Energooszczędne budynki. Technologie, produkty, rozwiązania podnoszące efektywność energetyczną w budynków

Fot. 1. Trihal - wysokosprawny transformator Schneider Electric

Mówiąc o rozwiązaniach podnoszących efektywność energetyczną w budynkach, powinno się zacząć ich omawianie od samej konstrukcji obiektów. Przemyślany projekt, dobór odpowiednich materiałów, sposób ocieplenia czy wybór okien o dobrych właściwościach cieplnych oraz sposób ich montażu to podstawowe kroki, które należy wykonać, aby nasz obiekt stał się budynkiem energooszczędnym.

Kolejnym istotnym aspektem jest dobór rozwiązań technologicznych, tj. źródeł ciepła i chłodu czy sposobu zasilania i oświetlenia. Powinna być także przeprowadzona analiza możliwości wykorzystania nowoczesnych rozwiązań jak pompy ciepła czy źródeł energii wiatrowej lub słonecznej. Dbałość o użycie wysokosprawnych urządzeń z zakresu chłodnictwa, ogrzewnictwa, wentylacji, oświetlenia czy instalacji elektrycznych jest nieodzowna.

Warto wiedzieć, że w budynkach około 30% energii zużywane jest przez silniki, a koszt zakupu silnika oraz jego serwis stanowią niewielką część ogólnych kosztów w stosunku do kwoty, jaką pochłonie koszt zakupu energii. Rozpatrując okres 15 letniej pracy silnika koszt zakupu energii elektrycznej stanowi statystycznie 97% całkowitych poniesionych kosztów.

Oprócz inwestycji w dobrej jakości silniki powinno się zainwestować w przemienniki częstotliwości nimi sterujące (popularnie zwane falownikami), które mogą ograniczyć zużycie przez silnik energii elektrycznej do 50%. Należy również zwrócić uwagę na kompensację energii biernej poprzez zastosowaniu baterii kondensatorów (pozwala zmniejszyć rachunek za energię bierną) czy inteligentnym zarządzaniu energią w przypadku jej zaniku poprzez systemy SZR (załączania rezerwy).

Istotnym elementem są też stacje transformatorowe. Zainwestowanie w wysokosprawne transformatory zwraca się nawet po roku. Musimy mieć świadomość, że nawet najnowocześniejsze i wysokosprawne urządzenia mechaniczne nie spełnią swojej roli, jeśli nie są w odpowiedni sposób sterowane.

Zarządzanie w inteligentny sposób wentylacją, węzłem cieplnym, węzłem chłodu czy oświetleniem gwarantuje nam optymalne wykorzystanie technologii, w którą zainwestowaliśmy na etapie budowy.

Aby to uczynić, niezbędnym będą urządzenia i rozwiązania składające się na nadrzędny system BMS (Building Management System). Są nimi m.in.:

• urządzenia automatyki (tj. czujniki, zawory, siłowniki, przemienniki częstotliwości, itd.),
• sterowniki swobodnie programowalne (urządzenia, które realizują algorytmy regulacji oraz zbierają sygnały monitoringu),
• stacje operatorskie wraz z systemem nadzoru (dedykowany system zaimplementowany na komputerze klasy PC, z poziomu którego operator ma wgląd w instalacje techniczne budynku).

Tym, czego oczekujemy od nadrzędnych systemów sterowania, to przede wszystkim zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych budynku. Poprzez zastosowanie centralnego systemu sterowania instalacjami HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), instalacją oświetleniową i monitoringu energii uzyskujemy następujące korzyści:

• zmniejszamy niezbędną częstotliwość obsługi technicznej budynku,
• jesteśmy w stanie odpowiednio wcześnie rozpoznać stany awaryjne lub zapobiec ich skutkom,
• w racjonalny sposób uelastyczniamy gospodarkę energetyczną budynku.

Fot. 2. Altivar - przemienniki częstotliwości Schneider Electric

Niestety rzeczywistość pokazuje, że w większości przypadków posiadacze systemów BMS nie potrafią z nich korzystać. Systemy nadzoru są oknem na część techniczną budynku. Oknem, przez które uważny obserwator powinien nieustannie wypatrywać możliwych do przeprowadzenia prac modernizacyjnych w celu usprawnienia działania i obniżenia kosztów eksploatacji budynku.

