Janitza.cz

Janitza Electronics se zabývá vývojem a výrobou energeticky úsporných systémů. Je výrobcem digitálních měřidel, systémů SEMS, univerzálních multimetrů, regulátorů jalového výkonu, systémů pro řízení spotřeby, ¼ hodinového maxima a dalších přístrojů nejvyšší kvality.

KBH.cz

Společnost KBH vyrábí, dodává a instaluje komponenty pro kompenzaci jalového výkonu. Zákazníky jsou elektromontážní firmy, výrobci rozvaděčů, projektanti, velkoobchody a velkoodběratelé elektrické energie. Společnost nabízí kvalitní komponenty a služby za velice příznivé ceny.

31. července 2008, Autor: varner
Nezařazené články

Modernizace bytu a domu

Uplatnění technologií inteligentního řízení a ovládání

Pokud chcete snížit spotřebu energie, pro začátek stačí několik málo úkonů (zatěsnění oken a dveří, dodatečná tepelná izolace, instalace termostatických hlavic a kompaktních zářivek). V současné výstavbě však tato opatření chápeme jako obvyklá. Kde najít další potenciál úspor?

Třeba tím, že spotřebu energie budeme řídit či dokonce automatizovat. Pokud bylo 19. století nazýváno stoletím průmyslové revoluce, pak je století dvacáté ve znamení revoluce technologické. Vždyť opojení technologií přece jasně dokládá mobilní telefon v kapse každého z nás. Zmiňovat se o výpočetní technice by si jistě nezadalo s nošením dříví do lesa.
Z tohoto vývoje významným způsobem těžily obory automatizace, měření a regulace, které jsou nepostradatelné zejména v průmyslu. V posledním desetiletí se však výrazně přesouvají i do sektoru služeb a občanské výstavby. Vývoj překročil další milník, kterým stručně nazveme inteligentní řízení a komfortní ovládání, vrcholící v inteligentní dům se sjednocenými systémy řízení, zabezpečení a správy budovy.
Systémy řízení zahrnují především ovládání vytápění, vzduchotechniky, spotřebičů energie, komunikaci. Pod pojmem zabezpečení budovy si každý jistě představí požární ochranu, kontrolu přístupu a nebo poruchové hlásiče. Termín správa budovy svým významem patří spíše do bytových domů a komerčních budov, zahrnuje například kontrolu inventáře, plánování a údržbu. Cílem inteligentního řízení je tedy dosažení komfortu prostředí a bydlení, minimalizace nákladů na provoz, energii a údržbu.
Komfortní ovládání nemusíme považovat pouze za opatření šetřící naší námahu a čas, ale v některých případech také jako ochranu proti nežádoucímu zásahu do činnosti a nebo poškození zařízení při „nepřiměřené“ obsluze.

Řízení odběru a spotřeby energie

Bez nadsázky můžeme potvrdit, že právě teplo a elektrická energie dělají z mrtvé stavby živý organismus. A platby za ně tvoří nezanedbatelnou část provozních nákladů. Jeví se proto jako žádoucí, řídit a sledovat jejich potřebu, dále pak identifikovat místa nehospodárného využívání. Elektronické sledování a zpracování dat, dále pak řízení odběru energie a dodávky ke konečné spotřebě poskytuje účinný nástroj k přijímání efektivních opatření k úsporám energie.
Nedílnou součástí takového systému by mělo být měření spotřeby významných spotřebičů a okruhů tak, abychom mohli bezpečně identifikovat místa spotřeby energie a ne jen pouze lomit rukama nad pravidelným vyúčtováním.
Jako typický příklad řízení spotřeby energie uvedeme omezování spotřeby elektrické energie a využití přednostních relé. Jak je vám jistě známo, cena elektrické energie se skládá z platby za odebranou elektrickou práci a stálých měsíčních plateb, odvislých od velikosti jistícího prvku před elektroměrem. Proudová hodnota jističe reprezentuje maximální příkon, který jsme oprávněni odebírat z veřejné rozvodné sítě. I když se kolikrát setkáme s opakem, na místě je otázka, zda velikost proudové ochrany není zbytečně vysoká (a tím také stálé měsíční platby). V případě vyšších hodnot a odběru energie se totiž nejedná o zanedbatelné částky. Vhodným opatřením může být snížení požadovaného příkonu, které následně vyžaduje řízení provozu vybraných spotřebičů (omezování jejich provozu) například prostřednictvím přednostních relé. I když u maloodběrů (kromě elektrického vytápění) toto opatření asi neuplatníme, u odběrů větších či ze sítí vysokého napětí, je řízení odebíraného příkonu jednou ze základních podmínek ekonomického odběru elektrické energie.

