Energetická rozvaha bytových domů
Zpracovatel:
HANA LONDINOVÁ – energetický auditor
leden 2010
Energetická rozvaha
Obsah Obsah ...................................................................................................................................................... 2 1
2
3
4
Úvod................................................................................................................................................ 3 1.1
Cíl energetické rozvahy ........................................................................................................... 3
1.2
Datum vyhotovení rozvahy ...................................................................................................... 3
1.3
Zpracovatel rozvahy ................................................................................................................ 3
Popsání problematiky ..................................................................................................................... 4 2.1
Metodika výpočtu..................................................................................................................... 4
2.2
Popis stávající situace ............................................................................................................. 4
2.3
Možnosti úspor ........................................................................................................................ 4
Řešení............................................................................................................................................. 5 3.1
BD ‐ popis............................................................................................................................... 5
3.2
BD1 ‐ původní stav................................................................................................................... 5
3.3
BD2 ‐ stavební úpravy, izolace................................................................................................. 6
3.4
BD3 ‐ zefektivnění tepelné soustavy ........................................................................................ 6
3.4.1
Snížení teplotního spádu s regulační kotlovou automatikou.......................................... 6
3.4.2
Snížení objemu otopného média a zvýšení účinnosti otopných těles............................. 7
Shrnutí ............................................................................................................................................ 9 4.1
Technické srovnání .................................................................................................................. 9
4.2
Ekonomické srovnání .............................................................................................................. 9
4.3
Investiční srovnání................................................................................................................. 10
4.4
Přehled a porovnání výsledků jednotlivých variant ............................................................ 11
4.5
Závěr...................................................................................................................................... 11
5
Doporučení ................................................................................................................................... 12
6
Použitá literatura ........................................................................................................................... 12
Hana Londinová
2
Energetická rozvaha
1 Úvod 1.1 Cíl energetické rozvahy Cílem předkládané Energetické rozvahy (dále též „Rozvahy“) je podání přehledu možností a přístupů k snížení energetické náročnosti otopné soustavy po provedení stavební revitalizace bytového domu. Rozvaha se zabývá snížením nákladů na vytápění zefektivněním přenosové tepelné soustavy po stavebních izolačních úpravách. Budou představeny možnosti energetických úspor otopných soustav, dále následuje analytická část shrnující energetickou náročnost jednotlivých řešení a v poslední části budou vyhodnoceny efekty jednotlivých možností úspor.
1.2 Datum vyhotovení rozvahy 10.ledna 2010
1.3 Zpracovatel rozvahy Hana Londinová – energetický auditor
Hana Londinová
3
Energetická rozvaha
2 Popsání problematiky 2.1 Metodika výpočtu V této Rozvaze jsou systematicky popsány kroky vedoucí k energetickým úsporám bytových domů a zároveň slouží jako metodika postupu a uvažování při procesu snižování energetické náročnosti objektů. Pro názornost jsou na konkrétním bytovém domě (dále též „BD“), jehož specifikace jsou uvedeny v kapitole 3.1, demonstrovány postupné kroky pro zajištění energetických úspor. Po provedení každého kroku jsou vyčísleny potřeby tepla se spotřebou energií a na závěr výpočty sumarizovány a porovnány.
2.2 Popis stávající situace Většinu bytového fondu v České i Slovenské republice představují bytové domy, jež byly postaveny v době, kdy nebyla kladena priorita na úsporu energie, ale na rychlý nárůst bytových jednotek. Zpravidla jsou domy postaveny panelovou technologií s plochou střechou a s dřevěnými zdvojenými okny. Energetická nehospodárnost domů je snižována postupně těmito opatřeními: •
organizačními – BD1 otopná tělesa vybavena termostatickými ventily s termohlavicemi a poměrovým měřením tepla
•
stavebními – BD2 stávající okna vyměněna za moderní okna s lepšími izolačními parametry; zateplení fasád a střech
•
energetickými – BD3 snížení nákladů na vytápění zefektivněním tepelné soustavy
2.3 Možnosti úspor Popsanými opatřeními jsou provedeny základní kroky vedoucí k úsporám. Po snížení energetické náročnosti budov následuje snížení výkonů předimenzovaných otopných soustav s výsledkem snížení spotřeby paliv a úspor energie. Snížení výkonů otopných soustav je možno zajistit: •
dodávkou tepla s nižším teplotním spádem
•
regulační kotlovou /výměníkovou/ automatikou
•
snížením objemu otopného média a zvýšením účinnosti otopných těles
Hana Londinová
4
Energetická rozvaha
3 Řešení V této kapitole popíšeme výpočet energetické úspory získané při rekonstrukcí bytového domu, přičemž nejprve popíšeme charakteristiky uvažovaného BD.
