Zónová regulace se vzdáleným přístupem – zkušenosti s provozem v reálných podmínkách

Úvod

Zónová regulace vytápění je zde chápána jako řízení prostorové teploty místností (zón) rodinného domu nebo bytu podle zadaného týdenního časového programu. Tento program je vytvořen pro každou místnost individuálně – ideálně tak, aby byl v souladu s obvyklým režimem využívání jednotlivých místností obyvateli objektu. Požadovaná teplota jakékoli místnosti může být kdykoli změněna, aby vyhovovala aktuálním potřebám uživatele.

Vzdálený přístup k zónové regulaci bývá realizován prostřednictvím mobilní aplikace, nebo webového rozhraní, a může mít několik úrovní. Základní úroveň zpravidla poskytuje náhled na naměřené teploty v místnostech, a umožňuje měnit požadovanou teplotu každé místnosti – kdykoli a odkudkoli. Rozšířené úrovně vzdáleného přístupu pak mohou sloužit k získání dat a informací o chování systému vytápění. Lze zobrazit nejen současný stav a parametry systému a jeho prvků, ale i průběh všech hodnot, které zónová regulace registruje od okamžiku svého zprovoznění, a to na časové ose (ve formě trendů). Tato data mohou být využívána pro účely průběžné kontroly otopného systému, nebo pro diagnostiku příčin případných problémů.

Investice a jejich vliv na spotřebu energie – případová studie

Sledovaný objekt je podsklepený řadový bytový dům, rok výstavby 1937, a před zahájením sběru dat zde nebyla realizována žádná stavební úprava (jako například zateplení). V domě se nachází 5 malých samostatných bytových jednotek ve třech nadzemních podlažích - celkem se jedná o 13 obytných místností, ve kterých je nyní využívána zónová regulace evohome.

Popis systému vytápění

Vytápění celého objektu zajišťuje plynový kotel, řízený ekvitermním regulátorem s týdenním časovým programem. Kotel je využíván pouze pro vytápění, nikoli pro přípravu teplé vody. Jednotlivé obytné místnosti jsou vyhřívány litinovými otopnými tělesy, osazenými termostatickými ventily. Tento systém ústředního vytápění byl instalován a zprovozněn v roce 1995.

Sledování spotřeby energie na vytápění objektu

Spotřeba energie byla evidována od zprovoznění ústředního vytápění až dosud, jedná se tedy o data získaná v průběhu 24 let. Za toto období bylo realizovány tři investice - jak do objektu, tak do prvků otopné soustavy. Průběh meziroční spotřeby energie zobrazuje následující graf. Na svislé ose je vynesena čistá spotřeba energie – údaje nejsou očištěny od vlivu klimatických podmínek (např. nezohledňují vliv venkovní teploty během topné sezóny v daném roce). V grafu jsou také vyznačeny milníky, kdy došlo k takovým investicím do objektu, které měly vliv na spotřebu energie. Rozbor (charakter a cenová hladina) těchto investic a jejich dopad na spotřebu (vyznačené stavy 1 až 3) následuje pod grafem.

Obr. 1 Průběh spotřeby energie na vytápění

Popis znázorněných stavů a investic

Stav 0 je výchozí situace po zprovoznění ústředního vytápění v roce 1995. Zdrojem vytápění byl atmosférický plynový kotel 35 kW, vybavený ekvitermní regulací s časovým programem, bez korekce na vnitřní teplotu. V obytných místnostech byla instalována litinová otopná tělesa a ventily s ručními termostatickými hlavicemi (max. nastavení 23 °C). Stav 0, trvající 13 let, slouží jako etalon průměrné roční spotřeby pro porovnání vlivu nadcházejících investic.

Investice A je výměna špaletových oken za plastová v celém objektu. Tato investice nebyla přímo vyvolána očekáváním energetických úspor – důvodem byl již velmi špatný stav ještě původních rámů oken. Výše investice činila 480000,- Kč.

Stav 1 znázorňuje provoz stávajícího ústředního vytápění, spotřeba poklesla vlivem stavební investice - výměny oken. Průměrná roční spotřeba je v průběhu těchto tří let nižší o 13 %.

Investice B spočívá v instalaci a zprovoznění bezdrátového zónového systému evohome ve všech obytných místnostech. Hodnota této investice do regulace vytápění byla 72000,- Kč.

Stav 2 reprezentuje provoz zónové regulace. Termostatické ventily otopných těles jsou nyní řízeny bezdrátovými hlavicemi HR92 nebo termopohony MT4, a pro získání referenční teploty každé místnosti slouží bezdrátové snímače / ovladače teploty T87 Round. Zónová regulace nemá žádnou vazbu na ovládání kotle, zůstala zachována ekvitermní regulace s týdenním časovým programem. Všechny prvky zónové regulace komunikují s řídící jednotkou evohome, která má v sobě uloženy individuální týdenní časové programy (pro každou místnost jiný). Časové programy jsou uzpůsobeny životnímu režimu nájemníků, a každý z nich si může nastavit požadovanou teplotu na max. 23°C. Řídící jednotka evohome obsahuje wi-fi modul, a je připojená prostřednictvím domácího routeru na vzdálený server. Server přijímá požadavky na změny režimů či nastavení teplot (například z mobilní aplikace), a zasílá je do řídící jednotky. Server navíc průběžně shromažďuje různá data o chování soustavy, a může je na základě žádosti poskytnout. Taktéž je schopen přijatá data vyhodnotit, a upozornit na případné chyby, dosažené mezní hodnoty, nebo i na blížící se mezní stavy. Pokles průměrné roční spotřeby ve srovnání se stavem 1 je 19 %, a oproti výchozímu stavu 0 činí 30 %.

