preskočiť na hlavný obsah

Tranfsformácia konvenčných budov na inteligentné

/up/images/featured/images/premena_0.jpg

Súčasné trendy v stavebníctve ukazujú na stagnáciu výstavby nových budov a smerujú krekonštrukciám a modernizáciám už existujúcich budov. Pritom sa zároveň zvyšujú požiadavky na ich komfort, flexibilitu, úsporu energií a komplexné riadenie systémov budov, atak sa z konvenčných budov stávajú inteligentné.

Inteligentné budovy chápeme ako moderné multidisciplinárne riešenie stavebného projektu, systémov riadenia užívateľských a prevádzkových komfortov, komunikačných a bezpečnostných systémov, plne podporujúcich nízko nákladovú prevádzku týchto budov, pri súčasnom zvýšení užívateľského komfortu a výnosov z ich prevádzky, založené na: multidisciplinárnom ponímaní stavieb, integrovaných systémoch manažmentu budov, inteligentných fuzzy-logických aplikáciách, inteligentných konštrukčných stavebných prvkoch, bezúdržbových materiáloch, aktívnych fasádach, nízkoenergetických koncepciách opláštenia, na maximálnom využití tepelných ziskov a nízkoenergetických systémoch.

Umením je stanoviť optimálny „intelekt" budovy tak, aby zbytočne nebola predražená, ale aby svoju úlohu inteligentnej budovy splnila. V predstavách budúcej inteligentnej budovy z pohľadu nákladov by mali byť aktívne zainteresovaní ako projektant, tak aj stavebník, prípadne aj budúci facility manažér.

Údaje o rozpočtových nákladoch pre konvenčné budovy možno získať z databáz rozpočtových ukazovateľov používaných na Slovensku, ktoré vydávajú a pravidelne aktualizujú špecializované firmy. Rozpočtové ukazovatele špeciálne pre inteligentné budovy vo forme databáz zatiaľ na Slovensku nie sú známe. Dôležitým dokumentom by malo byť aj vyhodnotenie finančnej analýzy jej uskutočniteľnosti. Hodnoty budov závisia od ich nákladov a prínosov počas doby životnosti. Inteligentná budova v porovnaní skonvenčnou by mala mať vyššiu „čistú súčasnú hodnotu" (NPV Net present value) najmä z hľadiska efektívnosti investovania.

Budovy konvenčné a inteligentné

Dynamický rozvoj stavebných technológií v posledných rokoch zasiahol najmä oblasť energetickej efektívnosti budov. Slnečné kolektory, tepelné čerpadlá, podlahové vykurovanie sa postupne pri navrhovaní inteligentných budov stávajú samozrejmosťou. Energetická efektívnosť budov sa dá dosiahnuť novým architektonickým riešením, prehodnotením dispozície a zmenami v konštrukciách, ako napr.: zateplením objektu, novou technológiou vykurovania a výmenou okien a dverí. Pri dodatočnom zatepľovaní objektov je potrebné vypracovať projekt zateplenia. Nie každý zatepľovací systém je vhodný na akékoľvek murivo a nie každé okno má požadované fyzikálnotechnické parametre. Aj v konvenčnej budove môžeme dosiahnuť parametre inteligentnej budovy. Spojením architektúry, zariadenia na šetrenie energiou, zariadenia na získavanie energie a informačnej technológie, vznikne inteligentná budova. V takejto budove všetko strážia a riadia počítačové technológie, dosahuje sa nízko nákladová prevádzka a vysoký užívateľský komfort. V súčasnosti pri relatívne vysokých energetických nákladov na prevádzku budovy zvažujeme, aký systém použiť, klasický alebo inteligentný.

Prednosti inteligentných systémov sú nesporné najmä v oblasti úspory energií, vyššej bezpečnosti objektu a ochrany osôb, komfortu, pohodlia i racionálneho ovládania použitých technológií. Softvérom môžeme ovládať relé, čerpadlá, termopohony či elektroventily, regulujúce teplotu v jednotlivých miestnostiach v časových intervaloch podľa určeného režimu. Vhodné rozmiestnenie snímačov teplôt atermostatov a vytváranie rôznych tepelných režimov umožňuje regulovať teplotu po podlažiach, miestnostiach, ako ikaždý zdroj vykurovania a chladenia samostatne. Ako sa stáva z konvenčnej budovy inteligentná si ukážeme na nasledujúcom príklade.

