Energetická účinnost...

Transkript

1 ... ve školách, prostřednictvím inteligentní regulační techniky Edgar Mayer Produktmanager CentraLine c/o Honeywell GmbH 07 I 2008 Stoupající ceny energie, vždy sotva postačující rozpočty a přibývající směrnice z hlediska energetické účinnosti formou evropských norem tyto požadavky si musí klást školy v celé Evropě a v zásadě celosvětově. Na základě ekologického vývoje, jako je globální oteplování, jsou v dnešní době pracovníci s rozhodovací pravomocí nucení dát energetické účinnosti vysokou prioritu také při modernizaci školních budov. Optimalizovaná, inteligentní regulace může energetickou účinnost škol výrazně zlepšit a specifickými regulačními algoritmy podstatně snížit spotřebu energie. Energetická účinnost Energetická účinnost budovy je o to vyšší, čím menší je ztráta tepla (v případě klimatizace chladu). Vyplývá z vlastností tepelné izolace stěn, střechy a oken, technologie stavby a provedení (tepelné izolace) jakož i velikosti venkovních ploch budovy, kterými může teplo případně chlad unikat. Měřítkem energetické účinnosti je potřeba tepla pro vytápění/ potřeba chladicí energie. Dalším podstatným faktorem ke zvýšení energetické účinnosti je však také jakost regulace použité regulační techniky a systému pro řízení techniky budovy. Mnoho v následujícím textu popsaných opatření k úspoře energie ve školách lze na základě kvalitních regulačních systémů realizovat již s velmi malými náklady. Výzkumy Dr. Wolfganga Heße z drážďanské firmy ÖKOTHERM-GmbH 1 potvrdily, že samotnou optimalizací regulačních parametrů lze docílit úspor až 15 %. 1 Dr.-Ing. Wolfgang Heße Ökotherm GmbH Zlepšení energetické účinnosti při zásobování budov teplem

2 Kromě Německa se tématem energetická účinnost ve školách již intenzivně zabývají také jiné země. Přední roli v Evropě zde převzala Anglie: V říjnu 2008 startuje iniciativa Sustainable Learning 2, která ztransparentní spotřebu energie všech škol v zemi. V jednotlivých školních budovách certifikát Display Energy Certificate, ve zkratce DEC, jednoznačně objasní, jak vysoká je aktuální roční spotřeba energie a porovnává ho s certifikátem jiných škol. Tento pro všechny patrný certifikát, který bude ročně aktualizován ukazuje, jak by se mohla energetická účinnost zvýšit. Podle energetické účinnosti se certifikát DEC předává mezi A (velmi dobrá) a G (velmi špatná) účinnost. Tak mohou všichni žáci a učitelé jednoduše poznat, jak energeticky účinná je jejich škola a jak také žáci mohou prostřednictvím určitých opatření, jako např. zodpovědným zacházením s osvětlením, minimalizovat spotřebu energie. Tato iniciativa je odpovědí anglické vlády na požadavky Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) z 16. prosince 2002, která vyžaduje větší energetickou účinnost v budovách. 2 Energeticky účinné regulační funkce Energeticky nejúčinnější regulační zařízení spustí zdroje tepla případně chladu pouze tehdy, když má spotřebič požadavek. Každý spotřebič topný okruh, příprava teplé vody, klimatizační zařízení nebo regulace jednotlivých místností tak může potom odeslat požadavek ve výši své požadované hodnoty na zdroj tepla případně chladu, je-li nutná regulace. Protože doby využití jsou pro každý spotřebič individuálně nastavitelné, nebude se připravovat žádná nadbytečná energie a tím se zamezí plýtvání. Obrázek 1: Školní budova s inteligentní regulační technikou

