Aj úsporné technológie je nevyhnutné používať rozumne

Moderné technológie môžu bez inteligentného používania vykazovať horšie charakteristiky ako staršie technológie. 

LED osvetlenie, kondenzačný kotol, tepelné čerpadlo či rekuperácia míňajú menej ako staršie technológie, no v rámci uspokojenia energetických potrieb bývania [1] míňajú naše dnešné domy či byty viac než kedykoľvek v histórii ľudstva. Dlhšie svietime, vykurujeme väčšie obytné priestory, dochádzame do vzdialenejšieho zamestnania, viac chladíme, mrazíme a klimatizujeme. Na príklade testovania chladničky však vidieť, ako na veľké úspory stačia často iba rozumné riešenia. 

Všetci poznáme tento cyklus: v mrazničke zamrazíme potraviny, aby sme ich pomocou plynu alebo elektriny zohriali/uvarili. Uvarené jedlo následne zachladíme (uskladníme v chladničke), aby sme ho potom mohli zohriať v mikrovlnnej rúre, až ho napokon zjeme. Výmena zastaranej mrazničky, chladničky či mikrovlnky za novú z energetickej triedy A+++ prinesie v takomto cykle prípravy jedla značnú úsporu energie, no pri uvarení a konzumácii čerstvo pripraveného jedla sa minie drasticky menej energie ako v prvom prípade. Podobne aj rozumné návyky v oblasti bývania prinesú omnoho väčšie úspory ako akákoľvek technologická, technická či stavebno-konštrukčná inovácia.

Keď „C“ je úspornejšie ako „A“

Chladničky a mrazničky sú v prevádzke 24 h denne 365 dní v roku, pričom v priemernej domácnosti majú v rámci spotrebičov najvyššiu spotrebu energie. Ich umiestnenie a nastavenie môže túto spotrebu znížiť na polovicu alebo, naopak, zdvojnásobiť (analogicky predĺžiť alebo skrátiť ich životnosť). Výber inteligentnej úspornej chladničky A++ preto nestačí, inteligentný musí byť aj jej používateľ. Rovnako to platí aj o iných inteligentných technológiách v budove, ktoré bez inteligentného používania môžu vykazovať horšie charakteristiky ako neinteligentné technológie, ktoré sa však používajú rozumne.

Na príklade testovania chladničky ukážeme vplyv ľudských návykov na energetickú spotrebu. V rámci série meraní sa testovala chladnička s mrazničkou Samsung RL56GSBSW (energetická trieda A+). Pri experimentoch sa merala teplota v miestnosti, teplota vzduchu v chladničke, teplota v mrazničke a teplota vo vnútri mäsa (v mrazničke). V simulačnom prostredí Matlab Simulink sa vytvoril model umožňujúci nastavenie stupňa vychladenia (vnútornej teploty chladničky aj mrazničky) a vonkajšej teploty.

Chladničku je vhodné umiestniť na najchladnejšie miesto

V neklimatizovaných domácnostiach kolíše vnútorná teplota v širokom rozpätí teplôt (od 18 °C v zimných mesiacoch až po 30 °C v letných mesiacoch). Vysoká teplota znamená zvýšené náklady na chladničku (mrazničku), pretože sa zvyšuje rozdiel teplôt medzi vnútrom chladničky a jej okolím.

Podľa zdravého sedliackeho rozumu je zrejmé, že chladnička spotrebuje tým menej energie, čím bude studenšie prostredie, v ktorom je umiestnená, pretože bude nižší rozdiel teplôt prostredia a chladničky.

Obr. 1 Spotreba elektrickej energie kombinovanej chladničky v závislosti od vonkajšej teploty

Prvé meranie sa zameralo na vyhodnotenie závislosti rastu spotreby energie od teploty prostredia (obr. 1). Z grafu je zrejmé, že ak v lete premiestnime chladničku z teplej slnečnej kuchyne do chladnejšej komory, znížime jej spotrebu približne o polovicu. Alebo ak v zime znížime teplotu miestnosti z 24 na 21 °C (neprekurujeme), spotreba energie sa zníži približne o 20 %. Vo všeobecnosti teda platí, že spotrebovaná energia je priamo úmerná teplote okolia chladničky, pričom zvýšenie izbovej teploty o 1 °C zvyšuje spotrebu približne o 6 % (oproti etalónovej spotrebe pri teplote 21 °C).

Stupeň vychladenia vs. spotreba energie

Súčasné chladničky umožňujú užívateľovi voľbu stupňa vychladenia, t. j. voľbu vnútornej teploty chladničky alebo mrazničky. Spravidla môžeme voliť z teplôt 2 až 10 °C pri chladničke a z teplôt –23 až –16 °C pri mrazničke. Podobne aj testovaný model chladničky umožňoval nastaviť stupeň vychladenia. V druhom meraní sa menila požadovaná teplota chladničky/mrazničky od najväčšieho vychladenia 2 °C/–21 °C po najmenšie vychladenie 10 °C /–16 °C.

