Sada nástrojů pro technická opatření pro použití partnerstvím SPIN Systémy řízení a měření pro budovy leden 2016
Autor: Reinhard Ungerböck Grazer Energieagentur GmbH Kaiserfeldgasse 13/1 A-8010 Graz T: +43 316 811848-17 E-Mail: ungerboeck@grazer-ea.at Website: www.grazer-ea.at Daniela Bachner e7 Energie Markt Analyse GmbH Walcherstraße 11/43 A-1020 Vienna T: +43 1 907 80 26-0 www.epcplus.org Tento dokument byl vytvořen v rámci projektu Energy Performance Contracting Plus (EPC+) a je dostupný na webu projektu. Tento projekt byl finančně podpořen v rámci programu Evropské Unie pro výzkum a inovace Horizont 2020, na základě grantové dohody č. 649666. Obsah tohoto dokumentu zavazuje pouze jeho autory. Nemusí nutně odrážet stanovisko Evropské unie. Evropská komise ani agentura EASME nenesou odpovědnost za jakékoli případné využití zde obsažených informací. 2
Obsah 1. Obecný popis a vysvětlení použití... 4 2. Sada nástrojů... 5 2.1. Systémy řízení a měření pro budovy... 6 2.1.1. Technický popis... 6 2.1.2. Metoda výpočtu... 7 2.1.3. Realizace průběhu procesu, včetně zajištění kvality opatření během a po realizaci... 8 2.1.4. Možnosti ohledně měření a verifikace, aby bylo možné zhodnotit výkon v souvislosti s jeho zaručením... 9 3
1. Obecný popis a vysvětlení použití Projekt EPC+ má za cíl standardizovat technická opatření, aby se tak stala předvídatelnými pro ostatní členy SPINu (včetně koordinátora SPINu), čímž dojde ke snížení transakčních nákladů. Tato sada nástrojů může sloužit jako průvodce pro poskytovatele služeb v rámci EPC+ v otázkách standardizace opatření (konstrukční parametry, metoda výpočtu, průběh procesu) a definování standardů kvality pro metodu M&V (Měření a verifikace). Zároveň může být tento text použit při komunikaci s klientem pro zvýšení důvěry v navrhovaná opatření. Každé opatření bude vysvětleno na obecné úrovni. Mimo to budou definovány konstrukční parametry a možnosti použití. Na konci je uveden rovněž výčet situací, ve kterých to které opatření nelze aplikovat. Metoda výpočtu V příslušných případech by měla být popsána obecná metoda pro výpočet náročnosti realizace, O&M a úspor, a to ideálně ve formě open-source výpočetní aplikace. V příslušných případech by měla být popsána obecná metoda pro výpočet náročnosti realizace, provozování a management (O&M) a úspor, a to ideálně ve formě open-source výpočetní aplikace. Průběh procesu Z důvodu množství aktérů a komunikačních kanálů by měl být diagram průběhu procesu povinně vytvořen ve formě tzv. návrhu služby (service blueprint). 4
2. Sada nástrojů Všechna opatření jsou popsána obecně i detailně. Opatření jsou kategorizována do úsporných opatření a do opatření využívajících obnovitelné zdroje. Úsporná opatření. 1. Vnitřní osvětlení: LED osvětlení + kontrolní systémy 2. Hydraulické nastavení topného systému 3. Modernizace čerpadel 4. Modernizace elektromotorů 5. Energeticky úsporná ventilace a/nebo chlazení 6. Kontrolní systémy vytápění/ventilace/klimatizace, včetně integrování bojlerů 7. Programátoři systémů řízení budov (tzv. Building Management System) od různých dodavatelů - Siemens, Honeywell,... 8. Renovace/výměna bojlerů Opatření využívající obnovitelné zdroje energie: 1. Solární ohřev vody 2. Vytápění biomasou 3. Kogenerace 4. Solární panely 5. Větrná energie 6. Tepelná čerpadla 5
2.1. Systémy řízení a měření pro budovy 2.1.1. Technický popis 2.1.1.1. Obecný popis Systémy managementu budov mohou zvýšit energetickou efektivitu budovy, jelikož umožňují provoz systémů HVAC a dalších funkcí jako domácí horká voda nebo nastavení parametrů osvětlení či stínění, nebo také systémů měření a monitorování, sledování celkové energetické spotřeby budovy, či sledování profilů spotřeby. Díky tomu lze relativně brzy zjistit možné slabiny a selhání v provozu technického systému budov. Správným nastavením provozních parametrů pak lze předejít významným nárůstům nákladů na energie. Systémy managementu budov představují pohodlnou cestu pro provozování technických systémů budov, která poskytuje flexibilitu pro nastavení parametrů a nabízí významný nástroj pro analýzy a hodnocení. Zejména v případě velkého počtu zařízení (budov) může být velmi efektivní jak tyto budovy provozovat, tak detailně monitorovat jejich celkovou spotřebu energií pomocí jediného softwarového systému, namísto individuálního sledování provozních parametrů a dat o spotřebě. Je proto možné objevit neefektivní interakce různých systémů, jako např. paralelní provoz chladicích i topných systémů. Aby bylo možné podobné jevy zjistit, je třeba detailní měření spotřeby energií, ze kterého lze získat dostatek vstupních dat pro jednotný monitoring. Systém managementu budov se sestává z hardwarových i softwarových komponentů a vyžaduje kontrolní elektroniku, senzory, dataloggery, transfery dat a software s uživatelským rozhraním. Několik mezinárodních dodavatelů nabízí komplexní systémy managementu budov: Honeywell, Siemens, EMC, ENVDATEC, JEVis, IngSoft, InterWatt atd. Navíc ve většině zemí existují produkty od národních dodavatelů. Realizace samotného systému managementu budov nezvyšuje energetickou efektivitu. Analyzováním spotřeby energie pomocí integrovaného monitorovacího systému a odhalením chybných nastavení technických systémů budov lze však potenciál pro úspory nalézt. 2.1.1.2. Designové parametry Které parametry je třeba zkoumat pro správné navržení opatření? Technické parametry současného vybavení Je systém managementu budovy (z angl. Building Management System - BMS) již v provozu? Jsou splněny všechny technické předpoklady pro použití BMS? Je možné vybavit současná měřidla energií dataloggery pro digitální ukládání dat o spotřebě a pro transfer těchto dat do softwaru? Kolik měřidel energií a senzorů je v současnosti používáno a jak jsou rozloženy (jedno na podlaží/ jedno na každý systém HVAC apod.)? Existuje soubor dat o minulém měření spotřeby energií? 6
Jaké technické změny je třeba udělat v technických systémech budov, aby bylo možné instalovat senzory a měřidla? Technické parametry nově instalovaného vybavení Je třeba informovat poskytovatele energií nebo žádat o povolení, když dochází ke změně nebo úpravě měřícího vybavení? Jsou technici správy budov schopni provozovat BMS / monitorovací systémy? 2.1.1.3. Opatření vhodná pro Typické obecné podmínky pro tato opatření: Tato opatření jsou vhodná pro budovy s několika technickými systémy Jsou obzvláště zajímavá pro budovy s vysokým počtem elektrických spotřebičů 2.1.1.4. Opatření nevhodná pro Tato opatření nejsou vhodná pro: Budovy s malým počtem technických systémů 2.1.2. Metoda výpočtu 2.1.2.1. Očekávané úspory Realizace systému řízení a monitorování technického vybavení budovy a spotřeby energií, nevede automaticky k energetickým úsporám bez aktivních změn v nastavení, založených na shromážděných informacích. Z tohoto důvodu není možné s jistotou spočítat dosažitelné úspory. Lze očekávat, že realizace BMS přinese úspory energie ve výši 5 10 % celkové spotřeby energií díky detekci a nápravě slabin systémů. Interval dosažitelných úspor je také odvislý od současných standardů energetické efektivity konkrétní budovy. Pořízení BMS umožňuje snadnou realizaci většiny energeticky efektivních opatření popsaných v sadě nástrojů č. 6 a zároveň představuje vhodnou cestu ke zkombinování několika různých opatření do jednoho procesu. Pro výpočet úspor energií na vytápění, ventilaci a chlazení viz technickou sadu nástrojů 6, pro opatření v oblasti osvětlení viz sadu nástrojů 1. 2.1.2.2. Investiční náklady Materiál: o Software pro BMS o Měřicí vybavení včetně dateloggerů a systému pro transfer dat 7
Práce: o Instalace BMS a měřicího vybavení 2.1.2.3. Provozní náklady Pravidelné kontroly kvality po realizaci opatření Analýza a kontrola kvality sebraných dat o spotřebě. Na začátku monitorovacího období za účelem zjištění a realizace provozních opatření a následně na bázi pravidelnosti za účelem kontroly dopadu těchto opatření a zjištění charakteristicky spotřeby energie konkrétní budovy. Dlouhodobé analýzy a kontroly kvality měření 2.1.2.4. Očekávaná životnost opatření a následné náklady na výměnu (pokud vzniknou) Životnost opatření je především závislá na pravidelném vyhodnocování monitorovaných dat a kontrolách věrohodnosti. Hardwarové komponenty jako jsou senzory a měřidla jsou podrobována pravidelným výměnám. Očekávaná životnost serverů a softwarových rozhraní je 5 let, pro další komponenty pak 10 15 let. 2.1.2.5. Analýza diskontovaných peněžních toků a čistá současná hodnota Pro rozpracování analýzy diskontovaných peněžních toků, odpisové míry a čisté současné hodnoty investice lze použít nástroj vytvořený v rámci projektu, který je dostupný na stránkách Evropské balíku sady nástrojů www.epcplus.org/energy-service-packages/. Pro odhad odpisové míry monitorovacího systému lze použít nástroj naprogramovaný e7 (dostupný pouze v německém jazyce), viz https://e-sieben.shinyapps.io/evmroi. 2.1.3. Realizace průběhu procesu, včetně zajištění kvality opatření během a po realizaci Proces realizace BMS a měřicích komponentů začíná zhodnocením současné měřicí infrastruktury, kterou budova disponuje, počtu měřidel energií a nároky současných technických systémů budovy na budoucí kontrolu prostřednictvím BMS. V komunikaci s techniky správy budov je navržen koncept monitorování a časový rámec pro pravidelné kontroly kvality nashromážděných dat a jejich interpretaci. 8
9
2.1.4. Možnosti ohledně měření a verifikace, aby bylo možné zhodnotit výkon v souvislosti s jeho zaručením 1 Poznámka: Je zásadní vyjasnit a potvrdit skutečnou potřebu parametrů komfortu (teplota vzduchu v interiéru, vlhkost vzduchu, výměna vzduchu, doba provozu) a referenční hranice u používaných dat ve fázi extenzivního energetického auditu. Před uzavřením smlouvy je třeba tyto záležitosti důkladně projednat s klientem. Pro potřeby smlouvy lze použít standardní formulaci pro definici cílových parametrů komfortu. Je důležité shromáždit a zaznamenat relevantní provozní údaje pro referenční časové období. Tato data musí být dostupná během celé doby trvání smlouvy. Z toho důvodu je ustanoven tzv. M&V plán (M&V = measurement and verification = měření a verifikace). Tento plán poskytuje detailní informace o instalaci a kalibraci potřebných měřicích zařízení. Po realizaci energeticky efektivních opatření je provedena kontrola funkčnosti. Celý plán končí zprávou o úsporách energie a nákladů. Následující aspekty musí být spolu s klientem dohodnuty a definovány: Metoda a úroveň detailnosti pro ověřování úspor energie (např. systémově specifické ověřování) Různé faktory vlivů (intenzita užívání vzhledem k nárokům na prostor čí míra užívání, počasí, změny v potřebách apod.) Rozpětí zanedbatelnosti změn (např. ± 5% změny ve výše zmíněných faktorech) Je třeba dopředu vyjasnit, kdo má na starosti přijímání provozních parametrů, analýzu dat a identifikaci dalších energeticky efektivních opatření (správce budov, SPIN partner apod.). Všechny změny kontrolních parametrů musí být zaznamenány elektronicky. Vhodný způsob zdokumentování organizačních opatření může být záznam do záznamníku změn (change log) přímo v softwaru, případně screenshot změněných provozních parametrů technických systémů budov v interfacu systému managementu budovy. Jelikož tato opatření představují detailní zavádění dlouhodobých měřících systémů, může být výkon systému garantován pravidelnými kontrolami spolehlivosti systému s cílem vyhnout se výpadkům dat či poruchám systému (týdně nebo měsíčně). Možnost B podle Mezinárodního protokolu k měření a ověřování úspor energie (IPMVP) by měla být použita pro výpočet energetických úspor. Možnost B uvádí, že všechny potřebné parametry musí být měřeny vizuálně. Systém HVAC jasně vymezuje hranice systému, proto není třeba dávat takový důraz na sledování nezávislých proměnných a neměnných faktorů. Pro ověření úspor by následující data měla být vyhodnocována nejméně jednou za čtvrtletí: Parametry komfortu, resp. vnitřní teplota vzduchu (např. měřena každých 15 minut) Elektrické spotřebiče a další spotřeba energie na vytápění, chlazení a pro ventilační systém (např. měřeno každých 15 minut nebo jednou za hodinu) Míra užívání budovy, změny v budově a přilehlém okolí (v případě události) Zaznamenané změny v kontrolních nastaveních HVAC 1 Kritéria: minimální usilí, přesto řádný kvalitativní důkaz pro řádnou realizaci zohledňující výkon, nikoli pouze instalaci 10
Celková energetická spotřeba budovy: je doporučeno vykonávat kontrolu věrohodnosti dosažených úspor s použitím celkové energetické spotřeby budovy. Alternativní M&V přístup by vyžadoval profily spotřeby elektrické energie (load profiles) celé budovy. Pokud jsou dobře známy všechny externí parametry, které určují energetické nároky budovy, nebo jsou tyto parametry stabilní, může být koncept M&V zjednodušen za použití profilu spotřeby konkrétní budovy. Je proto třeba ještě před realizací jednotlivých opatření definovat určitý časový úsek (např. dva měsíce nebo rok), ve kterém proběhne měření tohoto profilu spotřeby v potřebném rozlišení. V zemích jako je například Rakousko jsou profily spotřeby u tepla i energie zdarma poskytovány operátorem sítě každých 15 minut. V době měření profilu spotřeby je třeba také měřit všechny externí parametry, jako je teplota nebo hodiny, kdy je budova užívána. Po realizaci energeticky efektivního opatření je třeba profil spotřeby včetně všech externích parametrů změřit znovu po stejné časové období. Pro vyhodnocení dosažených úspor energie realizovaného opatření jsou externí parametry použity pro normalizaci měřených profilů spotřeby. Nicméně, s touto metodou je třeba nakládat opatrně a je doporučena pouze pro výjimečné případy. 11