Usprawnienia powinny obejmować m.in. budowanie harmonogramów czasowych pracy urządzeń, zmiany algorytmów sterowania i nastaw, analizowanie i wykorzystywanie funkcji diagnostycznych, co szybko i sprawnie niweluje skutki awarii lub jej zapobiegnie. Umiejętność wykorzystania wygenerowanych raportów oraz analiza trendów zmiennych wielkości (choćby temperatury) - to podstawowe umiejętności, jakimi powinien legitymować się pracownik obsługi systemu BMS.

Niezwykle ważnym, ale ciągle niedocenianym aspektem budowania energooszczędnego, jest rozbudowany system opomiarowania. Pomiary powinny dotyczyć wszelkich mediów - tj. prądu elektrycznego, wody i gazu. Odpowiadając na pytanie, jakie korzyści mogą płynąć z zainstalowania wielu liczników na obiekcie, warto wspomnieć przede wszystkim o bezcennej możliwości budowania wiedzy na temat tego gdzie, kiedy i w jakich ilościach energia jest zużywana.

Nie posiadając zaawansowanego systemu monitoringu nie wiemy, gdzie zużywamy najwięcej energii i dlaczego oraz nie potrafimy dostrzec stanów anormalnych. Właściwie uniemożliwia nam to postęp w poprawie bilansu energetycznego w budynku. Pozytywnym zjawiskiem jest coraz częstsze poszerzanie funkcjonalności systemów BMS o monitoring elektroenergetyczny.

Możliwość zdalnego wysterowania wyłączników, układów SZR czy monitorowanie stanów aparatów elektrycznych i UPS-ów pozwala na usprawnienie działań podczas awarii lub wykrywaniu stanów tuż przed awarią. Podobnie jest w przypadku analizatorów sieci elektrycznej, które oprócz podstawowych funkcji takich jak pomiar zużycia energii przez poszczególne obszary w budynku bądź poszczególnych najemców, mogą przekazać nam informacje choćby na temat jakości dostarczanej energii elektrycznej.

W budynku obok instalacji HVAC obszarem, na który mamy realny i znaczący wpływ poprzez zaawansowane systemy sterowania, a który generuje duże zużycie energii, jest instalacja oświetleniowa - zarówno wewnętrzna. jak i zewnętrzna. Podstawowym krokiem ku zmniejszeniu zapotrzebowania energii przez nią jest zastosowanie wysokiej klasy opraw oświetleniowych (efektywny odbłyśnik, energooszczędne źródło światła, elektroniczny statecznik, itd.).

Następna decyzja powinna dotyczyć zastosowania systemów sterowania oświetleniem. Mogą to być systemy oparte o KNX czy DALI, które oprócz funkcjonalności zdalnego załączania i wyłączania, oferują poprawę komfortu poprzez zintegrowane sterowanie scenami świetlnymi z roletami czy ekranami w salach konferencyjnych bądź pokojach biurowych.

Fot. 3. Tac Vista - schemat strukturalny system nadzoru Schneider Electric

Podstawową cechą tych systemów, która bezpośrednio wpływa na obniżenie rachunków za energię elektryczną, jest możliwość sterowania natężeniem oświetlenia z wykorzystaniem czujników ruchu, obecności czy luksomierzy. Jest to jednak kosztowne rozwiązanie. Tańszym, prostszym, aczkolwiek generującym mniejsze oszczędności jest zastosowanie sterowania centralnego (np. z poziomu BMS) rozszerzone o sterowanie lokalne z wykorzystaniem czujników.

Zdalne automatyczne załączanie, wyłączanie i monitoring oświetlenia czy zastosowanie czujników ruchu w ciągach komunikacyjnych i na klatkach schodowych eliminuje czynnik ludzki, który jest dominującą przyczyną zwiększonego zużycia energii przez instalacje oświetleniową. Energooszczędny budynek w dobie nieustannie rosnących cen energii przestaje być jedynie medialną wizytówką inwestorów, ale przede wszystkim może przynieść realne oszczędności dla użytkowników i zwiększyć atrakcyjność obiektu, co ma bezpośrednie przełożenie na zyski właścicieli.

W najbliższym czasie najemca poszukujący przestrzeni biurowej będzie zwracał coraz większą uwagę na koszta eksploatacyjne. Właściciele budynków, które nie były budowane zgodnie z ideą efektywności energetycznej, będą musieli przykuć uwagę potencjalnych klientów np. obniżeniem czynszu, co będzie miało bezpośrednie przełożenie na ich zyski.

Z kolei inwestorzy użytkujący wybudowane przez siebie budynki, poszukując redukcji kosztów własnych będą prawdopodobnie żałowali, że zawczasu nie zainwestowali w energooszczędne rozwiązania w swoim budynku.

Schneider Electric
www.schneider-electric.pl