Přijde-li řeč na vytápění bytových domů, panuje naprostá shoda ve dvou bodech. Náklady spojené s vytápěním by měly být co nejnižší a jejich rozdělení mezi jednotlivé uživatele co nejspravedlivější. A jedním dechem se dodává, že to zajistí instalace měřičů tepla. V reálu je ovšem vše úplně jinak. Tento text je o tom, proč se tak děje a jak vrátit vykolejený vagón zpátky na koleje.
Pro snadnější pochopení, kdy instalace měřičů tepla efekt přináší a kdy nikoliv, vezmu celou problematiku měření a rozúčtování tepla hezky bod po bodu.
Ekvitermní regulace
Během topné sezóny se střídají období s různými teplotami venkovního vzduchu. Jednou mrzne, až praští, podruhé je zima snesitelnější, potřetí vyloženě mírná. Na celou tuto škálu stavů musí adekvátně reagovat otopná soustava, a proto existuje ekvitermní regulace.
Čím je venku chladněji, tím větší jsou tepelné ztráty objektu, a tím pádem i větší potřeba tepla na vytápění. Naopak, je-li venku tepleji, potřeba tepla zákonitě klesá. Tomu je třeba přizpůsobovat výkon radiátorů pomocí změny teploty topného média. Ekvitermní regulátor dostává průběžně informace o stavu venkovního prostředí a podle něj prostřednictvím zadané otopové křivky řídí teplotu topné vody.
Na animaci je vidět, že jde o celkem jednoduchý automat, jehož přesnost se odvíjí od přesnosti výpočtu otopové křivky.
Princip ekvitermní regulace. Nahoře ukazatel stavu venkovní teploty a funkce otopové křivky, dole výsledek ve formě úpravy kvality (teploty) topného média. Kvantitu (průtok) topného média ekvitermní regulace neřídí.
Aby se teplem neplýtvalo, není nutná instalace měřičů tepla ale účinná regulace tepla!
Ekvitermní regulace je povinná pro všechny soustavy ústředního vytápění. Povinnost správně určit parametry otopové křivky už legislativa neukládá, evidentně se to považuje za samozřejmost. Kéž by tomu tak bylo. Okrajové podmínky se v čase mění, křivky ale povětšinou zůstávají stejné, případně se ladí metodou „pokud-omyl“. Výsledkem obou přístupů je přetápění, jinými slovy plýtvání teplem…
Zateplování
Podíl spotřeby energie v segmentu bydlení na celkové spotřebě energie v EU je údajně 40 %. Proto Evropská komise v rámci směrnice o energetické účinnosti nařídila provádět opatření vedoucí ke snižování energetické náročnosti budov. Stručně řečeno zateplovat stávající objekty a povolovat výstavbu pouze takových, u kterých budou tepelné ztráty stlačeny na minimum.
Jaký to bude mít efekt na zvyšování energetické účinnosti? Kupodivu přesně opačný, než se očekává. Ona totiž sázka na to, že pouhá nižší náročnost zajistí vyšší účinnost, nedává smysl. Energetickou účinnost lze vyjádřit následujícím vzorcem. Jak vidno, energetická náročnost (tepelné ztráty) v něm není jedinou proměnnou.
Zlepšení tepelně technických parametrů obálky budovy bezesporu snižuje energetickou náročnost, tedy potřebu tepla na vytápění. Nemá ale absolutně žádný vliv na spotřebu tepla, neboť ta se odvíjí od hodnot na vstupu (dodávka tepla) nikoliv na výstupu (tepelné ztráty). Následující animace dokládá naivitu tvrzení, že zateplením objektu se musí zvýšit energetická účinnost.
Vliv různých opatření na energetickou účinnost vytápění. Celková tepelná bilance s dodávkou tepla a tepelnými zisky na vstupu, a tepelnými ztrátami a nadbytečným teplem (přetápění, nadbytečné větrání) na výstupu. Nahoře ukazatel stavu energetické účinnosti.
Podobně jako instalace měřičů tepla je i efekt zateplování značně přeceňován. Všimněte si, že jakékoliv snížení na levé „příjmové“ straně má na změnu stavu energetické účinnosti pozitivní efekt, zatímco snížení na pravé „výdajové“ straně se projevuje negativně!