Príklad postupnej transformácie konvenčnej budovy na inteligentnú

Konvenčné budovy spotrebovávajú až 40 % primárnej energie a predstavujú značný potenciál pre jej znižovanie a zároveň cez multiplikačný efekt sa automaticky zníži aj produkcia emisií CO2. V inovačnom programe EU energeticky inteligentné budovy predstavujú jednu zkľúčových inovačných stratégií s tým, že budova ako celok sa stáva nielen energetickým spotrebičom, ale je schopná popri zabezpečení vlastnej spotreby energetických zdrojov dokonca dodávať energiu aj do distribučných sústav, či už sú to sústavy rozvodu elektrickej energie alebo verejné rozvody tepla. EU stanovuje požiadavku, aby 80 % spotreby energií v budove bolo zabezpečované cez obnoviteľné zdroje energie a len 20 % cez fosílne palivá. Táto správa preukazuje, že v oblasti zabezpečenia spotreby tepla a chladu je reálne dosiahnuť vyššie uvedený stav. Pri riešení problematiky znižovania emisií skleníkového typu je možné dokonca ukázať, že jej produkciu môžeme znížiť rôznymi technickými opatreniami až o 95 %.

Vývoj v oblasti zabezpečovania elektrickej energie cez obnoviteľné zdroje energií predstavuje zatiaľ zložitý problém z hľadiska ekonomického. Priebeh vývoja a hlavne nové možnosti získavania elektrickej energie zo slnečného žiarenia s výkonom 3x vyšším dávajú predpoklad, že fotovoltické panely budú mať 3x vyššiu výkonnosť na jednotku plochy ahlavne, vyrobená elektrická energia bude minimálne 5 až 10násobne lacnejšia. V celom cykle zostáva vyriešiť efektívne uskladnenie elektrickej energie a jej manažment. Ohlásené nové technológie vhodné pre aplikáciu v automobiloch umožnia analogicky efektívne využiť túto energiu aj pre budovy. Implementácia fotovoltického energetického zdroja umiestneného na budove by mala umožniť pokrytie spotreby elektrickej energie budovy počas dňa a prebytočnú dodávať aj do sieťovej sústavy.

Pri realizácii zvolených opatrení bolo nutné vyhodnotiť všetky relevantné údaje o konštrukcii budovy v sledovanom čase od roku 1996 a stanoviť pre jednotlivé technológie ich podiel pri znižovaní spotreby tepla, primárnych energií a produkcie CO2. Zároveň bolo potrebné sledovať aj vývoj ekonomickej efektívnosti vo väzbe na prijaté opatrenia, kde sú uvedené skutočne namerané údaje a údaje prepočítané cez denostupne. Priebeh nameranej spotreby tepla v administratívnej budove je zobrazený na obr. 1. Z nameraných hodnôt pri znižovaní energetickej spotreby tepla môžeme deklarovať nasledovné výsledky:

•    30% úspora tepla (primárnych zdrojov energie) a emisií CO2 sa dosiahla rekonštrukciou energetického zdroja OST v roku 1996 a regulačného systému OST,
•    27 % úspora tepla (primárnych zdrojov energie) a emisií CO2 bola dosiahnutá cestou výmeny okien a zateplenia fasády v rokoch 1999 až 2002,
•    11 % zníženie spotreby tepla (primárnych zdrojov energie) a emisií CO2 ako dôsledok termostatizácie v roku
2005,
•    23 % úspory tepla (primárnych zdrojov energie) a emisií CO2 súvisí s nasadením zónovej regulácie tepla v roku 2008,
•    65,9 % úspor primárnych zdrojov energie a 86 % emisií CO2 súvisís nasadením tepelného čerpadla pracujúceho v režime SPF=3,04 v roku 2008 a SPF=3,16 v roku 2009.

Celkove tepelnoregulačné opatrenia v budove v rokoch 1996 až 2007 zabezpečili zníženie spotreby tepla o 68 %. Až do roku 2007 sa toto zníženie týkalo primárnych energií fosílneho typu: uhlia a zemného plynu. Obr. 1 dokumentuje priebeh znižovania spotreby tepla v budove pre namerané hodnoty a pre hodnoty prepočítané cez dennostupne. Relatívne vyjadrenie efektu jednotlivých použitých technológií je na obr. 2. Je to práve relatívne vyjadrenie, ktoré umožňuje posúdiť vplyv jednotlivých opatrení na zníženie spotreby tepla. Ukazuje sa, že najvýraznejší vplyv na riešenie problematiky má rekonštrukcia energetického zdroja a s ňou súvisiaca regulácia tepla a termostatického vyregulovania budovy. Podobne zónová regulácia zavedená pri inštalácii tepelného čerpadla má vysoko pozitívny vplyv na spotrebu tepla pri zachovaní tepelnej pohody vykurovaného priestoru.