3 Regulace topného okruhu Ve většině škol se z cenových důvodů používají pouze regulace vytápění s ekvitermně řízenou regulací teploty přívodní vody. V nejlepším případě je několik topných větví, které lze regulovat podle stanoveného časového programu. Jedna topná větev zásobuje několik učeben, které většinou nemají stejné rozvrhy hodin. Časový program topného okruhu tak musí zohlednit maximální dobu obsazení. Domovníci často nastavují časové programy o dvě až tři hodiny dříve, aby už při zahájení vyučování, především za nejstudenějších dnů v zimě, bylo v učebnách teplo. Optimalizovaná doba zapnutí topného okruhu zde může být velmi účelná a může znatelně snížit spotřebu energie. Při vyšších venkovních teplotách se automaticky zapne později, čímž lze ušetřit nejméně 10 % tepelné energie. Regulátory CentraLine používají pro optimalizaci adaptivní model budovy, který při výpočtu dob zapnutí/vypnutí zohlední tepelně akumulační vlastnosti budovy. S ekvitermní regulací není kromě toho možné zohlednit vlivy slunečního záření, teplo, které je produkováno přístroji (např. PC) nebo počet žáků ve třídě. Každý žák přesto produkuje přibližně 60 W tepelného výkonu. Nadbytečné teplo se potom často odvádí otevřením oken, což vede k nevyhnutelnému plýtvání energií. Tyto nevýhody lze kompenzovat pouze regulací jednotlivých místností. Ke zmírnění uvedených nevýhod ekvitermní regulace teploty přívodní vody je důležité, aby použitá regulační technika udržovala pokud možno nízkou požadovanou hodnotu teploty přívodní vody. Regulátory jako Tiger nebo Panther od CentraLine to zvládnou automatickou adaptací topné křivky, která se tím automaticky přizpůsobí budově. Regulace čerpadel Další úspory umožňují oběhová čerpadla otopného systému řízená podle potřeby: V mnoha případech běží čerpadla 24 hodin denně při maximálních otáčkách. Především u velkých oběhových čerpadel s více než 100 kw je zde vysoký potenciál úspor. Při nebezpečí mrazu je sice nutné, aby čerpadla kontinuálně běžela. Ale když čerpadla běží nad hranici zamrznutí pouze tehdy, když se skutečně potřebuje energie, lze ušetřit nejméně 30 až 60 % spotřebované elektrické energie. Použití regulační techniky CentraLine umožňuje vypnutí čerpadel topných okruhů při zavřeném ventilu. Samozřejmě se při tom budou cyklicky spouštět, aby se zabránilo zkresleným naměřeným hodnotám ve stojící vodě.

4 Použití obnovitelných zdrojů energie V budoucnosti by se v případě modernizace měly vzít v úvahu alternativní výrobníky tepla jako jsou tepelná čerpadla a solární zařízení. Použití tepelných čerpadel například vyžaduje už jen 30 % konvenční energie, zbývající potřeba je k dispozici přímo z životního prostředí obnovitelného, bezplatného zdroje energie. Regulační strategie CentraLine obsahuje všechny funkce k efektivní regulaci kotlů, kaskády kotlů nebo integraci alternativních ekologických zdrojů tepla. Zdroje tepla se při tom seskupí tak, aby ekologické zdroje tepla byly vždy hlavní a konvenční zdroje vždy pokryly špičkové zatížení. Regulační strategie se postará o to, aby byl k dispozici pouze nutný topný výkon a zdroje tepla tak pracovaly s maximální účinností. Docílí se toho srovnáním topných výkonů požadovaných spotřebiči a disponibilních topných výkonů od výrobníků tepla. Pokud možno dlouhými dobami běhu a tím méně zapínacích a vypínacích postupů se regulační strategie postará také o to, aby se prodloužila životnost kotlů. Špatně nastavená regulace může naopak vést k tomu, že kotle jsou již po jednom až dvou letech opotřebované. Regulace jednotlivých místností Regulace jednotlivých místností je nejefektivnější způsob regulace učeben. Investice do regulační techniky činí přibližně 350 Euro pro místnost včetně napojení na systém pro řízení techniky budovy, tím se však kompenzují všechny nevýhody ekvitermní regulace teploty přívodní vody. Pomocí regulace jednotlivých místností lze každé třídě přiřadit individuální časový program bude se tedy vytápět nebo chladit pomocí ventilátorových konvektorů nebo chladicích stropů pouze během vyučování. K tomu se nejdříve každá místnost vybaví čidlem teploty místnosti, které také zohlední cizí teplo. Regulace CO 2 a využití odpadního tepla Potenciál úspor 30 až 50 % lze také dosáhnout použitím regulace CO 2. Tato regulace přereguluje otáčkami ventilátorů podíl venkovního vzduchu a objemový proud. Tím se bude čerstvý vzduch přivádět pouze tehdy, když se dosáhne požadované hodnoty CO 23. Využití odpadního tepla s vysokou účinností nebo volného nočního chlazení může navíc vést ke zvýšení energetické účinnosti. 3 Další informace k tématu Regulace CO 2 najdete na

