užití energie.

Není-li z technických či jiných důvodů možné spotřebu daného energetického média na daná užití stanovit měřením, nezbývá než uplatnit alternativní přístupy. Uspokojivé výsledky co do přesnosti dává stanovení spotřeby elektřiny nepřímým měřením dílčích parametrů daného koncového užití (např. u spotřebičů s konstantním odběrem, jako jsou ventilátory s konstantními otáčkami, je postačující měření počtu provozních hodin, u elektrických ohřívačů vody lze pak spotřebu určit na základě měření množství spotřebované studené vody na ohřev a teploty vody před ohřevem, respektive po ohřevu, a tepelných ztrát ohřívače). Nejméně přesné výsledky poskytují modelové propočty založené na štítkové hodnotě instalovaného výkonu, odborném stanovení zátěžového faktoru a empirickém odhadu ročního využití. Dobrým kompromisem je pak také provedení jednorázového přímého měření dílčích odběrů po určitou časovou periodu při modelování průměrného provozu dané odběrové soustavy či spotřebiče. 

Na obr. 1 je uvedena metodická pomůcka, jak postupovat při kvantifikaci energetické náročnosti dílčích odběrových zátěží. Její použití je doporučováno britskou CIBSE (obdobou České komory autorizovaných inženýrů a techniků pro oblast techniky a prostředí staveb) při návrhu rozsahu měření spotřeby energie u nových nebytových staveb [2].

Obr. 1: Příklad způsobu modelového rozdělení spotřeby elektrické energie v objektu na jednotlivé systémy TZB, resp. oblasti konečného užití energie

Specifikací instalovaného výkonu, ročního využití a dalších parametrů, specifických pro každý dílčí odběr (např. požadované úrovně osvětlenosti prostor, měrné výměny vzduchu, účinnosti daného spotřebiče apod.) lze vytvořit kompletní bilanci spotřeby elektřiny i ostatních forem energie v daném objektu. Takto pojatá tzv. stromová struktura je dobrým základem pro identifikaci hlavních parametrů vstupujících do výpočtů, jejich kvantifikaci a možném následném monitoringu pro další zpřesnění jejich hodnoty a případném zlepšování (ve prospěch nižší spotřeby energie). Je vhodné doplnit každou zjištěnou dílčí spotřebu nebo sledovaný para­metr informací a fakt, zda jsou zjištěny na základě (trvalého/jednorázového) měření nebo jiným způsobem.  

Druhý krok: Benchmarking
Sestavení bilance spotřeby energie pro každé koncové užití prostřednictvím kvantifikace všech parametrů, které ovlivňují výslednou spotřebu, je dobrým základem pro monitoring a porovnání – tzv. benchmarkingu, ať už s časovou řadou hodnot z předešlých období nebo s hodnotami dosahovanými u jiných budov (obdobného stáří, konstrukčního řešení a vybavení TZB).

Na obr. 2 je uveden příklad praktického uplatnění tohoto přístupu pro osvětlovací soustavu. Ze sledování skutečných hodnot a jejich porovnáním s hodnotami cílovými pro každou relevantní veličinu pochopíme nejen důvody, které vedly ke změně spotřeby oproti předešlému období či jiným budovám, ale také dostaneme cennou odpověď na možné úspory energie, které lze dosáhnout při přijetí nápravných opatření u daného parametru za jinak stejných podmínek. Za referenční hodnotu předpokládáme měrný příkon ve výši 12 W/m², což lze považovat za hodnotu zajistitelnou zářivkovými zdroji a zároveň za hodnotu, která zaručí na požadovaném místě světelnou pohodu na úrovni 300 až 350 lx. Pro osvětlenost s hodnotou 500 lx by byl optimální příkon 15 W/m². Vykazuje-li příkon osvětlovací soustavy vyšší hodnoty, naznačuje to reálný potenciál úspor energie.

Obr. 2: Příklad uplatnění metody benchmarkingu při sledování parametrů ovlivňujících spotřebu energie u daného dílčího odběru (soustavy či spotřebiče)

Benchmarking lze přitom provádět nejen z pohledu bottom-up, tj. od konečného užití energie, ale také na úrovni celkových energetických nároků stavby krytých dodávkami energie z vnějších zdrojů (tj. obvykle z místních distribučních soustav elektřiny, tepla či plynu). Díky standardizaci postupů hodnocení energetické náročnosti budov, kterou přineslo přijetí evropské směrnice EPBD (Směrnice 2002/91/ES), je tak dnes možné různé bytové i nebytové stavby vzájemně porovnávat.

Národní legislativa požadavky této směrnice implementuje do vyhlášky č. 148/2007 Sb. a navíc přináší normativy celkové spotřeby energie mj. pro základní typy budov terciárního sektoru v souladu s jejich kategorizací do klasifikačních tříd A až G. Tyto třídy vyjadřují úroveň energetické náročnosti (EN).
Tento souhrnný údaj spotřeby je výslednicí řady dílčích vstupů; případná vysoká hodnota musí být popudem k důkladnější analýze dílčích oblastí spotřeby – k odhalení příčin a jejich odstranění.