3.1 BD - popis V této Rozvaze se popisuje běžný BD rozšířený v bytovém fondu ČR a SR, jenž má následující charakteristiky: •
postaven v roce 1970 panelovou technologií, nezateplený, dřevěná zdvojená okna
•
32 bytových jednotek, 2 vchody, lokalita Brno, ČR
•
zdrojem vytápění je kotelna na zemní plyn – výkon zdroje 250 kW
•
otopná soustava je osazena litinovými otopnými tělesy s termostatickými ventily o teplotním spádu 90/70oC
Postupné kroky při získávání úspor u bytového domu BD mají v této Rozvaze následující označení: •
BD1 - původní stav s regulací otopných těles
•
BD2 – stavební úpravy, izolace
•
BD3 – snížení energetického zdroje a zefektivnění přenosové tepelné soustavy
3.2 BD1 - původní stav BD1 je stav nejvíce běžný, dům není zateplen, má původní tělesa a je provedeno pouze základní opatření - otopná tělesa (dále „OT“) jsou vybavena termoventily a poměrovým měřením tepla. Následující tabulka ukazuje tepelnou náročnost BD1: Teplotní ztráta budovy [W]
Počet OT [ks]
Velikost OT[články]
Počet článků 500/110
Výkon celkem [W]
Vodní objem[dm3]
35
16
560
43 917
448
210
12
2 520
197 629
2 016
1
8
8
627
6,6
1
4
4
314
3,4
234 306
247
3 092
242 487
2 474
Tabulka 1: BD1 – litina, teplotní spád 90/70°C
Hana Londinová
5
Energetická rozvaha
V následující tabulce je shrnuta energetická náročnost varianty BD1: Typ objektu
nezateplený
Celková tepelná ztráta [kW]
234 242 1
Výkon zdroje [kW]
90/70oC
Teplotní spád Počet OT 500/110 [ks]
247
3
Vodní objem OT[dm ]
2 474 Tabulka 2: BD1 – souhrn litina 90/70°C
Výpočet roční potřeby tepla na vytápění za otopné období vychází z tepelné ztráty objektu zohledňuje klimatické podmínky, provoz vytápění, druh otopné soustavy a její dosavadní řízení termohlavicemi. Potřeba tepla pro stávající litinové radiátory při tepelné ztrátě 234 kW je Evyt. = 2 033 GJ/ rok, se spotřebou paliva Bvyt = 70 220 m3 zemního plynu.
3.3 BD2 - stavební úpravy, izolace Stavebními izolačními úpravami – výměna oken, zateplení fasády a střechy - se tepelná ztráta objektu sníží na 155 kW. Po provedení stavebních úprav zateplením má dosavadní zdroj tepla zbytečně vyšší výkon, než vytápěný objekt potřebuje, což vede k nehospodárnému přetápění objektu a zbytečným provozním ztrátám.