Je hezké, že zabráníte teplu z baráku unikat, ale kam se poděje nadbytečné teplo, jež není k vytápění potřeba, ale vy jste jeho dodávku odpovídajícím způsobem neomezili? Buďto ohřeje budovu nad projektovaný rámec, anebo se prostě vyvětrá. Pakliže snížíte energetickou náročnost budovy a neupravíte podle ní správně otopovou křivku, energetická účinnost se zákonitě zhorší, tedy sníží.
Z animace je patrné, že zvýšení energetické účinnosti lze dosáhnout po krocích a kombinovat opatření na vstupu i na výstupu (Alt.1) anebo jednoduše rovnou seřídit regulaci (Alt.2). Druhá možnost přináší menší úsporu tepla, ale při nesrovnatelně nižších investičních nákladech.
Termostatické ventily s hlavicemi
Z předchozích odstavců by laik mohl nabýt dojmu, že problematiku úsporného vytápění bezezbytku řeší ekvitermní regulace. Není tomu tak, ekvitermní neboli kvalitativní regulace je pouze první složkou kombinované výkonové regulace. Druhou je kvantitativní regulace, což jsou termostatické ventily na radiátorech ovládané termostatickými hlavicemi (souhrnná zkratka TRV).
A zdůrazňuji, jedna složka bez druhé kýžený efekt nepřináší.
Smyslem TRV je upravovat výkon radiátoru podle aktuální teploty v příslušném vytápěném prostoru. Když teplota stoupá nad stanovenou mez, výkon se postupně snižuje případně až na nulu, když teplota začne klesat směrem ke stanovené mezi, výkon se postupně zvyšuje případně až na 100 %. A tak stále dokola…
Princip TRV. Nahoře ukazatel stavu teploty v místnosti, dole výsledek ve formě úpravy kvantity (průtoku) topného média. Kvalitu (teplotu) topného média TRV neřídí.
Proč vlastně teplota vnitřního prostředí kolísá? Mohou za to tepelné zisky. Solární záření, odpadní teplo z provozu domácích spotřebičů, metabolické teplo od obyvatel domu, teplo uvolněné při používání teplé vody (hygiena, vaření). Objem tepelných zisků v čase je nepředvídatelný, značně proměnný a zcela nezávislý na meteorologických podmínkách, ekvitermní regulace je na ně tedy krátká.
Správně seřízená regulace dokáže zapojit maximum bezplatných tepelných zisků na úkor drahé dodávky tepla z teplárny. Výsledek se pak limitně blíží stavu, kdy součet tepelných zisků a dodaného tepla rovná se tepelným ztrátám. Schválně si zkuste hodnoty, které uvedený vztah splňují, dosadit do rovnice:
Pokud vám vyšla jednička, tedy účinnost 100 %, postupovali jste správně. A bezpochyby již tušíte, co je klíčem k dosažení vysoké energetické účinnosti. Není to instalace měřičů tepla ale plně funkční výkonová regulace.
Plně funkční znamená nastavená podle topenářského projektu a provozovaná bez jakýchkoliv uživatelských zásahů obyvatel domu. Že si chcete vnitřní komfort upravovat podle nálady? Proč ne, je to vaše volba, zda preferuje maximální uživatelskou variabilitu, za kterou si hold musíte připlatit, anebo maximální energetickou účinnost, která ovšem předpokládá podřízení se daným pravidlům. Oboje dohromady nejde!
Po těch, kteří vám slibují, že umí zařídit současně jedno i druhé, chtějte důkazy a záruku. Teoretiků, kteří na papíře sestrojili perpetuum mobile, je na světě spousta, papírem ale vždy končí…
Měření spotřeby tepla
Dalším nápadem Evropské komise, co měl zvýšit energetickou účinnost, je povinné měření spotřeby tepla v bytech. Měřit spotřebu tepla? On to snad někdo umí? Samozřejmě, že neumí, protože na měření tepla spotřebovaného na vytápění určitého prostoru neexistuje žádné měřidlo a troufám si tvrdit, že ani nikdy existovat nebude. Na jakém principu by asi fungovalo?
