Stav budovy pred realizáciou projektu:
- r. 1996 bola spotreba primárnych zdrojov energie pri vykurovaní 3 200 GJ,
- produkcia emisií CO2 u dodávateľa tepla 419,2 t (mestská tepláreň spaľujúca uhlie a plyn 50 % 50 %).
Stav budovy po realizácii projektu:
- plánovaná produkcia emisií pri zabezpečení tepla a chladu v objekte poklesne o 80 % a viac oproti stavu roku 1996,
- skutočne dosiahnutý pokles o 95 %, parameter splnený na 118 %,
- plánovaná spotreba primárnych zdrojov energie na zabezpečenie tepla a chladu v budove poklesne o 80 % a viac oproti referenčnému stavu,
- skutočne dosiahnutý pokles 83 %, parameter splnený na 104 %,
- plánovaný pomer energie z fosílnych palív a energie z obnoviteľných zdrojov bude 20 % 80 %, alebo viac v prospech obnoviteľných zdrojov,
- skutočne dosiahnutý stav 17,3 82,6, parameter splnený.
V roku 2006 zadefinovala Európska komisia v Inovačnej stratégii cieľ – realizáciu koncepcie budov s nulovou energetickou bilanciou. Príklad vyzdvihla v dokumente pod názvom Putting knowledge into practice A broad-based innovation strategy for the EU. (8) V priebehu nasledujúceho vývoja bola koncepcia budovy s nulovou energetickou bilanciou postupne analyzovaná a špecifikovali sa kritériá posudzovania dosiahnutých stavov. (9).
V zásade sú v odborných kruhoch diskutované dve základné koncepcie:
- Do energetickej bilancie sú zahrnuté len energie, ktoré sú spojené so samotnou prevádzkou budovy.
- Do energetickej bilancie sú zahrnuté energie, ktoré sú spojené nielen s prevádzkou budovy, ale aj s jej užívaním.
Na obr. 1 je zobrazená situácia, kde je súčasťou budovy vlastný energetický zdroj obnoviteľného typu (tepelné čerpadlo). Budova je napojená aj na distribučné siete zabezpečujúce dodávku energií z externých zdrojov. Základom definície budovy s nulovou spotrebou energie predstavuje energetická bilancia medzi energiou vyrobenou v lokálnom energetickom zdroji a dodanou do distribučných sietí a energiou dodanou distribučnými energetickými sieťami do budovy. Bod, v ktorom sa energia dodaná do siete z lokálneho energetického zdroja a spotrebovaná primárna energia v budove vyrovná, predstavuje bod nulovej energetickej bilancie (graf 1).
Predpoklad dosiahnutia stavu vyrovnanej energetickej bilancie závisí od:
- celkového energetického výkonu obnoviteľného zdroja (zdrojov) vzľadom na prírodné podmienky,
- možnej vyrobiteľnej energie,
- možných dodávok do distribučnej siete energií,
dané do rovnosti s celkovými energetickými potrebami budovy a so spotrebou energií z distribučných sietí.
Existuje viacero kritérií posudzovania energetickej bilancie budovy na mieste spotreby:
- z hľadiska spotreby primárnych zdrojov energie,
- z hľadiska ekonomickej nulovej bilancie,
- z hľadiska bilancie emisií CO2.
Aplikácia princípov budovy s nulovou energetickou bilanciou pri rekonštrukcii administratívnej budovy na Murgašovej ulici 3, Košice. Na obr. 2 je znázornená koncepcia cieľového riešenia administratívnej budovy na Murgašovej 3 v Košiciach, postavenej v roku 1980. Budova zabezpečuje nulovú energetickú bilanciu v súlade s uvedenou definíciou. Projekt systematickej rekonštrukcie budovy sa začal v roku 1996. Postupne boli aplikované príslušné technológie umožňujúce najprv znížiť absolútnu spotrebu tepla v budove cez výmenu okien, zateplenie budovy a termostatizáciu. Táto časť projektu bola ukončená v roku 2005.
V grafe 2 sú znázornené namerané údaje spotreby energií v budove od roku 1996 do roku 2010 a predpokladanej spotreby energií do roku 2015. Významnou súčasťou riešenia je aj zníženie emisií CO2 o viac ako 90 % oproti roku 1996. Výrazný vplyv má zámena primárnej energie na elektrickú pre tepelné čerpadlo. (Pôvod vyrobenej elektrickej energie na Slovensku jadrová energia 57 %, vodné elektrárne 15 %, plyn a fosílne palivá 28 %).
Pri riešení vykurovania a chladenia sme zvolili technológiu tepelných čerpadiel. Ďalej došlo k zmene vykurovacích telies z radiátorov na veľkoplošné stropné sálavé systémy kapilárnych rohoží, umožňujúce nielen vykurovanie, ale aj chladenie budovy. Preto sa z rôznych možných definícií budovy s nulovou bilanciou energie zaoberáme posudzovaním v súlade so smernicou EÚ (10) z hľadiska primárnych zdrojov energie. Ako druhý parameter posudzujeme bilanciu emisií CO2. Energetická efektívnosť je potom definovaná ako pomer energie, ktorá je dodaná do distribučných sietí z lokálneho energetického zdroja budovy, a primárnej energie dodanej z distribučných sietí do budovy.