3.4 BD3 - zefektivnění tepelné soustavy Pro snížení spotřeby energie je nutno po předchozích krocích snížit zdroj tepla, přizpůsobit jej nižším teplotním ztrátám. Přetápění lze odstranit tím, že: •
dodávka tepla bude realizována s nižším teplotním spádem 70/55°C
•
do objektu bude instalováno směšovací zařízení, které bude zajišťovat provoz s nižšími topnými křivkami, kvalitní systém měření a regulace
•
bude snížen objem otopného média a zvýšena účinnost otopných těles
3.4.1 Snížení teplotního spádu regulační kotlovou automatikou První a druhý bod - nižší teplotní spád a instalace směšovacího zařízení - se zpravidla provádí současně a to hned po stavebních úpravách. Po provedení stavebních úprav zůstává často otopná soustava v původním stavu s litinovými radiátory a termostatickými ventily. Nadbytečný výkon zdroje tepla je třeba snížit regulační kotlovou automatikou snížením výstupní teploty z kotle. Dodávka tepla bude reagovat na snížení energetické náročnosti objektu snížením tepelného spádu soustavy na 70/55oC. 1
zemní plyn
Hana Londinová
6
Energetická rozvaha
Teplotní ztráta budovy [W]
Počet OT [ks] 35
Velikost OT[články] 16
Počet článků 500/110 560
Výkon celkem [W] 32 379
Vodní objem [dm3] 448
210
12
2 520
145 708
2 016
1
8
8
463
6,6
1
4
4
231
3,4
154 647
247
3 092
178 781
2 474
Tabulka 3: BD3 – litina, teplotní spád 70/55°C
Shrnutí - původní litinová tělesa po snížení teploty: Typ objektu
zateplený
Celková tepelná ztráta [kW]
155 179 2
Výkon zdroje [kW]
70/55oC
Teplotní spád Počet OT 500/110 [ks]
247
3
Vodní objem OT [dm ]
2 474 Tabulka 4: BD3 – souhrn litina 70/55°C
Výpočet roční potřeby tepla na vytápění za otopné období vychází z tepelné ztráty objektu zohledňující klimatické podmínky, provoz vytápění, stávající druh otopné soustavy s původními litinovými radiátory s termostatickými hlavicemi a snížení teplotního spádu pomocí regulační kotlové automatiky. Potřeba tepla při stávajících litinových radiátorech a nižší tepelné ztrátě 155 kW je Evyt. = 1 345 GJ/ rok, se spotřebou paliva Bvyt = 46 472 m3 zemního plynu. B
3.4.2 Snížení objemu otopného média a zvýšení účinnosti otopných těles Po provedení kroků popsaných v kapitolách 3.2 a 3.3 je možno snížením objemu otopného média a zvýšením účinnosti OT dosáhnout dalších úspor, k nimž se přistupuje při rekonstrukci OT. Při rekonstrukci je možné uvažovat o následujících typech OT:
2
•
litinová článková – nejstarší typ radiátorů využívaných dosud v bytových domech
•
ocelová desková – nejlevnější typ otopných těles s kratší životností
•
hliníková článková – moderní typ otopných těles s dlouhou životností a efektivním předáváním požadovaného výkonu vyrobený technologií vysokotlakého lití
zemní plyn
Hana Londinová
7
Energetická rozvaha
V tabulce je uvedena energetická náročnost srovnatelných typů otopných těles OT (rozteč 500 mm): LITINA Počet OT [ks]
OCEL
Velikost Počet Výkon Vodní OT článků celkem objem [čl.] [ks] [W] [dm3]
35 210
16
560
32 379
Typ desky
Výkon Vodní Velikost Počet Výkon Vodní celkem objem OT článků celkem objem [W] [dm3] [čl.] [ks] [W] [dm3] 33 810
192,5
8
280 32 480
112
12 2 520 145 708 2 016 21‐5070‐R 145 530
808,5
6
1 260 146 160
504
1
8
400
3,48
4
4
464
1,6
1
4 4 231 3,4 20‐5040‐R 293 3 092 178 781 2 474 180 033
1,55
2
2
232
0,8
1 546 179 336
619
247
8
463
448 21‐5100‐R
HLINÍK
6,6 20‐5060‐R
1 006
Tabulka 5: Srovnání energetické náročnosti dle materiálů OT