Obr. 2 Spotreba pri rôznych teplotách vychladenia (pri teplote v miestnosti 21 °C) 

Podobne ako v predchádzajúcom prípade, pri zvyšovaní teploty vychladenia (znižovaní rozdielu teplôt – izbová teplota a teplota vo vnútri chladničky) klesá spotreba energie na chladenie. Ak napríklad zvýšime teplotu chladničky o 2 °C (zo 4 na 6 °C; pri mrazničke z –21 na –19 °C), zníži sa spotreba približne o 15 %. Spotrebovaná energia je priamo úmerná stupňu vychladenia, pričom zníženie teploty vychladenia o 1 °C zvyšuje spotrebu približne o 9 % (oproti etalónovej spotrebe pri teplote vychladenia 6 °C/–19 °C).

Výpadok a nábeh chladenia

Veľmi dôležitou charakteristikou chladiacich zariadení je udržanie chladu pri výpadku napájania, pretože čím pomalšie narastá teplota v chladničke/mrazničke, tým dlhší može byť výpadok napájania bez zmeny kvality chladených potravín (rozmrazenie atď.). Skúmali sme preto zmenu teplôt v chladničke/mrazničke po odpojení napájania. Vypnutie chladenia sme realizovali pri dvoch rozdielnych teplotách vzduchu v miestnosti (14 a 21 °C). Teplota v mrazničke sa menila takmer rovnako v oboch prípadoch (obr. 3), a to z toho dôvodu, že nami testovaná mraznička bola plná potravín (najmä mäsa), čo zapríčinilo veľkú tepelnú kapacitu.

Obr. 3 Porovnanie teplôt v mrazničke po vypnutí chladenia

Pri vypnutí chladenia sa však teplota v chladničke menila výrazne rýchlejšie pri vyššej izbovej teplote (obr. 4). Pri vyššej teplote v miestnosti (21 °C) sa zvýšila teplota v chladničke za 3 h až o 8 °C, pričom pri nižšej izbovej teplote (14 °C) sa teplota v chladničke zvýšila za rovnaký čas len o 4 °C (tento rozdiel oproti mrazničke je zapríčinený nižšou tepelnou kapacitou potravín a väčším povrchom chladničky v porovnaní s mrazničkou).

Obr. 4 Porovnanie teplôt v chladničke po vypnutí chladenia

Na obr. 3 a 4 možno vidieť, že pri opätovnom zapnutí chladenia je v prípade nižšej izbovej teploty čas vychladenia polovičný a usporí sa polovičná spotreba energie (obr. 5), pretože za rovnaký čas sa pri chladnejšom okolí oteplí chladnička výrazne menej. Vo všeobecnosti platí, že čím viac potravín je v chladničke, tým pomalšie rastie teplota po výpadku chladenia (napájania).

Obr. 5 Nábeh chladenia po odstávke (spotreba) 

Životnosť chladničky vs. teplota v miestnosti

Pri rôznych teplotách v miestnosti, ako aj pri rôznych módoch vychladenia bude pracovať chladiaci aparát chladničky rozlične dlhý čas. Je zrejmé, že pri nižšej izbovej teplote trvá cyklus vychladenia kratšie ako pri vysokých teplotách, pričom čas medzi dvomi cyklami chladenia bude dlhší pri menšom rozdiele teplôt izba/chladnička (mraznička) (obr. 6).

Obr. 6 Cyklus chladenia pri rôznych izbových teplotách

Podobné to bude aj v prípade maximálneho vychladenia v porovnaní s chladením na vyššie teploty – na obr. 7 vidieť rozdiel „chodu“ chladničky pri izbovej teplote 14/28 °C. Pri rovnakom cykle vychladenia chladí chladnička oveľa dlhšie pri vyššej izbovej teplote.

Obr. 7 Cyklus chladenia pri rôznych stupňoch vychladenia

Podobnú závislosť možno badať aj pri voľbe rôznych stupňov vychladenia. Pri znižovaní izbovej teploty, ako aj pri znižovaní stupňa vychladenia sa tak skracuje čas chladiaceho cyklu. Prepočet chodu chladiaceho zariadenia počas jedného dňa je znázornený na obr. 1 a 2 (h/deň).