Pokud po přečtení předchozího odstavce otáčíte oči v sloup a říkáte si: „Proboha co je to za žvásty, my máme měřidla spotřeby na každém radiátoru už 30 let.“, tak vězte, že žijete v omylu. I kdyby poměrový indikátor byl měřidlem tepla kvality kalorimetru, tak to co měří, není spotřeba tepla, ale dodávka tepla!
Jestli se někam teplo dodá, neznamená to v žádném případě, že se tam i spotřebuje. Tady narážíme na „elektrikářské vidění světa“. Zatímco u elektroměru se dodávka rovná spotřebě, protože elektřina svévolně mezi jednotlivými byty nepřeskakuje a vždy se spotřebuje tam, kde z drátu vyleze, teplo si po domě putuje, jak se mu zamane, omezené pouze fyzikálními zákony.
Jakmile je v sousedství nižší teplota prostředí, vydá se tím směrem a nic ho nezastaví! Ani stěna ani strop. S touto vlastností tepla ovšem evropská legislativa nepočítá a instalace měřičů tepla, tak jak je znáte, vám nijak nepomůže.
Složky celkové tepelné bilance a jejich vliv na výslednou dodávku tepla. Červené šipky značí jakým směrem a jak hodně se teplo šíří v důsledku rozdílných teplot ve vytápěném a sousedícím prostoru. Na mezibytové transfery musí odpovídajícím způsobem reagovat také otopná soustava. Nahoře ukazatel změny dodaného tepla. Spotřeba se při stejné vnitřní teplotě nemění!
Typický byt v bytovém domě má 4 sousedy (nahoře, dole, vlevo a vpravo), se kterými si chtě nechtě vyměňuje teplo. Každý z těchto 4 transferů je neoddiskutovatelnou složkou výsledné spotřeby tepla v uvažovaném bytě. Pátou složkou je dodávka tepla z otopné soustavy.
Měří se tedy pouze jediná z pěti složek celkové bilance, a přesto se výsledek vydává za spotřebu tepla. Na jazyk se derou slova klasika: „Není to málo, Antone Pavloviči?“
Už slyším námitky typu, kolik tepla asi mezi těmi byty proudí, to určitě nestojí za řeč… Když uvážíte, že vnitřní zdi mají zhruba pětinásobně horší součinitel prostupu tepla než plášť objektu, tak to znamená, že při stejné ploše proteče skrz obě zdi stejné množství tepla tehdy, když teplotní rozdíl mezi sousedními byty bude pětkrát menší než ten mezi bytem a venkovním prostředím.
Jednoduchý příklad: V bytě máme 22 °C, venku jsou 2 °C, teplotní rozdíl je 20 °C, pětina z toho jsou 4 °C. Jestliže bude v sousedním bytě teplota vzduchu nižší o tyto 4 °C, tedy snadno uvěřitelných 18 °C, potom tepelná ztráta do exteriéru a k sousedovi bude úplně stejná. Tak je to marginálie nebo není?
Podobné „měření spotřeby“ nedává žádné relevantní informace o spotřebách tepla v bytech, nemůže mít tedy ani žádný přímý a ještě k tomu pozitivní efekt na cokoliv.
Má ale jeden nepřímý, zato veskrze negativní efekt – tepelné parazitování. Někteří lidé zneužívají stavu, že se přestupy tepla mezi byty ignorují, vypínají radiátory a nechávají se bezplatně vytápět svými sousedy skrz stěny a stropy. Spravedlnost tak dostává ránu přímo do vazu.
Korekce náměrů
Typickým rysem bytových domů jsou značné rozdíly v energetické náročnosti jednotlivých bytů. Byty ležící v exponovaných polohách mají podstatně vyšší nároky na vytápění než byty v polohách chráněných, a to z důvodu různých podílů obvodových a vnitřních konstrukcí. Na objekt se proto musí nahlížet jako na celek, kde jedny prostory vytvářejí druhým mocnou bariéru bránící únikům tepla.
Rozdílné energetické náročnosti se zohledňují prostřednictvím polohových koeficientů, kterými se korigují náměry měřidel. Zjednodušeně řečeno, bytům s vyšší náročností se trochu ubere, bytům méně náročným se trochu přidá. Výsledkem musí být SHODNÁ MĚRNÁ NÁROČNOST, tedy stejná potřeba tepla na ohřev každého metru krychlového vytápěného prostoru.
Pokaždé se najde někdo, kdo na předchozí odstavec reaguje stylem: rovnostářství, socialismus, díky, to už jsme tu měli. Tady se ale nejedná o rovnání výsledné spotřeby, ale o rovnání výchozí startovací čáry. Aby se všem měřilo od nuly, ne jednomu od minus deseti a jinému třeba od plus padesáti. Rovné podmínky pro všechny, žádný socialismus!
Legislativa vyžaduje provádět korekce na polohu, nijak ale nestanovuje minimální přesnost prováděných korekcí, což je velký nedostatek. Drtivá většina vlastníků bytových domů tak používá zcela nevhodné empirické polohové koeficienty, které by, jak naznačuje jejich název, měly vycházet z dosavadních zkušeností a jejich platnost by měla být následně ověřitelná. Zlaté voči!
Zohlednění vlivu rozdílné měrné energetické náročnosti v důsledku polohy bytu v domě. U jednotlivých bytů vyčíslena chybovost v závislosti na použité variantě polohového koeficientu.
Chybovost empirických polohových koeficientů se pohybuje v řádu desítek procent, neboť nevznikají fyzikálním výpočtem, ale pouhým odhadem. Navíc zcela ignorují legislativní požadavek, aby stejně velké prostory vytápěné na stejnou teplotní úroveň měly i stejné náklady na vytápění. Pseudo empirické koeficienty tohle zajistit prostě neumí!
Jako by nestačilo, že se instalace měřičů tepla provedla polovičatě. To málo, co se relativně přesně změří, je nakonec k ničemu kvůli chybným korekcím. I tak se to použije. Tímto způsobem se u nás rozúčtovávají miliardy korun ročně…
Princip rozúčtování nákladů na vytápění
Současný princip rozúčtování tepla mezi bytové jednotky bude pro každého, kdo zažil časy, kdy se ještě náklady dělily podle podlahové plochy, nepřehledný a těžko pochopitelný. Zvlášť poté, co narazí na skutečnou perlu v rozúčtovací legislativě – „meze normality“.
Jde o to, že žádný byt v bytovém domě nemůže mít měrnou spotřebu tepla menší jak 80 % a vyšší jak 200 % průměrné měrné domovní spotřeby. Když to nastane, posune se jeho spotřeba na hranici, přes kterou z daných mantinelů vypadl ven. Tušíte, proč se tato ničím nepodložená úprava objektivně získaných vstupů provádí?
Legislativou předepsaná úprava vstupů rozúčtování nákladů na vytápění v případech, kdy se výsledné hodnoty rozúčtování liší od průměrné hodnoty pro celý objekt více, než určuje vyhláška.
Odpověď je jednoduchá. V rozúčtování často vycházejí naprosté nesmysly a je potřeba zastřít, že výsledky odporují fyzikálním zákonům. Povinná instalace měřičů tepla musí být obhájena. Svádí se to na rozmařilé chování některých uživatelů v podobě přetápění a nadměrného větrání, pravou příčinou jsou ale skutečnosti popsané v předchozích kapitolách.
Podkladem rozúčtování není spotřeba, ale pouze jedna z pěti jejích složek. K zohlednění rozdílné energetické náročnosti se používají koeficienty, které vznikly pouhým odhadem a jsou v rozporu s legislativou i logikou. Veškeré vstupy rozúčtování jsou tudíž absolutně chybné! Uživatelé přirozeně na fatální chybu rozúčtování dávno přišli, a ti kteří mohou, ji využívají ve svůj prospěch a beztrestně kradou teplo svým sousedům.
Na místě je zrušit veskrze vadný princip rozúčtování, který staví zásady spravedlnosti na hlavu, a začít znovu a lépe.
Co jsme chtěli a co máme?
Chtěli jsme, aby náklady spojené s vytápěním byly co nejnižší a jejich rozdělení mezi jednotlivé uživatele co nejspravedlivější. Mediálně propagovaná instalace měřičů tepla ale na rozdíl od efektivního provozu otopné soustavy a přesného určení spotřeby tepla v jednotlivých bytech působí vysloveně kontraproduktivně.