Srovnáním energetické náročnosti na ohřev objemu vody používané v OT, lze dospět k závěru, že pro ohřátí množství vody 2,5 m3 v litinových radiátorech je spotřebováno daleko více energie než pro ohřátí 0,62 m3 v hliníkových radiátorech, jež obsahují nejmenší objem vody. Pro zjištění nejúspornějšího ohřevu bude dále počítána energie pro nejefektivnější variantu. Tedy pro co nejmenší množství vody 0,62 m3 dosahované použitím hliníkových radiátorů. Pro přesný výpočet by bylo nutné zahrnout průběh chladnutí a vnitřní povrchovou teplotu, dále čas ohřátí na vnitřní teplotu místností 20°C, který je odlišný pro různé stavby (lehká stavba, střední stavba, těžká stavba). V následující tabulce je shrnuta energetická náročnost varianty BD3 pro nejmenší ohřev vody: Typ objektu
zateplený
Celková tepelná ztráta [kW]
155 179 3
Výkon zdroje [kW]
70/55oC
Teplotní spád Počet otopných těles [ks]
247
3
Vodní objem OT [dm ]
619 Tabulka 6: BD3 – souhrn hliník 70/55°C
Výpočet roční potřeby tepla na vytápění za otopné období, vychází z tepelné ztráty objektu, zohledňující klimatické podmínky, provoz vytápění, druh otopné soustavy a její vybavení kotlovou regulací. Roční potřeba tepla na vytápění za otopné období - pro tepelnou ztrátu 155 kW je Evyt. = 0,0864.155.(0,85.0,95.1,07 . 0,95 ).104 = 1 140 GJ/r Potřeba tepla při použití hliníkových radiátorů a tepelné ztrátě 155 kW je Evyt. = 1 140 GJ/ rok, se spotřebou paliva Bvyt = 36 790 m3 ZP
3
zemní plyn
Hana Londinová
8
Energetická rozvaha
4 Shrnutí Na závěr jsou vyhodnoceny provedené výpočty pro jednotlivé typy OT a seřazeny do přehledů.
4.1 Technické srovnání V následující tabulce je porovnán původní stav BD1 se stavem BD3 pro jednotlivé typy OT:
BD1 litina
Parametr srovnání
Vyhodnocení žádaných vlastností
BD3 litina
ocel
hliník
1 Obsah vody [l]
2 474
2 474
1006
619
hliník
2 Obsah vody ve vztahu k BD1[%]
100 %
100 %
41 %
25 %
hliník
7
7
10
16
hliník
2 081
1 345
1 180
1 140
hliník
70 220
46 472
40 770
36 795
hliník
3 Provozní tlak [bar] 4 Potřeba tepla za rok [GJ] 3
5 Potřeba paliva ‐ ZP za rok [m ]
Tabulka 7: Technické srovnání
Technicky se jeví nejvhodnější hliníková otopná tělesa z těchto důvodů: •
obsahují nejméně vody
•
mají nejvyšší účinnost
•
lze je použít i ve vysokotlakových otopných soustavách
•
dosahují nejnižší spotřeby tepla
4.2 Ekonomické srovnání V následující tabulce je provedeno ekonomické srovnání varianty BD3 pro jednotlivé typy OT: Litina
Ocel
Hliník
Pořizovací investiční náklady [Kč]
769 598
521 700
690 680
Vyhodnocení zadaných vlastností ocel
2
Pořizovací investiční náklady [%]
100 %
67,7 %
89,7 %
ocel
3
Původní náklady na energii ZP* [Kč]
777 335
‐
‐
4
Náklady na spotřebu energie ZP* [Kč]
514 445
451 323
407 320
hliník
5
úspora energie ZP * [Kč]
262 890
326 012
370 015
hliník
6
návratnost investice** [roky]
3
1,6
1,85
ocel
7
Životnost OT [roky]
>40
<40
>40
litina/hliník
8
Životnost OT ve vztahu k BD1 [v %]
100 %
50 %
150 %
hliník
9
Záruka [roky]
10
10
12
hliník
Parametr srovnání
1
‐
Tabulka 8: Ekonomické srovnání
Hana Londinová
9
Energetická rozvaha
* náklady na energii ZP – zemní plyn – kalkulovány pro cenu 11,07 Kč/m3 ; ** celkové investiční náklady/úspoře energie
V tabulce je provedeno ekonomické shrnutí vzhledem ke spotřebě zemního plynu: materiál OT BD1: LITINA
‐
Objem vody [dm3] 2 474
514 445,‐
262 890,‐
2 474
521 700,‐
451 323,‐
326 012,‐
1 006
690 680,‐
407 320,‐
370 015,‐
619
Cena investice celkem [Kč] původní
Náklady na spotřebu ZP [Kč] 777 335
LITINA
769 598,‐
OCEL HLINÍK
Úspora [Kč]
BD3:
Tabulka 9: Ekonomické shrnutí ‐ spotřeba
Při srovnání otopných těles ocel – hliník je úspora za rok …..