Investice C znamená výměnu zdroje tepla. K této investici bylo přikročeno jak z důvodu stáří původního kotle, tak z důvodu zamýšleného zvýšení účinnosti otopné soustavy. Atmosférický kotel byl nahrazen kotlem kondenzačním - investice tedy zahrnuje i novou vložku kouřovodu. Protože investice A a B umožnily snížit nárok na výkon centrálního zdroje tepla, mohl být použit kotel o menším výkonu 30 kW. Spolu s kotlem byla dodána i nová ekvitermní regulace. Od této investice se očekávala úspora cca 15 %. Náklady na pořízení kotle a instalační práce činily 88000,- Kč.

Stav 3 je současný provoz zónové regulace a nového kondenzačního kotle. Kotel je opět řízen čistě ekvitermně – nemá vazbu na zónový systém. K očekávané úspoře 15 % (v souvislosti s inovací technologie - výměna atmosférického kotle za kondenzační) se do snížení spotřeby určitě navíc promítl i menší výkon kotle, protože v přechodném období (na podzim a na jaře) pracuje kotel s vyšší účinností. Je to názorná ukázka toho, jak v rámci vyladění celé soustavy vytápění všechno souvisí se vším. Investice C tedy přináší další úsporu energie, ve srovnání s předchozím stavem 2 se jedná o 27 %, a oproti stavu 0 je to již 49 %.

Pro větší názornost jsou v textu uvedená data srovnána do přehlednější tabulky :

Tab. 1 Porovnání spotřeb a vyčíslení úspor

Z uvedeného porovnání vyplývá, že nyní je spotřeba systému vytápění oproti počátečnímu období před investicemi (stavem 0) zhruba poloviční. Ještě názornější je možná vyjádření přímým srovnáním nákladů:

Z tabulky 1 je též rychle zřejmé, jaký měly jednotlivé investice podíl na dosažených úsporách. Zatímco nejvyšší, poměrně značná stavební investice (do výměny oken) přinesla nejmenší úsporu energie, řádově daleko nižší investice do technologických zařízení se ukázaly být daleko efektivnějšími. Lze předpokládat, že jiné stavební úpravy, např. investice do zateplení objektu, by v porovnání s uvedenými technologickými investicemi dopadly podobně jako zmíněná výměna oken – řádově vyšší investice přinášející poloviční efekt.

PŘÍNOS ZÓNOVÉ REGULACE

Co vlastně zónová regulace přináší navíc? Její působení lze rozdělit na tři základní funkce:

• Regulace prostorové teploty v jednotlivých místnostech
• Vzdálený přístup - náhled a ovládání
• Časový program nastavení požadovaných teplot v jednotlivých místnostech

Které z těchto funkcí tedy generují ony dosažené úspory, které v případové studii činí 19 %?

Regulace prostorové teploty místností

Regulace prostorové teploty v jednotlivých místnostech byla původně (tj. stav 0) realizována prostřednictvím obyčejných ručních termostatických hlavic – ty v každém okamžiku dokázaly udržet nastavenou teplotu v místnostech obdobně přesně, jako prvky zónové regulace. Zde tedy nebude vliv zónové regulace na snížení spotřeby nijak zásadní.

Vzdálený přístup

Vzdálený přístup je zajisté funkce moderní a v současné době značně populární, ovšem lidé s pravidelným týdenním režimem ji využívají poměrně zřídka. Zkušenost je taková, že člověk, který si zónový systém pořídí, měsíc po instalaci bedlivě sleduje, jak vše pracuje, a kontroluje, zda je vše, jak má být. Po měsíci však již nechává regulaci vytápění žít svým vlastním životem, a až na výjimky (reakce na nečekané situace a změny denního programu) vzdálený přístup již příliš často nevyužívá. Z dlouhodobého hlediska a při běžném použití tedy mívá vzdálený přístup malý vliv.

Časový program

Tajemství dosažených úspor tedy, zdá se, spočívá právě v efektivním využívání časových programů. Časový program umí zamezit například ztrátám způsobeným lidskou liknavostí (obyvatelé si třeba nastaví vysokou komfortní teplotu a následně dům opustí), protože v době nepřítomnosti automaticky přechází na útlumové teploty. Také dokáže držet ekonomicky únosné nastavení teplot (a obyvatelé domu si požadovanou teplotu ve své místnosti zvýší teprve tehdy, když začnou pociťovat chlad). Navíc potom časový program přináší současně s úsporami i komfort. Vždyť je příjemné nemuset ráno vstávat do vychladlých místností, odpoledne přicházet ze zaměstnání do příjemně vyhřátých prostor, a vracet se po týdenní dovolené na horách do předtopené domácnosti.

Zkušenosti s provozem zónové regulace

Samotná instalace zónové regulace očekávané úspory zajistit nedokáže. Je zapotřebí ji také umět správně a s rozmyslem využívat. Pokud do ní někdo investuje za účelem snížení faktur za vytápění, a následně nastaví ve všech místnostech natrvalo požadovanou teplotu 24 °C, bude zklamán – neušetří nic. Sice to zní jako samozřejmost, ale podobných příkladů z praxe je mnoho.

V případě využívání zónové regulace je také vhodné dbát na to, aby byly jednotlivé místnosti (zóny) pokud možno dispozičně uzavřené. Takže pokud jsou místnosti oddělené dveřmi, nemělo by docházet k tomu, že budou zůstávat dokořán otevřené. Pak sice může být jedna místnost nastavena na komfortní teplotu a druhá na útlumovou, ale na komfortní teplotu budou vytápěny obě. Zkrátka – efektivita provozu záleží i na chování obyvatel domu a dodržování režimu, který si, dobrovolně, zvolili.

Systémy vytápění objektu mohou být pojaty různými způsoby. Jedním z předpokladů optimálního využití efektu zónové regulace je jednoduchost otopné soustavy – určitě je dobré, jestliže je každá místnost vytápěna jedním způsobem (např. podlahou, nebo otopným tělesem či tělesy). Jedním řídicím prvkem lze prostorovou teplotu regulovat snadno. Problémem naopak může být více typů vytápění v rámci jedné místnosti – jednotlivé zdroje tepla se pak mezi sebou přetahují o vliv na výslednou prostorovou teplotu. Příkladem může být místnost, vytápěná podlahou, ve které jsou ještě pod francouzským oknem podlahové konvektory (aby se okno nemlžilo), a do studeného koutu navíc umístí projektant radiátor… Jak potom, a na základě čeho regulovat jednotlivé zdroje, aby bylo dosaženo kýženého efektu, aby místnost měla požadovanou teplotu, podlaha byla příjemně teplá, francouzské okno se nemlžilo a aby ve studeném koutě nevznikala plíseň?

VZDÁLENÝ PŘÍSTUP A JEHO PRAKTICKÉ VYUŽITÍ

Ovládání systému vytápění a náhled na jeho chování prostřednictvím vzdáleného přístupu má více možností využití. Záleží na tom, v jakém vztahu k domu uživatel vzdáleného přístupu je.

Rodinný dům, ve kterém uživatel bydlí

Jak už bylo zmíněno výše, v tomto případě bývá vzdálený přístup využíván spíše ojediněle, zpravidla v situacích, které se vymykají běžnému životnímu režimu rodiny.

Rekreační obydlí

Tyto typy objektů jsou navštěvovány a obývány řídce, někdy i nahodile. Vzdálený přístup umožňuje majitelům víkendových sídel jednak sledovat a kontrolovat stav objektu odkudkoli, a navíc si mohou připravit příjemnou tepelnou pohodu vždy před svým příjezdem.

Rekreační obydlí sloužící k pronájmu

Majitelé a správci penzionů (nebo jiných pronajímaných objektů) využívají vzdálený přístup jak ke kontrole chování svých nájemníků, tak proto, že mohou vždy připravit objekt na jejich příjezd, aniž musí s předstihem na svou nemovitost dojíždět. Zónová regulace navíc umožňuje majiteli vymezit svým zákazníkům taková pravidla vytápění, která je příliš neomezují, ale přesto udrží spotřebu energie na rozumné úrovni.

Bytový dům

Pro subjekty, zabývající se správou bytových domů, má vzdálený přístup k zónové regulaci daleko větší možnosti využití. Data, která jsou k dispozici, umožňují provádět různé analýzy chování otopné soustavy. Lze je využít pro diagnostiku systému, jako nástroj pro vylepšení nastavení systému (například vyladění ekvitermní křivky centrálního zdroje tepla v objektu), a také pro predikci blížících se problémů nebo závad. Na obrázku 2 je příklad grafického znázornění (trendu) průběhu teplot místnosti v rámci jednoho dne.

Obr. 2 Grafické znázornění průběhu teplot na časové ose

ZÁVĚR

Náklady na pořízení zónové regulace a vzdáleného přístupu jsou investice, jako každá jiná. Jedním z hlavních parametrů investice je její návratnost. Je zřejmé, že čím větší jsou náklady na vytápění objektu, tím větší je šance na zhodnocení investice tohoto typu. V předložené případové studii byl sledován starý dům (v případě energetického auditu by zajisté nezískal vysoké ohodnocení), a naděje na dosažení významných úspor byla tedy značná. Řádově jsou výsledné úspory (19 %) v souladu s očekáváním.

Z porovnání různých investic do bytového domu a sledování jejich vlivu vyplývá, že výsledný efekt zdaleka nemusí být úměrný výši investice. Je vhodné předem zvážit veškeré návaznosti i potenciální dopady, a vynakládat prostředky účelně – zkrátka, investovat s rozumem.