Regulace dodávky tepelné energie

Podíl spotřeby tepelné energie v rodinných, administrativních a bytových objektech tvoří zhruba 40 – 70 % celkové spotřeby energie. Proto je žádoucí, aby tepelná energie byla dodávána pouze v množství a kvalitě, která je v daném místě a čase zapotřebí. Jako první podmínku k dosažení tohoto stavu můžeme jmenovat optimální výběr a návrh otopné soustavy, její vhodné dimenzování a následně také hydraulické vyregulování (k dosažení stavu odpovídajícímu projektu). K řízení, neboli regulaci dodávky elektrické energie, používáme různých regulačních prvků.
V dřívějších dobách, kdy cena paliv byla víceméně zkreslená a uměle udržována na přijatelné hladině, nebyl důvod pro masovější nasazení regulačních prvků a důsledné řízení spotřeby energie. Navíc, konstrukce klasických zdrojů tepla a otopných soustav, většinou ani přesnou regulaci neumožňovala.
V českých zemích situaci razantně pozměnilo narovnávání cen paliv a energií, zejména však elektřiny a zemního plynu. Spotřebiče na tyto paliva se vyznačují velmi vysokou účinností přeměny primárního zdroje na tepelnou energii a také potenciálem k dosažení mimořádně hospodárného provozu.
Záměrně uvádíme potenciálem, neboť hospodárný provoz předpokládá dodávku tepelné energie pouze v takovém množství a kvalitě, které ve vytápěném prostoru skutečně potřebujeme. Bohužel, potenciál úspor energie, který v České republice nabízí důsledné nasazení regulace, ještě zdaleka není vyčerpán, obzvlášť v bytových domech a nebo administrativních budovách. O co jde?
Všeobecně uznávanou zásadou je, že přetápění o 1°C znamená zvýšení spotřeby energie pro vytápění zhruba o 6 %. Pokud v obytných prostorech, kde je doporučena vnitřní teplota 20°C topíme na 24°C, znamená to navýšení spotřeby energie na vytápění o 24 %. Tento, z hlediska pocitu člověka ne tolik výrazný rozdíl ve výsledku znamená nepřehlédnutelný účet za teplo. V mnohých nájemních a nebo administrativních budovách situaci zhoršuje zastaralá a nebo částečně nefunkční otopná soustava, u které vzhledem k provedení, nelze prakticky řídit dodávku tepelné energie.
Co vlastně očekáváme od regulace? Jak jsme uvedli výše, dodávku tepla v množství (kvantitě) a o teplotě (kvalitě), která je v daném místě okamžitě potřeba. Od této definice se pak následně odvíjejí požadavky na regulaci. Protože otázku výběru vhodné regulace posuzujete prakticky vždy, bude se vám jistě hodit následující úvod do problematiky řízení otopných soustav.

Ekvitermní regulace

Používá se v případech, kdy zdrojem tepla je domovní kotelna nebo objektová předávací stanice. Příslušná regulace topné vody se zajišťuje v závislosti na venkovní teplotě či v závislosti na vnitřní teplotě ve vybrané vytápěné (tzv. referenční) místnosti. Ke každé teplotě získané na čidlu (umístěném venku a v referenční místnosti) je pevně zadána požadovaná teplota otopné vody na vstupu otopné soustavy.
Nejvhodnějším způsobem regulace je automatické míšení ohřáté vody vystupující z kotle (např. o teplotě 90°C) s potřebným množstvím ochlazené vratné vody pomocí mísící armatury. Směšovací poměr v mísící armatuře je volen buď podle údajů z venkovního teplotního čidla nebo pokojového termostatu umístěného v referenční vytápěné místnosti.
Ekvitermní regulace neumí reagovat na okamžitou potřebu tepla v případě teplotních změn nebo trvale rozdílných teplot v jednotlivých místnostech. Proto dochází k nežádoucímu přetápění nebo naopak k nedotápění některých prostor. Proto jsou otopná tělesa v takovéto soustavě obvykle doplňována ventily s termostatickými hlavicemi.