Porovnanie vybraných parametrov medzi systémami, keď je budova vykurovaná tepelným čerpadlom a radiátormi a keď je vykurovaná a chladená kapilárnymi rohožami:
- vyprodukované emisie CO2 klesli z 21,26 t na 17,57 t, t. j. o 17,35 %,
- SPF vzrástol z hodnoty 3,14 na hodnotu 4,71, t. j. o 50 %,
- rozšíril sa sortiment funkcií o dodávku chladu v letných mesiacoch,
- zvýšil sa objem dodanej užitočnej energie z 242 996 kWh na hodnotu 313 158 kWh, t. j. vzrástla o 28,87 %,
- znížila sa spotreba primárnych palív z hodnoty 161 110 kWh na hodnotu 135 612,5 kWh, t. j došlo k poklesu spotreby primárnych palív o 15,82 %
- klesol pomer fosílnych palív z hodnoty 20,27 % na hodnotu 16,89%, t. j. o 3,38 %
- vzrástol pomer dodanej energie z OZE voči spotrebovaným primárnym zdrojom energie o 53 %.
Namerané a vypočítané hodnoty sú uvedené v tabuľke. (Tab. 1)
Modelová situácia budovy s nulovou bilanciou energie
- Ročný energetický výkon studne na dodávku tepla počas vykurovacej sezóny predstavuje 1 147 713 KWh, z toho dodávka do budovy predstavuje 243 106 kWh a rezervný výkon energetického zdroja pri dodávke tepla 904 607 kWh.
- Ročný energetický príkon studne pri dodávke chladu počas letnej sezóny predstavuje 430 392 kWh, z toho dodávka do budovy 70 052 kWh a rezervný výkon energetického zdroja 360 340 kWh.
- Spotreba el. energie v budove = 120 000 kWh.
- Spotreba el. energie na vykurovanie a chladenie v budove = 65 094 kWh.
- Celková spotreba el. energie v budove = 185 094 kWh.
- Spotreba primárnych zdrojov v budove 185 0940,48 = 385 612 kWh.
- Užitočné dodané teplo a chlad z lokálneho zdroja OZE = 313 158 kWh.
- Na dodávku tepla do externého prostredia počas vykurovacej sezóny budeme uvažovať s SPF = 3,0.
- Aby bolo možné dosiahnuť stav nulového salda energií, treba dodať do distribučného systému energiu z OZE vo výške 385 612*(1 + 1/3) = 514 149 kWh, čo predstavuje 1 850 GJ.
- Uvedený objem tepla do distribučnej sústavy tepla umožňuje substituovať teplo dodávané výmenníkovou stanicou OST 911 lokalizovanou v budove na Murgašovej ul. 3 v Košiciach, ktorá môže prejsť do režimu zabezpečovania podporných služieb.
- Energetický zdroj je v prípade zmeny koncových vykurovacích telies vo vykurovaných objektoch schopný dodávať aj chlad.
Použitá literatúra
1. Kastová, Verena. Krize a tvorivý přístup k ní. Praha Portál 2010.
2. The Current Global Crisis and the Future of Humanity A Transpersonal perspective. Grof, Stanislav. Point Reyes Station, California: http://www.realitysandwich.com/current_global_crisis_and_future_humanity, 2005.
3. Šolc, Miroslav. Archetyp otca, Archetyp voleb v Americe aneb Král je mrtvý, ať žije král. Praha: Triton 2009.
4. Ridley, Matt. The Originnes of Virtue. London Penguin Books 1996.
5. Lea, Tarpy,Webley. Psychológia ekonomického chovania. Praha: Grada 1994.
6. John A. Pierce II – Richard B. Robinson Jr. Strategic Management Strategy formulation and Implementation. Homewood Illinois: Richard D. Irwin Inc. 1988.
7. Koulopoulos, Thomas M. Innovation Zone How Great Companies Re-Innovate for Amazing Success. Mountain View, California: Davis Black Publishing 2009.
8. Európsky parlament, Európska komisia. Putting knowledge into practice A broad-based innovation strategy for the EU. Brusel: Európska komisia, 2006.
9. Sartori, I. – Napolitano, A. – Marszal, A. J. – Shanti, P. – Torcellini, P. – Voss, K. Criteria for Definition of Net Zero Energy Buildings. Aalborg, Denmark: University of Aalborg 2001.
10. EÚ, Európsky parlament a Rada. SMERNICA EURÓPSKEHO PARLAMENTU A RADY 2009/28/ES o podpore využívania energie z obnoviteľných zdrojov energie. SMERNICA EURÓPSKEHO PARLAMENTU A RADY 2009/28/ES o podpore využívania energie z obnoviteľných zdrojov energie. Brusel: Úradný vestník Európskej únie, 2009. L140/16.
11. Fotovoltické súvislosti SR! Kosa, Pavol. Košice: Národný konvent o EÚ, 2011.
12. TKÁČIK, Ľ. – JASMINSKÁ, N. – BRESTOVIČ, T. – HORBAJ, P.: Energetické využitie podzemných vôd v košickej aglomerácií. In: 9. Zdravotno-technické stavby malé vodné diela – krajina a voda Medzinárodná konferencia 22. – 24. 11. 2010: Štrbské Pleso. Bratislava: STU 2011. s. 313 – 318. ISBN 978-80-89385-11-9.
13. KAPALO, P. – LUKÁČ, P.: Temperature Changes of Hot Water Distribution System. In Journal of Applied Science in the Thermodynamics and Fluid Mechanics. Vol. 4, no. 1 (2010), s. 1 – 5. ISSN 1802-9388.
Ing. František Vranay, PhD.
Stavebná fakulta TU v Košiciach
Ing. Dušan Lukášik, CSc.
Centrum VEODEZIS, Košice