Priebeh spotreby primárnych energií

Nasadením tepelného čerpadla vroku 2007 prišlo k substitúcii energie vyrobenej z fosílnych palív energiou z OZE a radikálne zníženie spotreby primárnych energií s faktorom SPF = 3,04 vroku 2008 a 3,16 v roku 2009. Týmto spôsobom poklesla spotreba primárnych zdrojov energie v roku 2008 na hodnotu 1041/3,04 = 342 GJ a v roku 2009 na hodnotu 934/3,16 = 295,56 GJ (uvede né hodnoty sú po prepočítaní na dennostupne). Tepelné čerpadlo má najvýznamnejší efekt pri znižovaní spotreby primárnych zdrojov energie. Systém kapilárnych vykurovacích telies ako substitúcia radiátorov umožňuje zabezpečiť nasledovné rozhodujúce prínosy:

1.    Zvýšením vykurovacej plochy znížiť vykurovaciu teplotu a docieliť, že tepelné čerpadlo pracuje v režime COP=5,49 a celý energetický zdroj v režime SPF = 4,22, čo má významný dopad na zníženie prevádzkových nákladov o 36 % spotreby primárnej energie a podobne ďalšie zníženie tvorby emisií CO2.

2.    Vletných mesiacoch umožňuje výhodne využiť energiu vody na chladenie. Vtedy energetický zdroj pracuje vletnom režime SPF= 4,98. SPF pre celý rok je potom dosiahnutý na hodnotu 6,91. Tým je dosiahnutá kombinovaná úspora primárnej energie, a to 36 % pri zabezpečovaní tepla a 400 % pri zabezpečovaní chladu (zrovnanie so Split systémom).

3.    Riešenie kombinácie systému tepelného čerpadla a kapilárnych rohoží umožňuje zabezpečiť podiel obnoviteľného zdroja energie v rozsahu = SPF/SPF + 1 = 6,91/7,91 = 87,3 %, čo vystihuje situáciu, pokiaľ je tepelné čerpadlo poháňané zemným plynom cez výrobu elektrickej energie v kogeneračnom systéme.

4.    Prechod od klasického systému kúrenia a chladenia na systém využívajúci sálavú zložku energie zabezpečuje rovnomerné vykurovanie/chladenie priestoru cez konštrukcie bez toho, aby dochádzalo k víreniu vzduchu. Tým je dosiahnutá maximálna pohoda priestoru pre človeka, či už je to administratívny priestor alebo obytný priestor.

Záver

Dôležité je stanovenie optimálneho „intelektu" budovy tak, aby zbytočne nebola predražená, ale aby svoju úlohu inteligentnej budovy splnila. To môžeme vyjadriť napríklad pomernou efektívnou hodnotou a funkčnou analýzou, ktorej cieľom je maximalizácia pomeru medzi transformovanou úžitkovou hodnotou a nákladmi na jej zabezpečenie. V našom príspevku sme sa snažili poukázať na jednu z možných ciest slovenského stavebníctva v oblasti výstavby arekonštrukcií budov.

Doc. Ing. František Mesároš, CSc., Ing. František Vranay, PhD.
SvF TU Košice Recenzent: Prof. Ing. Ivan Hyben, CSc.
SvF TU Košice Ilustračné foto: B. Golejová

Literatúra:
[l]Lukášik, D, Vranay, F., Tkáčik, Ľ, Ferenci J.: Správa z riešenia projektu „Zelenej zóny Košíc ako ekonomickej atechnickej symbiózy OZE a zemného plynu", Košice 2010.
[2]Mesároš, F.: Inteligentné budovy z pohľadu stavebného ekonóma : Eurostav. roč. 15, č. 3, 2009, s. 42-43. ISSN 1335-1249.
[3] Mesároš, F.: Procesný prístup optimalizácie nákladov na stavebné procesy Ekonomika a manažment podniku, roč. 5, 2007, č.l, s 35 - 46 ISSN 13364103

zdroj: VYDAVATEĽSTVO EUROSTAV, spol. s r.o.

Obsah textu nie je možné bez súhlasu autora / autorov ďalej šíriť a publikovať


Páčil sa vám článok?

áno: 140     nie: 210

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby