1.
Úvod
Problematika měření spotřeby energie, dodávané uživateli soustředěnou
přenosovou cestou a spotřebovanou výhradně určeným uživatelem, např.
voda, elektřina nebo plyn, je v současnosti řešena vyhovujícími
technickými prostředky. Jiná situace je v měření tepelné energie
potřebné pro úpravu životních podmínek, tedy pro vytápění budov.
Z hlediska fyzikální podstaty šíření tepla v reálných podmínkách
bytových domů, nelze zamezit částečnému využití dodané tepelné
energie jiným uživatelem než kterému je původně určena a u kterého
je prováděno měření. Při obvyklém rozdílu teplot na dělicí stěně
sousedních uživatelů není prostup tepla zanedbatelný. Mimoto v obytném
domě nejsou všechny byty stejně náročné na spotřebu tepla, i když
ostatní atributy stejné jsou. Tyto rozdíly lze sice korigovat odhadovými
koeficienty pro rozpočet společných nákladů, při růstu ceny tepla však
nejistota stanovení správné platby nabývá významných finančních
částek. Z těchto důvodů se vyvinul názor, že nejspravedlivější a
také nejjednodušší je přejít na hodnocení poskytnuté služby tj.
dosažení měřitelného stupně tepelné pohody. Touto metodou je
bezesporu integrace teplotního rozdílu vnitřní a venkovní teploty
(metoda denostupňů). Největší předností metody je, že hodnotí
dosažený stav, tj. tepelnou pohodu, současně ve vztahu k nákladům a
zohledňuje úměrnost ceny teploty v bytě z rozdílu vnitřní a venkovní
teploty. Podmínkou je ovšem stálost uspořádání vnějšího pláště
budovy.
Současným požadavkem, podpořeným rozvojem elektronické technologie
je koncentrace údajů o spotřebě, snadná návaznost na zpracování počítačem
a racionalizace sběru údajů. Výkon cenově přijatelných mikropočítačů
dovoluje rozšířit sběr a koncentraci údajů o další spotřeby -
teplé a studené vody, plynu, elektřiny atd. Ve většině případů
nejde již o zásadní technické problémy, ale spíše o integraci účtovacích
cest a legislativní dohodu.
V tomto příspěvku je vysvětlena podstata rozúčtování nákladů
podle poskytnuté velikosti služby. Na konkrétním příkladu je ukázána
technika modelování tepelných toků v domě a jsou ukázány přednosti
denostupňové metody. Je komentována nejčastější kritická námitka-
otevření okna a navrženo zjednodušení rozpočtového vzorce.
Článek navazuje na dřívější publikace, ve kterých jsou podrobně
rozvedeny základy metody, výpočtové postupy a metodika měření, včetně
metrologické analýzy.
Dále je popsán vyráběný systém centralizovaného měření a sběru
údajů v bytových domech. Systém v základní konfiguraci je využíván
pro měření spotřeby tepla metodou denostupňů a lze jej rozšířit o
měření spotřeby studené a teplé užitkové vody.
Na rozdíl od energií s minoritní spotřebou jako je např. elektřina
nebo plyn, je určení platby za vytápění komplikovaným technickým a
psychologickým problémem.
Příčiny jsou následující:
a) Teplo není dodáváno do bytu jedinou cestou, ale vstupuje do bytu také
z rozvodů topného média a přes stěny ohraničující byt.
b) Byty v nájemním domě jsou rovnocenné, tedy jejich cena nezávisí
na poloze v domě.
c) Nájemce bytu nemá vliv na konstrukční provedení tepelných izolací.
Aplikací denostupňové metody je platba za službu vytápění závislá
od provozní užívané teploty bytu a nezáleží na cestě, kterou bylo
teplo do bytu dodáno.
2. Technika výpočtu
rozložení teplot a výkonů topení
Ustálený stav tepelné soustavy je s postačující přesností popsán
systémem lineárních rovnic. Přestup tepla stěnou je charakterizován
vztahem (1). |
Výsledky obou příkladů jsou
uvedeny graficky na obr3a,
obr.3b. Připomeňme, že tepelné výkony
ve watech jsou vyznačeny na grafech v ampérech (A), teplotní rozdíly
ve oC jsou vyznačeny ve voltech (V).
Z grafů na obr.3a lze odečíst:
Přestože topení v bytě 3 je zcela uzavřeno, teplota bytu je vyšší
než 20oC překročí-li venkovní teplota (V_V0) teplotu +3,5oC.
Tepelné výkony, dodávané do bytů 1, 2, 4 (-I(V1)...-I(V4)), celkový
tepelný výkon odváděný do okolí (I(V0)).
Tepelné výkony prostupující z bytu 4 do bytu 3 (I(R34)), z
bytu 2 do bytu 3 (-I(R23)) a z bytu 2 do bytu 1 (I(R12)).