Zónová regulace

V případech, kdy vytápěný objekt je postaven tak, že různé jeho části jsou vystaveny výrazně odlišným klimatickým vlivům, provádí se samostatná regulace topné vody pro jednotlivé stoupačky topné vody, které zásobují radiátory na příslušné straně domu (např. rozdělení severní a jižní strana).
Pro názornost, jak vypadá typické a v současnosti hojně používané provedení, poslouží následující popis. V našem typovém objektu zajišťuje dodávku tepelné energie plynová kotelna. Vzhledem k dispozicím objektu a odlišným požadavkům na dodávku tepla bude tepelný výkon vyveden do dvou větví a to severní a jižní. Ohřátá otopná voda z kotle je nejdříve přivedena do rozdělovače a z něho je distribuována do obou větví. Každá větev je osazena vlastní směšovací armaturou, která udržuje teplotu otopné vody podle údajů z příslušného čidla venkovní teploty. Vlastní dodávku tepla z otopného tělesa do vytápěného prostoru koriguje ventil s termostatickou hlavicí.
Stejný princip se využívá v polyfunkčních objektech, kde jednotlivé části mají různou potřebu množství tepla nebo odlišný časový průběh odběru.

Dvojregulační ventily

Dosud nejrozšířenější radiátorové uzavírací armatury (ventily, kohouty).
Mají, což je zřejmé již z jejich názvu, dvojí funkci:

  1. nastavení průtoku pomocí vnitřní regulace, která není obyvateli bytu běžně přístupná, kterou nastavuje podle projektu topenář při montáži, 
  2. uzavření průtoku, které ovládá přímo uživatel bytu.

Pomocí běžných radiátorových armatur tedy uživatel bytu ovládá úroveň vytápění jen v době své přítomnosti v bytě. Jelikož tento způsob regulace vyžaduje naši aktivní účast na obsluze a navíc, požadovanou hodnotu průtoku nastavujeme prakticky „od oka“, nelze tento způsob regulace považovat za příliš účinný. Navíc, nefunkční ventil, kterým lze sotva pohnout, na komfortu obsluhy nikterak nepřidá.

Termostatické ventily

Udržují teplotu vzduchu v místnosti na zvolené hodnotě, která je nastavena na hlavici ventilů. Na rozdíl od dvojregulačních ventilů, u nichž prakticky pouze pevně nastavujeme průtok otopné vody otopným tělesem (a to pouze na základě našeho odhadu), dokáží ventily s termostatickou hlavicí zohledňovat v určitém rozmezí nepředpokládané tepelné zisky (např. z přítomnosti osob). Důslednou regulací pomocí ventilů s termostatickými hlavicemi lze dosáhnout snížení spotřeby tepla na vytápění až o 30 %.
Považujeme však za nutné uvést, že i termoventily vyžadují (i když minimálně) naši aktivní účast při obsluze, neboť sice dokáží flexibilně reagovat na okamžitou potřebu tepla a nebo přítomnost dalších zdrojů tepla (spotřebiče,
lidé), ale změnu požadované teploty ve vytápěném prostoru (např. režim den, noc) musíme provádět manuálně. Neopomeňte také, že pokud větráte nárazově, je nutné ventil uzavřít. Termostatická hlavice musí být umístěna tak, aby bylo zajištěno volné proudění vzduchu, nesmí být osluněna ani zastíněna.
Pokrok se samozřejmě nevyhnul ani tomuto oboru. Pokud investor uzná za vhodné, může si nechat otopná tělesa osadit termostatickými hlavicemi s externím čidlem, které pracují přesněji, hlavicemi s možností přepínání režimu den, noc a nebo hlavicemi s mikropohonem, které automaticky nastavují požadovanou hodnotu průtoku (k dosažení požadované vnitřní teploty ve vytápěném prostoru) podle pokynů, např. programovatelného termostatu. Nelze zastírat, že ještě před několika málo lety, kdy byly ceny paliv a energií zkreslené, jsme obzvláště posledně jmenovaná zařízení považovali za ekonomicky neopodstatněné technické libůstky. S ohledem na předpokládaný vývoj cen však jejich důležitost bude jistě narůstat.

Programovatelné termostaty

Tato zařízení slouží k automatické regulaci otopných soustav podle nastaveného programu. Existují různé typy zařízení od celé řady výrobců. Jednotlivé typy se liší možnostmi nastavení, rozsahem a krokem nastavení teploty, přesností udržování určité teploty, možnostmi nastavení individuální teploty ve vytápěném objektu, která odpovídá určité teplotní změně, množstvím podávaných informací, způsobem provozu a ovládání, různým množstvím nastavitelných programů. Samozřejmě, kolik výrobců a provedení, tolik cen. Při výběru proto zohledňujeme naše požadavky (úroveň automatizace).
Termostaty se nesmí umístit v blízkosti zdrojů tepla, v blízkosti spotřebičů (např. osvětlovacích těles, televize, lednice, atd.), nesmí být vystaveny přímému slunečnímu světlu či průvanu v blízkosti dveří, oken. Doporučuje se instalace v místě s dobrou cirkulací vzduchu, s průměrnou teplotou v místnosti, na vnitřní stěně ve výši cca 1,5 m nad podlahou.

Regulace zdrojů tepla

Moderní digitální programovatelný termostat – úplná kontrola nad dodávkou tepla

Předpokladem pro hospodárné vytápění je samozřejmě již účinnost využívání energie v samotném zdroji tepla, dále pak výrobu tepla pouze v množství, které je skutečně potřeba. Základem regulace zdrojů tepla je ve své podstatě omezování přísunu paliva a snižování topného výkonu při zachování účinnosti výroby tepelné energie. Vlastní vysoká účinnost zdroje tepla však ještě není zárukou hospodárné dodávky tepla, neboť samotný kotlový termostat nereaguje na případné přetápění či nedotápění v některých místnostech. Proto se ukazuje jako za vhodné, doplnit kotlový termostat regulací v místě spotřeby (např. na otopných tělesech).

 

Řízení výkonu otopných těles

Výkon otopných těles je závislý na řadě podmínek, většinu z nich však ovlivňují jejich konstruktéři a následně pak projektanti otopných soustav (volba teplotního spádu, průtok, tlakové poměry). Uživatel v zásadě ovlivňuje pouze průtok otopné vody otopným tělesem. Tento způsob regulace pomocí změny průtoku nazýváme kvantitativní.
Nelze však spoléhat pouze na ni. Při hromadném zásahu regulačních prvků (značné omezení průtoku) na otopných tělesech by totiž mohlo dojít k hydraulické nestabilitě a zhoršení funkce otopné soustavy.
Z tohoto důvodu vstupuje do hry regulace kvalitativní, která mění energetický obsah otopné vody podle podmínek, řečeno srozumitelně, zajišťuje ohřev otopné vody pouze na teplotu, která je potřeba. Touto kvalitativní regulací bývá např. ekvitermická (podrobněji výše) regulace dané větve ústředního vytápění. Proč tomu tak je, může posloužit následující vysvětlení.
Tepelný výkon zdroje tepla pro vytápění se navrhuje podle velikosti tepelné ztráty ve vytápěných prostorech. Tepelné ztráty představují takový tepelný výkon, který je potřeba k dosažení a udržení požadované vnitřní teploty ve vytápěném prostoru i za nejnepříznivějších venkovních podmínek.
Nejnižší venkovní teploty se však v našich podmínkách vyskytují pouze několik dnů či týdnů v roce. Zbylou dobu zůstává maximální výkon zdroje tepla nevyužit. Je tedy zbytečné, aby během tohoto období proudila do otopných těles otopná voda o maximální výstupní teplotě, kvalitativní regulace proto její teplotu snižuje např. ekvitermně podle venkovních teplot.
Díky tomuto snížení se mnohem efektivněji využívá regulační rozsah armatur na otopných tělesech (extrémní příklad – v případě venkovní teploty 5°C a teploty otopné vody 80 – 90°C na vstupu do otopného tělesa se regulace na otopném tělese prakticky neuplatní).