44 000,- Kč/ročně
Při srovnání otopných těles litina – hliník je úspora za rok ..... 107 125,- Kč/ročně Ekonomicky se jeví nejvhodnější hliníková otopná tělesa z těchto důvodů: •
dosahují největších provozních úspor energie
4.3 Investiční srovnání Při investičním posuzování je třeba přihlédnout ke skutečnosti, že kvalitní, efektivní a dlouhodobě trvalé výrobky jsou ekonomicky nejvýhodnější. Budoucí výměny technologií budou investičně náročnější z důvodu růstu cen materiálů a služeb. Hlediskem budiž odklon investorů od nejlevnějších výrobků a přechod k výrobkům s vyššími užitnými vlastnostmi, které z dlouhodobého hlediska vykážou nejúspornější provozní náklady bez nutnosti brzké obměny. Z hlediska investic se jeví nejvhodnější hliníková otopná tělesa z těchto důvodů: •
nejdelší životnost - z dlouhodobého hlediska nevyžadují hliníkové radiátory novou investici na obnovu OT - životnost převyšuje čtyřicet let
•
krátká investiční návratnost
Hana Londinová
10
Energetická rozvaha
4.4 Přehled a porovnání výsledků jednotlivých variant Materiál otopných těles
Litina
Typ objektu
BD 1 nezateplený
Okna
dřevěná‐zdvojená
Litina
Ocel
Hliník
BD 3 zateplený plastová Uw=1,2 W/m2K
BD 3 zateplený plastová Uw=1,2 W/m2K
BD 3 zateplený plastová Uw=1,2 W/m2K
Celková tepelná ztráta [kW]
234
155
155
155
Výkon zdroje [kW]
242
179
180
179
o
o
o
90/70 C
70/55 C
70/55 C
70/55oC
247
247
247
247
Vodní objem OT [dm ]
2 474
2 474
1006
619
Potřeba tepla [GJ/rok]
Teplotní spád Počet otopných těles [ks] 3
2 033
1 345
1 180
1 140
3
Spotřeba paliva [m ZP]
70 220
46 472
40 780
36 791
Úspora energie [%]
žádná
34 %
42 %
48 %
Tabulka 10: Závěrečná srovnání
4.5 Závěr Se závěrečného přehledu tohoto Rozboru vyplývá, že základním a nezbytným úsporným opatřením je provedení tepelně-izolačních stavebních úprav se současným snížením výkonu tepelného zdroje. Další významné úspory přináší optimalizace a zvýšení účinnosti tepelného zdroje. Za nejdůležitější lze považovat ohřev menšího objemu vody a efektivnější přenos tepla. Získané energetické úspory budou v budoucnosti významnou položkou ekonomického zhodnocení bytových domů a jejich hospodárného provozu.
Hana Londinová
11
Energetická rozvaha
5 Doporučení Pro konkrétní objekt je vhodné zpracovat vlastní Energetickou studii nebo Energetický audit, který pomáhá investorovi v rozhodování nejefektivnější investice. V Energetických studiích a auditech jsou podobně a podrobnějším způsobem dle auditorské metodiky předloženy investorovi varianty vedoucí k okamžitým i dlouhodobým budoucím úsporám. Energetické studie nebo audity se vyžadují vždy při žádostech o dotační podporu vyhlašovanou státem nebo Evropskou unií.
6 Použitá literatura Výpočet roční spotřeby tepla byl proveden dle následujících zdrojů: Metodiky ČEA
Podklady pro hodnocení projektů - klimatologické údaje – 1999
Ptáková D.
Metodika pro výpočet roční spotřeby paliv a energie pro vytápění objektů bytové výstavby a vybrané občanské výstavby, STŘ 1522- 1986
ČSN 060210
Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění
ČSN 73 0540
Tepelná ochrana budov
Tisk 5 /2010
Hana Londinová
12