5 Sběr naměřených hodnot a vyhodnocení Energetickou účinnost lze prokázat pouze tehdy, když jsou zahrnuty všechny spotřeby. K tomu náleží: topná energie pro topné okruhy, optimálním způsobem oddělená pro každou topnou větev, topná energie pro přípravu teplé vody, chladicí energie (je-li k dispozici), elektrická energie, spotřeby teplé a studené vody jakož i topného oleje nebo plynu. Optimální je použití moderních čítačů, která také pořizují kumulované měsíční spotřeby nebo hodnoty od systémů managementu energie, jak vyžaduje směrnice EPBD. CentraLine poskytuje navíc také možnost zaznamenat trendy, zobrazit je v systému pro řízení techniky budovy nebo dát k dispozici hodnoty pro externí programy managementu energie. Tato naměřená data se musí pravidelně vyhodnocovat a srovnávat, podle budovy a venkovní teploty, s normovanými hodnotami. Zásluhou kontinuálního pořizování a analýzy naměřených hodnot lze okamžitě rozpoznat anomálie a učinit příslušná opatření k odstranění plýtvání energií. Takto lze provést srovnání mezi spotřebami na každý m2 užitné plochy s jinými školami. Když má škola více budov, slouží normované spotřeby jednotlivých budov nebo topných větví navzájem jako srovnání. Zapojení žáků a učitelů Ve školách je důležité zapojit žáky do procesu zvyšování energetické účinnosti, jak také ukazuje příklad v Anglii. Lze tak zvýšit ekologické uvědomění mladých lidí, což se opět může pozitivně projevit na energetické bilanci školy. Existují studie, které prokázaly, že zapojením žáků by se mohlo ušetřit nejméně 10 % nákladů na energii. V některých případech bylo dokonce dosaženo 20 až 25 % 4. Žáci by se měli v pravidelných časových intervalech informovat o vývoji spotřeby energie. Nejlépe se to udělá vizualizací spotřeb a srovnáním s normovanými hodnotami nebo spotřebami jiných škol nebo srovnáním mezi jednotlivými budovami školy. Přitom se žákům musí také ukázat, jak mohou osobně přispět ke zvýšení energetické účinnosti ve škole. Nejvyšší efektivnosti lze dosáhnout soutěžením mezi školami a prémiováním těch, kteří pro úsporu energie nejvíce udělali. Může přitom pomoci použití nadřazené ovládací centrály pro regulační techniku. Například u CentraLine je s centrálou pro řízení techniky budov Arena možný přístup z libovolného PC ze školní sítě na data spotřeby. Drážďanská firma ÖKOTHERM-GmbH poskytuje data spotřeby škol, o které pečuje, dokonce na Internetu, takže k nim mohou mít přístup všichni zájemci raising awareness 5