Ekonomická vsuvka

V našich oblastech zůstává oblíbeným nešvarem ekonomické posuzování úsporných opatření pouze podle dosažených a nebo předpokládaných úspor energie. Z prostého důvodu, vyčíslení ekonomických úspor podle nespotřebovaného, ušetřeného množství energie patří (ale pouze relativně) k těm nejjednodušším, neboť příslušnou fyzikální jednotku následně oceníme stanovenou cenou.
Nejen uspořenou energií však je živ úsporný projekt, neboť do hry vstupuje a stále více důrazu se přikládá i na kvantifikaci ostatních nákladů, spojené s provozováním energetických spotřebičů. Položky, které se určují nejobtížněji jsou především budoucí ceny energie, životnost zařízení a náklady na údržbu.
K cenám energie. Nebude pro vás jistě novinkou, pokud uvedeme, že dny našeho bezbřehého plýtvání s přírodním bohatstvím jsou již sečteny, předpokládá se růst cen energie. Zvláště v místech s vysokou spotřebou energie (máme na mysli současné větší rodinné domy) je kontrola spotřeby a využití úsporných technologií žádoucí, navíc obvykle se zajímavou návratností vložených prostředků.

Programovatelná termostatická hlavice – při sepnutí režimu „Útlum“ je nastavená teplota redukována o 3°C

Dalším kladem je využívání spotřebičů pouze v okamžiku, kdy je jich skutečně potřeba, což vede k prodloužení jejich životnosti. Stejně tak je tomu i u vyregulované a řádně řízené otopné soustavy. S tím souvisí snížení nákladů na údržbu a opravy. U rozsáhlejších celků a budov s výhodou využijeme elektronickou evidenci dat, inventáře a řadu kontrol a preventivní údržby. Čekání na poruchu a její následné hledání a nákladné odstraňování se v současnosti jeví jako anachronismus.
I když v časopise ponecháváme ekonomická doporučení až na konec, v tomto případě, než přistoupíme k popisu dalších systémů, uděláme výjimku. Automatizace domácnosti nezahrnuje pouze řízení spotřeby energie, i když ta zatěžuje rodinný rozpočet nezanedbatelnou částkou. Rozsah řídicího zařízení, stupeň a automatizace a také náklady na jeho pořízení by měly odpovídat rozsahu a také technické úrovni soustavy řízené. Důležitým faktorem je také velikost celkové roční spotřeby energie (tedy rozsah energetického hospodářství). Neopomeňte také vzít rozum do hrsti, hranici mezi nutností a luxusem nelze bohužel určit objektivně.
Efektivní využití systému řízení výroby a spotřeby tepla předpokládá technické řešení v souvislostech celé otopné soustavy, částečná řešení se buď neosvědčí a nebo nepřinášejí požadované úspory. Pro dosažení úspor a kontroly nad odběrem energie mějme na paměti několik následujících doporučení.
Pro úspěšnou funkci otopné soustavy předpokládáme její hydraulické seřízení podle projektovaných hodnot. Hydraulická nestabilita může mít za následek neodpovídající dodávku tepla, ztíženou regulaci a náchylnost k poruchám, např. vlivem lokálního překračování povolených provozních tlaků. 
Funkcí kotlové regulace je dodržení účinnosti výroby tepelné energie v deklarovaných mezích, hospodárnost dodávky tepelné energie do otápěných prostor závisí také na dimenzování otopných těles a jejich regulaci.
Důsledně dbáme na izolaci potrubních rozvodů v nevytápěných prostorech. Prohřeškem je také nedůsledné izolování armatur. Asi bychom se divili, kdyby výpočet prokázal, že z neizolované armatury odchází tepelný výkon jako z otopného tělesa.
Při výběru regulace preferujeme možnost nastavení požadované teploty, časového i prostorového režimu vytápění objektu.

Dálkové ovládání a bezpečnost

Člověk si již ze své podstaty hledá cesty, jak si život alespoň částečně usnadnit. Zdaleka se však nejedná pouze o zbytečný luxus, i když zvláště slovo dálkové ovládání tuto myšlenku evokuje. Nemáme však na mysli pouze oblíbený remote-control k televizi a nebo ovládání osvětlení.

Dálkové ovládání

Stále více roste obliba elektricky ovládaných žaluzií, rolet, markýz, oken, vrat a nebo dveří. I když se jedná o trochu nadstandardní vybavení, všeobecné označení zbytečný luxus není úplně na místě. Předně víme, že právě otvorovými výplněmi odchází velká část tepelné energie, ať již ztrátami vedením a nebo větráním. Na druhou stranu, jedná se o důležité funkční části stavby (zajištění osvětlení, větrání, přístupu, bezpečnosti a další). Elektrické ovládání výrazně zjednodušuje a zrychluje manipulaci, navíc je eliminován případný nevhodný zásah obsluhy nebo její nepohodlí.
Příkladem může být elektrické ovládání střešních oken a nebo předokenních rolet. Zvláště v případě oken a jejich elektronického otevírání zmíníme nový propagovaný trend, nazývaný hybridní větrání. Myšlenka spočívá ve využití kombinace nuceného větrání (prostřednictvím vzduchotechnických rozvodů) a větrání přirozeného pomocí oken. Právě elektronicky řízené otevírání okenních křídel je předpokladem pro zvládnutí této úsporné technologie (zatím však ve stadiu rozvoje). Jistě nebude problém vyvinout algoritmus pro řízení systému kombinující nuceného a přirozené větrání.

Bezpečnost

Pod pojmem bezpečnost si představíme především ochranu majetku proti požáru a záměrnému poškození či odcizení. Rozsah a úroveň (a tím i náklady) zabezpečení by asi měli odpovídat hodnotě majetku, který je chráněn. Pořizovací cena zdaleka není tak vysoká, jak si mnozí myslí. Úkolem systému požární bezpečnosti je včasné identifikování požáru a uvědomění majitele či přivolání pomoci přes telefonní ústřednu. Elektronický zabezpečovací systém může váš dům zajistit proti vykradení, ústředna přijímá signály od jednotlivých snímačů (otevření a poškození vchodových dveří, akustický snímač rozbití skla apod.). Stále oblíbenější službou se stává ochrana majetku pomocí pultů centrální ochrany, v případě hrozícího nebezpečí je na místo přivolána zásahová jednotka a nebo požárníci. Jedná se však o poměrně nákladnou službu, jejíž využití radíme zvážit.
Každopádně, hlásiče nás sice varují před přítomností zloděje, ale nezabrání škodám na majetku. Účinnějším opatřením je proto prevence, také z důvodu, že si zloději svůj cíl tipují. Ústřední jednotka v kombinaci s ovládáním osvětlení může vytvářet programovým spínáním světel zdání dojmu přítomnosti, pokud jsme například na dovolené. Světelnou „show“ můžeme doplnit programovým spínáním rozhlasu, přehrávače a televize. Spolehlivým indikátorem nepřítomnosti v domě je přetékající schránka, zajistěte si proto na poště přeposílání korespondence na jinou adresu, nebo alespoň požádejte sousedy o pravidelné vybírání.

Závěr

Účelem příspěvku je upozornit na některé na první pohled ne zcela zřejmé souvislosti, které se týkají regulací a ovládání. Není těžké pochopit stavebníka, který se snaží ušetřit „kde se dá“ a investice do na první pohled nadstandardu se mu zdají zbytečné. Musíme však podotknout, že prezentovaná zařízení výraznou měrou pomáhají bezproblémovému užívání domu s nízkými provozními náklady, což představuje jeden z našich hlavních cílů při výstavbě či rekonstrukci. Doporučujeme vám, aby jste se na tato zařízení podrobněji informovali.

Miroslav Götz, gotz@ceskaenergetika.com

Sdílet

Komentáře

Najdete nás na Facebooku
Odběr novinek
Server CESKAENERGETIKA.cz
Česká Energetika s.r.o. a Česká energetická asociace provozují portál www.ceskaenergetika.cz, vydávají dva časopiy z oblasti energetiky a OZE, pořádají na tato témata semináře a konference pro laickou i odbornou veřejnost.
Důležité odkazy
Spolupracujeme
Najdete nás také na
Portál www.ceskaenergetika.cz © 2011 pohání redakční systém MultiCMS. Grafické zpracování Cossi Design.