Je zřejmé, že k vytápění bytu 3 přispívají stejným dílem (0,87
kW) při Text = -20oC) byty 2 a 4.
Z grafů na obr.3b
vyplývá jakým způsobem se podílí uživatel bytu 3 na úhradě za
spotřebované teplo, jestliže udržuje teplotu na 20oC a jeho
sousedé na 25oC. Při překročení venkovní teploty 3,5oC
je tento byt vytápěn teplem sousedních bytů 2 a 4.
Uvedený příklad naznačuje k jakým drastickým disproporcím v rozpočtu
nákladů může vést nákladová metoda. Naopak metodě rozpočtu podle
poskytnuté služby je vlastní nezávislost na teplotním rozdílu mezi
sousedními byty, na poloze bytu vzhledem ke světovým stranám, na typu
radiátorů nebo podílu tepla předávaného rozvodnou soustavou (stoupačkami).
I když ve skutečných situacích lze očekávat běžně menší rozdíly
než v našem příkladu, mohou neoprávněné rozdíly v platbách
dosahovat desítky procent a to při současných cenách za teplo je významné
i pro uživatele se středně velkými příjmy.
Vlastnosti denostupňové metody nabízí další zjednodušení rozpočtu
potlačením základní složky Cz. Obecně je základní složka určená
k úhradě instalovaného topného systému a podílí se na ní všichni
uživatelé, např. podílem úměrným odebírané energii. Jak vyplývá
z našeho příkladu, je část využívaného výkonu hrazena sousedy. Je
proto používáno jiné hledisko, např. podlahová plocha bytu nebo
jmenovitý výkon instalovaných topných těles. Pro metodu denostupňů
lze doporučit stejné rozpočtové hledisko, tj. stejný koeficient q
jako pro složku spotřební (vztah (7)). Uživatel se pak podílí na
amortizačních nákladech tou měrou, jakou využívá služeb topného
systému (tedy na jak velkou teplotu si vytápí svůj byt).
4. Nedostatky
denostupňové metody
V současnosti zůstává v popředí kritiky denostupňové metody jediný
nedostatek - problém větrání otevřeným oknem. Vliv otevřeného okna
je skutečně demotivující pro jednotlivého uživatele - snižuje
velikost hodnotící funkce při nárůstu spotřeby tepelného výkonu. V
současných podmínkách lze považovat tento nedostatek za nepodstatný,
neboť:
-V podvědomí lidí je již fixována vysoká cena tepla
- Dlouhodobé či pravidelné otevření okna je kontrolovatelné
obyvateli domu (viditelné z ulice)
- Lze (snad) uplatnit významnou represi na usvědčené zloděje tepla,
obdobně jako na jiné druhy energie (např. elektřiny)
- Při kolektivním užívání větrání otevřenými okny (absenci žalobce)
se na zvýšení nákladů podílí všichni
- Podmínkou instalace všech měřicích systémů pro rozpočet nákladů
je instalace regulačních prvků, umožňujících nastavení požadované
teploty bytu (resp. jeho místností) a odpadá nutnost regulace teploty
otevřením okna.
5. Praktická měření,
výsledky
Na bytovém domě v Brně- Bulharská ul., byl v roce 1997 nainstalován
Centralizovaný měřicí systém MV 1 pro rozdělení nákladů na vytápění,
který aplikuje uvedenou denostupňovou metodu měření. Jedná se o
cihlový dům, nezateplený, ve sklepních prostorách s vytápěnou sušárnou,
a některými neobydlenými byty. V období od 13.1.1997 do 9.2.1997 byla
sledována a registrována venkovní teplota a vnitřní teplota vybraných
bytů. Výsledky ukazují grafy na obr.č.4.
Byt č. 1.00 je střední trvale užívaný byt, sousedící rovněž s obývanými
byty. Průměrná teplota se pohybovala kolem 21oC.
Byt č.1.01 je střední byt, neobývaný a s trvale uzavřenými radiátory,
sousedící s obývanými byty.
Byt č.1.14 je přízemní byt nad vytápěnou sušárnou . Dne 3.2. byly
uzavřeny všechny radiátory v sušárně.
Byt č. 1.20 je přechodně užívaný byt . Dne 3.2. byl přítomen uživatel
bytu.
Výsledky grafů potvrzují existenci tepelných toků mezi jednotlivými
byty a v případě bytu č.1.01 jsou tepelné toky ze sousedních vytápěných
prostorů dominantní pro výsledný tepelný stav tohoto bytu.