6 Obrázek 2: Kontrola spotřeby jedné školy Jednoduchá obsluhovatelnost provozovatelem Nejlepší regulační technika nedosáhne svého cíle, je-li nastavení časových programů pro domovníka příliš zdlouhavé a komplikované. Nesprávnou obsluhou zařízení, tudiž chybným nastavením časových programů a požadovaných hodnot lze proplývat příliš mnoho energie. Při použití regulátorů CentraLine je již nastavení na regulátoru velmi jednoduché. Kromě toho mohou další volitelné možnosti obsluhu zjednodušit. Možnost obsluhy Spínač Prázdniny Ovládací zařízení ve spínací skříni založené na Windows CE Řídicí centrála Arena Funkce Přepne všechny spotřebiče na ochranu před mrazem, regulátory jednotlivých místností se přepnou na noční požadovanou hodnotu. Po prázdninách platí zadané časové programy podle rozvrhu. Ovládací zařízení CentraLine-Touch s dotykovým displejem umožňuje jednoduchý přehled nejdůležitějších požadovaných hodnot, skutečných hodnot a časových programů. Nejjednodušší, přehledná údržba rozvrhů hodin jako v Microsoft Outlook. Nejjednodušší přeregulování časových programů jednotlivých tříd pomocí globálního časového programu v případě třídních schůzek rodičů nebo jiných událostí. Import prázdninových programů a jejich přiřazení ze standardních internetových souborů (formát souboru *. hol).

7 Obrázek 3: Obslužný software Arena od CentraLine Obrázek 4: Náhled na časové programy pomocí software Arena Shrnutí Zvýšení energetické účinnosti ve školách bude jedním ze stále naléhavějších úkolů, jak z ekonomického, tak také z ekologického hlediska. Úspor v budovách lze dosáhnout s relativně malými náklady použitím optimalizované regulace. Regulační technika a systém pro řízení techniky budov CentraLine může podstatně přispět ke zvýšení energetické účinnosti ve školách. Poskytuje osvědčené a hojně testované regulační funkce, které vyhovují nejvyšším požadavkům na energetickou účinnost. Efektivnost použitých opatření bude doložena srovnáním potřeby tepla na vytápění před a po sanaci škol, ve kterých byla popsaná technika aplikovaná. Výsledky ukazují úspory, kterých by bylo možno dosáhnout seskupením všech aplikovaných opatření. Samostatné vyhodnocení individuálních regulačních funkcí bude proto kvalitativně popsáno. Škola Sanační opatření* Spotřeba před sanací Spotřeba po sanaci Škola Weisenhof v Esslingenu 2 / 3 / 4 / 11 / 13 Průměrováno od kwh/m 2 a V kwh/m 2 a ** MZH Ristissen 3 / 4 / 5 / 8 Úspory město Ehningen %** Střední škola 4 37,5 W/m 2 a 35,2 W/m 2 a Drážďany (dálkové zásobování teplem) (při -15 C ) při (-15 C) *** * 1: Sanace střechy, 2: Sanace oken, 3: Nová regulace vytápění, kotel a topné okruhy, 4: Regulace jednotlivých místností, 5: Dálková údržba s CentraLine Ranger, 6: Optimalizace regulačních parametrů, 7: Systém pro řízení techniky budovy Arena, 8: Větrání s regulací CO2, 9: Zapojení žáků, 10: Stropní sálavé panely, 11: Hydraulické vyvážení soustavy, 12: Řízení osvětlení, 13: Kondenzační kotel ** Pro přesnější výpovědi se naměřené hodnoty musí průměrovat po dobu několika let, zejména když přibývá celodenních škol nebo vznikají přístavby menz a tím se využití silně mění. *** Vypočítá se křivka trendu průměrovaných spotřeb pro venkovní teplotu v teplotním rozsahu (-15 C až 15 C). Tato křivka trendu má při -15 C hodnoty v tabulce.

8 Autor: Mr. Hannes Lütz Product Manager CentraLine c/o Honeywell GmbH Více detailů a další články naleznete na domovských stránkách CentraLine City, sekce Energy Efficiency, případně nás přímo kontaktujte. CentraLine Honeywell spol. s.r.o. V Parku 2326/ Praha 4, Česká Republika Tel +42 (0) CentraLine Honeywell s.r.o. Mlynské nivy 71 P.O.BOX Bratislava 27, Slovensko