Tab.:  Klasifikační třídy EN hodnocení energetické náročnosti různých typů budov terciárního sektoru podle vyhlášky č. 148/2007 Sb.; hodnoty jsou uvedeny v kWh/m² . rok

Třetí krok: Úsporná opatření
Energetických úspor lze ve své podstatě v obecné rovině dosáhnout dvěma cestami: buď vyšší energetickou účinností konkrétního systému či spotřebiče a/nebo z pohledu hospodárného užití energie více uvědomělém způsobu jeho obsluhy, resp. chování jeho uživatelů.

Nové moderní spotřebiče a technologie zpravidla přinášejí nižší nároky na energii díky kombinaci obou faktorů, a to jak použitím nových materiálů, konstrukčních řešení a přístupů, tak i automatizací jejich provozu, která v běžném provozu zajišťuje maximální hospodárný provoz. Příkladem může být oblast osvětlení, kde nasazením účinnějších světelných zdrojů (dnes lineárních zářivek s elektronickým předřadníkem standardu T5) a svítidel, jejichž chod je automaticky ovládán v závislosti na denní době, míře osvětlenosti prostor a přítomnosti či nepřítomnosti osob, lze dosáhnout úspor energie řádově desítky procent oproti jinak běžným řešením.

Obdobných efektů lze dosáhnout nasazením moderní čerpací techniky s plynulou otáčkovou regulací a schopností automatického přechodu do útlumového režimu v období malého odběru tepla či chladu v soustavách vytápění či chlazení. Tyto a řada dalších úsporných opatření, které jsou aplikovatelné v českých podmínkách, byla prezentována na závěrečném semináři projektu, který proběhl v polovině června v prostorách Pražské energetiky [5].

Ne vždy se však zvyšující se technologická úroveň setkává s vyšším uživatelským komfortem a nižší energetickou náročností. Takovým alarmujícím zjištěním jsou výsledky nedávného průzkumu uskutečněného mezi více než osmi stovkami zaměstnanců 24 různých kancelářských budov v Belgii. Předmětem bylo ověřování spokojenosti uživatelů budovy, pokud jde o tepelný komfort, větrání, světelnou pohodu a hluk.

Nejméně spokojeni byli ti, kteří pracují v budovách s centrálním systémem větrání a klimatizace bez možnosti ovlivnit teplotní parametry v pracovním místě – ženy v období topné sezóny, muži naopak v létě. Naopak nejspokojenější respondenti pracovali v objektech, kde sami mohli ovlivnit teplotní klima na svém pracovišti, ať už např. možností ovládat radiátor systému ústředního topení nebo regulací přívodu čerstvého vzduchu otevřením oken (neméně významný faktor). Z pohledu uživatelského komfortu se tak paradoxně umístily na pomyslném žebříčku nejhůře ty budovy, které mají nejkomplexnější systémy TZB pro zajištění žádoucího tepelného komfortu – většinou šlo i o budovy s velkou spotřebou energie.

Závěr
Prosazování hospodárného užití energie v budovách stojí a padá s promyšleným architektonickým a konstrukčním řešením stavby. U existujících staveb jsou možnosti omezené, nicméně zdaleka ne vyloučené, a tak uplatněním výše uvedených metod identifikace struktury spotřeby energie a následného benchmarkingu je možné odhalit potenciál významných úspor.

Lepší výchozí možnosti dnes skýtají novostavby. V jejich případě nalézají uplatnění nejlepší dostupné techniky a řešení, které výrazně ovlivní energetickou úspornost budovy. Bohužel, jak jsme již v úvodu zmínili, se dnes častokrát upřednostňuje optimalizace nákladů na výstavbu před náklady na následný provoz a údržbu. Nově přijatá legislativa zavádějící klasifikaci budov z pohledu energetické náročnosti snad zajistí žádoucí posun i v této oblasti.  

Ing. Tomáš Voříšek

Autor působí v SEVEn, Středisku pro efektivní využívání energie, o. p. s. Posláním SEVEn je ochrana životního prostředí a podpora ekonomického rozvoje cestou účinnějšího využívání energie.

Literatura
1. Oficiální internetové stránky projektu EL-TERTIARY: http://www.eu.fhg.de/el-tertiary.
2. Metering energy use in new non-domestic buildings. A guide to help designers meet Part L2 of the Building Regulations. (http://www.cibse.org/pdfs/GIL065.pdf)
3. Vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov.
4. Energy analysis and energy behaviour and comfort survey of 24 Belgian offices. Final report of survey carried out in framework of El-TERTIARY Project. Cenergie. 18-4-2008.
5. Sborník prezentací ze semináře Úspory elektrické energie v terciární sféře a rezidenčním sektoru. SEVEn. 6/2008 (k dispozici na vyžádání).

Článek byl uverejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK 1/2008.