6. Popis
centralizovaného měřicího systému MV 1 rozdělovače nákladů
Základ systému tvoří bytové měřicí jednotky (BMJ),
sběrnicově propojené s centrální jednotkou (CJ),
umístěnou v rozvaděči ve společných prostorách domu. Ke každé BMJ
je připojeno bytové
teplotní čidlo, případně
vodoměry pro SV a TUV. V případě
rozlehlejšího bytu se používají dvě teplotní čidla. BMJ je
zpravidla umístěna v blízkosti vertikálních rozvodů vody, kde je také
provedeno sběrnicové propojení systému. Bytové teplotní čidlo pro měření
tepelné pohody bytu je nainstalováno v místě stanovené projektem, kde
se snímá střední teplota bytu. Čidlo venkovní teploty je společné
pro všechny BMJ a prostřednictvím CJ a sběrnice RS 485 se informace o
venkovní teplotě předává do všech BMJ.
Systém je řešen modulárně ve dvou variantách :
MV1.0 Měření tepelné pohody (TP)- rozdělovač topných nákladů
obytného domu na základě skutečně užívané teploty každého bytu
(tepelné pohody). Neměří se tedy transport energie na topném tělese,
nýbrž se měří tepelný stav každého bytu v průběhu celého dne a
naměřené hodnoty se ukládají v paměti systému. Hodnotící funkce
spotřeby tepla je odvozena z rozdílu venkovní a vnitřní teploty každého
bytu. Spotřebovaná energie na vytápění bytu je pak úměrná časovému
integrálu rozdílu teplot, který se ukládá v denostupních (např. při
vnitřní teplotě 20oC, venkovní teplotě 8oC a
době registrace 24 hod., t.j. jeden den, systém naměří 12 denostupňů).
Rozúčtování po skončené topné sezóně vychází z údajů patního
měřidla objektu a z konkrétních naměřených hodnot denostupňů každého
bytu. Uživatel tak zaplatí za skutečnou tepelnou pohodu.
Měření tepelné pohody je v činnosti v topném období .Registrace se
automaticky zastavuje při venkovní teplotě vyšší jako 17oC,
nebo jestliže venkovní teplota je vyšší jako teplota v bytě, nebo
je-li teplota v bytě mimo rozsah +10oC až +30oC. Při
zastavené registraci po skončeném topném období zůstává na
displeji BMJ zobrazen dosažený počet denostupňů a zobrazuje se aktuální
venkovní a vnitřní bytová teplota.
MV1.1 Měření tepelné pohody, měření spotřeby studené a teplé užitkové
vody (TP,SV,TUV). Pro měření studené a teplé užitkové vody systém
používá indukční průtokoměry neobsahující žádné pohyblivé části.
Průtokoměry lze použít i u vody s výskytem pevných částic, kde
mechanické vodoměry selhávají.
Instalovaný systém MV 1.0 lze dle potřeby rozšířit na MV 1.1.
Části systému
- Centrální jednotka - CJ
Umožňuje připojení až 992 bytových měřicích jednotek. CJ řídí
a vyhodnocuje periodický test BMJ a provádí periodický sběr údajů
ze všech BMJ a registruje je v paměti CJ. Současně také CJ měří
venkovní teplotu. Pro odečet údajů z CJ lze použít klávesnici a
displej, které jsou součástí CJ, nebo lze naměřené údaje přenést
přes konektor sběrnice RS 232 do přenosného počítače, nebo koncentrátoru
PSION, případně do přenosového systému dálkového přenosu dat.
- Bytová měřicí jednotka - BMJ
Bytová měřicí jednotka měří teplotu v bytě, vypočítává
denostupně a vyhodnocuje údaje z bytových indukčních průtokoměrů.
Na displeji se postupně automaticky zobrazuje počet denostupňů, vnitřní
a venkovní teplota, množství spotřebované SV, množství spotřebované
TUV teplejší jak 45o C a množství TUV chladnější jako 45o C.
Bytové teplotní čidlo - BTČ
Je tvořeno platinovým teploměrem PT 100, zapuštěným do vnitřní zdi
a chráněné tepelně izolační destičkou. S BMJ je propojeno čtyřvodičovým
kabelem. Zaručovaná přesnost měření v rozsahu +10oC až
+40oC je 0,1oC. Dle velikosti bytu se použije jedno
nebo dvě teplotní čidla.
- Vnější teplotní čidlo
Je tvořeno jedním nebo dvěma platinovými teploměry PT100 pro venkovní
prostředí. S CJ je propojeno čtyřvodičovým kabelem. Zaručovaná přesnost
měření v rozsahu -40oC až + 40oC je 0,1oC.
- Bytový indukční průtokoměr pro SV a TUV - VODOMĚR
Měřicí část průtokoměru tvoří hladká kruhovitá trubka. Funkce
průtokoměru vychází z aplikace Faradayova indukčního principu.