Pro splnění prvního z požadavků se otopné soustavy vybavují kombinovanou výkonovou regulací. Až potud dobré. Zbytek už působí jako brainstorming party topenařinou nepolíbených náhodných kolemjdoucích. Samé naivní až hloupé nápady, které nejenže nevedou ke splnění druhého z požadavků – spravedlivého rozúčtování nákladů na vytápění, oni navíc dokonale eliminují dosavadní pozitivní přínosy výkonové regulace.
Výpočetní softwary krmíme nesmyslnými vstupy a čekáme, že z nich vypadnou bezvadné výsledky. Ve světě IT se tomuto přístupu říká GIGO – česky smetí dovnitř, smetí ven…
Graf vývoje stavu spravedlnosti a energetické účinnosti (nepřímo úměrná nákladům na vytápění) v důsledku jednotlivých kroků, které si buďto vyžádala legislativa anebo mediální tlak na spotřebitele. Vliv má pochopitelně i kvalita předpisů a volba nabízených řešení.
Takže suma sumárum? Objekty máme vybavené skvělými TRV, ale návody k jejich používání šíří lidé bez patřičné erudice. Proto technika neplní svoji funkci a ve finále tak nemáme ani efektivní a úsporné vytápění, ani spravedlivé rozúčtování nákladů.
Dobrou zprávou je, že navzdory všem dosavadním omylům existuje cesta, jak kýženého cíle dosáhnout. Nejprve ale stručná rekapitulace.
2 mouchy jednou ranou
Za stavu, kdy systém vzájemně provázaných činnost prokazatelně neplní svůj účel, tak jako v případě regulace a měření otopných soustav ústředního vytápění, máte dvě možnosti, co s tím dělat. Buďto můžete zkusit vady napravovat postupně, ovšem s rizikem, že oprava jedné části systému spustí dominový efekt nových problémů v jiných částech systému, anebo nad stávajícím systémem jednoduše zlomíte hůl a začnete úplně od začátku.
Pojďme si zrekapitulovat, z jakých částí se systém skládá, v čem je problém, a jak ho lze napravit?
- Ekvitermní regulace – hardware bude v pořádku, problémem jsou chybné parametry otopové křivky. Řešení je snadné – exaktní výpočet správných parametrů otopové křivky.
- Termostatické ventily – lze předpokládat, že ventily fungují bez problému, stačí ověřit, zda byly instalovány typy předepsané projektem, případně náhrada s obdobnými parametry. Při zjištění nesrovnalostí výměna kus za kus.
- Termostatické hlavice – budou jistě funkční, ale svůj účel neplní, neboť jim v tom brání neuvědomělé chování uživatelů. Vychovávat uživatele při tom, co do nich hustí média, je nemožné, řešením je nahradit manuální hlavice dálkově řízenými hlavicemi, které jsou před destruktivními zásahy uživatelů ochráněny. Získáte navíc bonus v podobě přesného teplotního senzoru poskytujícího podklad pro výpočet dosud ignorovaných složek spotřeby – přestupů tepla mezi sousedícími byty.
- Instalace měřičů tepla (kalorimetry, poměrové indikátory) – starší typy s manuálním odečtem musí být dle legislativy co nevidět vyměněny za dálkově odečitatelné, s nimiž už žádný problém není. Výhodou je, když datový přenos ze všech instalovaných měřidel (včetně vodoměrů a teplotních senzorů) zajišťuje jeden komunikační prvek, ale není to podmínkou.
- Polohové koeficienty – musí být stanoveny na základě fyzikálního výpočtu, cokoliv jiného je špatně. Řešením jsou bilanční polohové koeficienty, které jako jediné zaručují správné zohlednění rozdílné energetické náročnosti jednotlivých prostor. S jejich výpočtem lze spojit výpočet otopové křivky.
- Rozúčtování nákladů na vytápění – legislativou stanovený princip je vadný, ale když doplníte zjišťování dodaného tepla o přestupy tepla mezi byty a zjištěná data budete korigovat bilančními polohovými koeficienty, všem nelogickým úpravám se úspěšně vyhnete. Podmínkou je, že váš rozúčtovatel musí umět s podklady pro rozúčtování správně nakládat.
Souhrnná tabulka jednotlivých oblastí, které mají vliv na energetickou účinnost vytápění a spravedlivé rozúčtování nákladů na vytápění.