Inteligentné umiestnenie zariadenia

Podľa predložených meraní má umiestnenie chladničky a jej správne nastavenie veľký vplyv na jej životnosť a spotrebu. Vo všeobecnosti môžeme konštatovať, že chladničku/mrazničku je vhodné umiestniť do čo možno najviac chladných miestností (ak je to možné a nezníži to komfort používania). V rodinných domoch môže premiestnenie mrazničky z teplej kuchyne do studenšej komory alebo pivnice priniesť viac ako 60-percentnú úsporu energie. Tieto úspory sú o to väčšie, o čo nižšia je energetická trieda chladničky/mrazničky. Za rok tak možno ušetriť desiatky eur bez toho, aby bolo nevyhnutné kupovať modernejšie zariadenie. Ak predpokladáme, že je na Slovensku milión domácností a každá z nich by takto ušetrila 10 % spotreby (t. j. 0,1 kWh), denne by sa ušetrilo 100 MWh elektrickej energie. V európskom meradle by tak takáto zdanlivo nepatrná úspora predstavovala výkon jedného jadrového reaktora.

Úsporná technológia používaná neúsporne

Prax jednoznačne ukazuje, že energetická spotreba dvoch identických domov (s rovnakým stavebno-konštrukčným riešením, technológiami TZB atď.) vykazuje mnohokrát dramaticky odlišné údaje. Tento rozdiel je zapríčinený hlavne rozdielnym (často nesprávnym) nastavením a používaním rovnakých technológií, pričom platí, že úsporná či inteligentná technológia používaná neúsporne (neinteligentne) míňa často viac ako „konvenčná“ technológia používaná inteligentne.

Rozumné a etické návyky pri stavbe a užívaní domov (bytov)

Nad akoukoľvek úspornou či inteligentnou technológiou stojí človek, ktorý jej potenciál môže využiť rozumne alebo nerozumne. Úsporný LED LCD televízor využívaný ako rádio (je zapnutý v obývačke, ale nesledujeme ho, pretože pripravujeme obed v kuchyni) míňa rádovo viac energie ako rádio, ktoré by sme počúvali v kuchyni.

Často sa spoliehame na úspornosť a inteligenciu danej technológie či zariadenia bez bližšej či akejkoľvek štúdie väzieb jej použitia na širší kontext nášho života. Tisícky prípadov praxe však jednoznačne potvrdzujú fakt, že inteligencia na strane užívateľa je stále dôležitejšia ako „smart“ či „eco“ označenie nasadenej technológie.

Z pohľadu etického využívania priestoru a energie je zásadné, aby bola už pri tvorbe projektu domu vytvorená tzv. letná a zimná zóna, ktorá v maximálnej miere využíva všetky pasívne prvky domu a okolia (orientácia a hmota domu, zatienenie či eliminácia vetrov okolitou vegetáciou – minimalizácia potreby klimatizácie a vykurovania).

V starších dispozične „nevhodne“ riešených domoch (najmä bytoch) existuje mnoho prekurovaných priestorov, napríklad šatník, špajza, chodby, toaleta atď., a to aj napriek tomu, že sa v nich nenachádzajú vykurovacie telesá (alebo sú tieto vykurovacie telesá či plochy „vypnuté“). Prekurovanie je výsledkom dispozície a vzniká v dôsledku tepelných ziskov z okolitých vykurovaných miestností. V praxi sa často stretávame s prípadmi, keď sú miestnosti s požadovanou najnižšou teplotou (napr. serverovne a pod.) nevedomky umiestnené do najteplejších častí budov, takže sa musia klimatizovať doslova nonstop.

Správna dispozícia, určenie účelu jednotlivých miestností a rozumné vykurovanie či chladenie priestorov v správnom čase [2] minie oveľa menej energie ako najúspornejšie tepelné čerpadlo použité v priestoroch, ktoré nie sú správne využité a vykurované/klimatizované.

Krátke sprchovanie miesto vaňového kúpeľa ušetrí takmer 70 % vody a tým pádom aj rovnaké množstvo energie na jej ohrev. Výmena starého plynového kotla za nový kondenzačný so špičkovou riadiacou technikou prinesie v porovnaní s tým úsporu približne 10 až 15 % [3].

Zmena našich návykov a použitie zdravého sedliackeho rozumu pri využívaní energie tak môže výrazne znížiť našu energetickú spotrebu. Každý môže urobiť malé zmeny vo svojich bežných návykoch bez toho, aby sa jeho život obrátil naruby. Ak sa tieto malé zmeny spoja, môžu prispieť k veľkej globálnej zmene.

Obrázky: autor, isifa/Shutterstock

Ing. Stanislav Števo, PhD.
Autor sa venuje návrhom udržateľných stavieb a automatizácii budov.

 
Literatúra
1. Števo, S.: Energetika bývania v globalizovaných domoch In: TZB Haustechnik, roč. 25, č. 1 (2017), s. 32 – 35.
2. Števo, S.: Efektívne riadenie zákuru. In: iDB Journal, roč. 2, č. 6 (2012), str. 24 – 25.
3. Radimak, E.: Kondenzačný kotol: je naozaj taký úsporný? Vykurovanie a osvetlenie, 23. októbra 2014, dostupné online: https://www.setri.sk/kondenzacny-kotol-je-naozaj-taky-usporny/.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 3/2017.