Jmenovitá světlost je 1/2 inch, připojovací závity G 3/4, maximální
průtok Q max = 3600 l/hod, jmenovitý průtok Qn =2500 l/hod, přechodový
průtok Qt=200 l/hod, minimální průtok Qmin=50 l/hod, dovolený přetlak
1 Mpa, stupeň krytí IP 54, teplota proudicí vody +10oC až
+80oC. Rozlišení měřeného údaje je 0,1 litru. Průtokoměr
na TUV obsahuje teplotní čidlo pro rozlišení teploty vody. Průtokoměr
se vyznačuje vysokou životností a stálostí parametrů.
7. Instalace.
Pro každou instalaci systému MV1 je zpracován projekt, který vychází
ze stavební dokumentace objektu a z prohlídky objektu. Výsledkem
zpracování projektu je zjištění tepelného chování objektu a získání
informací pro umístění bytových teplotních čidel k dosažení
spravedlivého měření v jednotlivých bytech. Všechny BMJ jsou sběrnicově
propojeny společným kabelem sběrnice RS 485 a napájení 48V, přivedeného
z hlavního rozvaděče, kde je rovněž umístěna CJ. BMJ se umísťuje
v blízkosti rozvodů vody v bytě, hlavní rozvaděč se instaluje ve
sklepních prostorách domu.
8. Vlastnosti a výhody
měřicího systému.
- měří se tepelný stav bytu jako výsledek služby vytápění
- pro odečet není nutný vstup do bytu
- měřicí systém je pod trvalou kontrolou všech nájemníků
- možnost kdykoliv odečíst data, zjišťovat trendy odběru energií a
následně včas provádět operativní nebo preventivní zásahy ke snížení
spotřeby, např. nesoulad údaje patního měřidla vody se součtem údajů
ze všech bytů, protékající WC atd.
- všechna čidla jsou pod diagnostikou systému a lze tak odhalit nelegální
události na čidlech se zaznamenanou dobou trvání poruchy a kódem
poruchy ( např. rychlost změny teploty na čidle teploty)
- jednou zaplacená a instalovaná investice, vzhledem k použité počitačové
technologii,má dlouhodobou životnost a spolehlivost jednorázové pořizovací
náklady
- na každoroční pokračování měření není třeba týmů pracovníků
se vzrůstajícími mzdovými náklady, s nebezpečím korupce při
vyhodnocování
- použití systému vycházejícího z měření tepelné pohody je
perspektivní i pro zateplované objekty, u kterých se musí provést
opatření na snížení tepelného příkonu do bytu, např. snížení
teploty vody v otopném systému a kdy teplota vody se již blíží bytové
teplotě a metody měření na radiátorech jsou pro svoji chybu nepoužitelné,
nebo selhávají
- měření tepla jen v době topné sezóny
- správcům bytového fondu umožňuje po komunikačních linkách
(telefon, kabel. televize atd.) aktuální a efektivní sběr naměřených
údajů úspory nákladů
- trvale jsou k dispozici informace pro stanovení energetického auditu
budovy na základě skutečně změřeného rozložení teplot v domě
- koncepce řešení umožňuje přejít na měsíční fakturaci plateb
9. Rozúčtování
nákladů.
Rozúčtování nákladů vychází z naměřených denostupňů a z
podlahové plochy jednotlivých bytových a nebytových prostor, s uplatněním
metodiky dané vyhláškou č.245 Sb/95.
Předností denostupňové metody je, že registruje mezibytové tepelné
toky a pak základní složka může být úměrná užitné hodnotě
tepla.
To umožňuje při rozúčtování stanovit zcela minimální základní
složku a preferovat tak velikost naměřené spotřební složky, jakožto
motivační nástroj každého uživatele.
Hromadný dálkový odečet naměřených údajů patří k nepostradatelné
výbavě nově nasazované měřicí techniky. Mimo operativnosti odečtů
snižuje průběžné náklady na odečet, zejména je-li prováděn vícekrát
za rok.
Literatura.
[1] Hoder, K.: Tepelná pohoda v bytě jako měřítko spotřeby energie.
Automatizace č.1,1992, str.8.
[2] Hoder, K.: Měření tepelné pohody v bytě. Energetika č.10, 1992,
str.314.
[3] Los, M., Hoder,K.: Účtování tepla uživateli bytu podle denostupňů.
Teplo & Peníze č.8, 1997, str.134.
[4] Hoder, K.: Hodnocení užitné hodnoty tepla. Enviromentální aspekty
podnikání č.2, 1999,str. 14.
[5] ČSN 730540-3: Tepelná ochrana budov, část 3: Výpočtové hodnoty
veličin pro navrhování a ověřování.
[6] Los,M: Tepelná pohoda v bytě. Stavitel č.4,2000, str.54
[7] Los,M: Měření tepla v bytech- nedílná součást renovace bytových
domůStavební listy č.11,1999,str.20 |