Dá se tedy postupovat jak po částech, tak vyřešit problém z jedné vody načisto. Zpravidla při tom nemusíte měnit již instalovaná zařízení, tedy pokud splňují legislativní požadavky. Pakliže chcete docílit alespoň elementární spravedlnosti, nevyhnete se doplnění systému o dálkově odečitatelné teplotní senzory. Dále máte na výběr – základní variantu řešící výhradně spravedlnost, anebo plusovou variantu řešící současně spravedlnost i úspory tepla.
Varianta Basic
Již instalovaná dálkově odečitatelná měřidla (poměrové indikátory na radiátorech nebo bytové kalorimetry) se doplní o teplotní senzory v obývacích pokojích coby referenčních místnostech. Pokud se k přenosu dat ze stávajících měřidel používá síť LoRaWAN, stačí teplotní senzory do této sítě přihlásit, jinak je nutné objekt vybavit datovou sběrnicí s připojením na internet. To je první krok ke spravedlnosti. Druhým je výpočet bilančních polohových koeficientů.
Varianta Basic v objektu se sdílenými stoupačkami, kde se dodané teplo měří poměrovými indikátory na otopných tělesech. Řešení pro objekty s bytovými kalorimetry je v podstatě identické, indikátory A budou nahrazeny jedním kalorimetrem na každý byt.
Jak to bude fungovat? Úplně jednoduše. Správce či rozúčtovatel průběžně získává a vyhodnocuje data z jednotlivých měřidel a senzorů. Výsledkem je skutečná spotřeba každého z bytů, tedy nejen teplo dodané otopnou soustavou, ale i teplo prostupující skrz mezibytové konstrukce. Toky od sousedů k vám se ke spotřebě přičtou, toky od vás k sousedům naopak odečtou.
Následně se tepelné bilance zkorigují pomocí bilančních polohových koeficientů, čímž se zohlední poloha bytu v rámci domu a z toho plynoucí energetická náročnost daného prostoru. V tento okamžik již instalace měřičů tepla dává smysl.
Nutno podotknout, že informace o teplotě vzduchu v referenční místnosti není tím úplně nejpřesnějším podkladem pro určení mezibytových transferů. Jde o základní investičně nenáročnou variantu. Její přesnost je zhruba 70 %, což je ale oproti stavu, kdy tyto informace nemáme vůbec, pořád obrovský posun vpřed. Komu by 70 % nestačilo, pro toho je tu varianta Plus.
Varianta Plus
Na radiátorech se vymění stávající manuální termostatické hlavice za dálkově řízené hlavice. Pokud se k přenosu dat z již instalovaných měřidel (poměrové indikátory na radiátorech nebo bytové kalorimetry) používá síť LoRaWAN, stačí nové hlavice do této sítě přihlásit, jinak je nutné objekt vybavit sběrnicí připojenou na internet. To je první krok ke spravedlnosti. Druhým je výpočet bilančních polohových koeficientů.
Varianta Plus v objektu se sdílenými stoupačkami, kde se dodané teplo měří poměrovými indikátory na otopných tělesech. Řešení pro objekty s bytovými kalorimetry je v podstatě identické, indikátory A budou nahrazeny jedním kalorimetrem na každý byt.
Jak to bude fungovat? Na rozdíl od předchozí varianty zde dostáváme úplné informace o teplotách ve všech místnostech bytu, mezibytové transfery lze tudíž vypočítat se 100% přesností. Tato rozšířená varianta je pochopitelně investičně nenáročnější, ale vedle spravedlnosti umožňuje navíc výrazně zvýšit efektivitu vytápění a tím ušetřit náklady na teplo.
Takto konfigurovaný systém totiž dává majiteli či správci objektu do rukou účinný nástroj pro eliminaci takového chování jednotlivých uživatelů, které je v rozporu s legislativou a v konečném důsledku vždy vede ke zbytečnému plýtvání teplem, na což jistou měrou doplácejí všichni obyvatelé domu.
Instalace měřičů tepla do objektů s ústředním vytápěním tedy není krokem úplně mimo, ale je třeba ještě leccos doplnit, aby se splnilo vše, co si od této úpravy slibujete.