Denostupňová metoda – přednosti, nejistoty měření

Ing. Karel Hoder, ÚAMT-VUT Brno

 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 bytů. 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 časová 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.

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:

  1. Teplo není dodáváno do bytu jedinou cestou, ale vstupuje do bytu také z rozvodů topného média a přes stěny ohraničující byt.
  2. Byty v nájemním domě jsou rovnocenné, tedy jejich cena nezávisí na poloze v domě.
  3. Nájemce bytu nemá vliv na konstrukční provedení tepelných izolací.

 2. Nejistoty měření podílu spotřeby tepla

Nejistota určení rozložení nákladů denostupňovou metodou je vytvářena možným zásahem uživatele do tepelné izolace bytu (větrání otevřením okna). Metoda měření sama o sobě nestimuluje uživatele k minimalizaci, avšak dlouhodobé otevírání okna podléhá veřejné kontrole spolubydlících, je viditelné zvenčí. Nezbytnost regulace teploty otevíráním okna odpadá je-li zajištěna regulace jiným způsobem, např. termostatickými ventily.

Druhou příčinou nejistoty měření touto metodou jsou zdroje odpadního tepla, zejména elektrických a plynových spotřebičů. Odhad jejich příspěvku k energetické bilanci spolu s teplem produkovaným obyvateli je v tabulce 1. Věrohodnost odhadu rozptylového výkonu spotřebičů je potvrzena celkovou spotřebou elektřiny a plynu za topné období. Typická 4-členná rodina spotřebuje za topné období 705 kWh elektrické energie a 69 m3 zemního plynu tj. cca 655 kWh. Tyto energie znamenají střední rozptýlený výkon 148 W resp. 138 W. Podíl jednotlivých položek v tabulce je určen z normativní náročnosti bytu o ploše 60 m2, střední venkovní teplotu 5 oC a střední vnitřní teplotu 20 oC: 0,5 GJ/m2 za topné období. Celkový příspěvek energie 23,9% uvedený v tabulce nelze považovat za nejistotu měření. Vzhledem k obvyklému počtu uživatelů bytu lze odhadnout chybu měření způsobenou odpadním teplem na maximálně polovinu, tj. ±12 %. Nejistotu měření lze dále podstatně snížit korekcí náměru denostupňů naměřenou spotřebou elektrické energie a objemu plynu. Výsledná nejistota je pak způsobena jen rozptylem energie metabolizmu, tedy proměnným počtem obyvatelů bytu. V naší analýze je to cca ± 3,9 %.

Odhad nejistoty určení poměrných nákladů na vytápění může být diskutován vzhledem k jiným používaným metodám. Porovnávat je možné jen výsledky analýzy srovnatelně podrobné. Zde jen poukáži na největší možné příčiny nejistot:

Metody založené výhradně na měření tepla dodaného soustředěnou cestou (např. potrubím) jsou výrazně zatíženy rozptylem náměrů v důsledku nestejné izolace bytů vzhledem k venkovnímu okolí a nezanedbatelnými přestupy tepla mezi sousedními byty při jejich rozdílných teplotách. Poměr spotřebovaného tepla ve stejných bytech umístěných na okraji domu pod střechou a bytu vnitřního snadno dosáhne hodnoty 2 až 4 (200 až 400 %) [4]. Např.vytápění ložnice obývacím pokojem sousedního bytu je často uspokojivé již od venkovní teploty –20oC. Je-li plocha takové ložnice 20% celkové plochy bytu, pak uživateli ložnice vznikne úspora téměř 20% na úkor zvýšení nákladů sousedního uživatele. Poloha bytu je běžně korigována opravnými koeficienty stanovenými spíše odhadem než na základě měření skutečných podmínek. Cílem určení koeficientů je snížit rozdíly náměrů na stejnou úroveň střední teploty bytů, to znamená přiblížit výsledný rozpočet rozpočtu podle metody denostupňů.

Třetím zdrojem nejistoty měření jsou technicko-ekonomické možnosti samotného měřicího zařízení. Předpokládejme centrální sběr údajů, pak nejméně náročné na interní instalaci signálových vedení je měření střední teploty v jednom, nejvýše dvou místech v bytě. Tyto body jsou obvykle blízké centrální šachtě a není tak třeba provádět instalaci v obytných místnostech. Samozřejmě, zejména v nové výstavbě, lze měřit samostatně teplotu každé místnosti a střední teplotu počítat v bytovém procesoru nebo protažením odporového snímače teploty (např. Cu-vodiče) všemi místnostmi, výsledný přírůstek odporu je úměrný střední teplotě bytu. Taková úprava snímače prakticky zcela vylučuje možnost záměrného snížení jeho teploty [5]. V instalacích nové výstavby lze rovněž použít čidla uzavření oken, event. rozšířit systém o další prvky (např. zobrazení teploty místnosti a venkovní v obývacím pokoji apod.).

Zdroj Výkon [W]

Doba působení [h]

Násobek Pstř [W] Pstř / Pcelk Pozn

Dospělý člověk

100

6

2

50

2,8

 

Neplacená

Dítě

70

6

2

35

2,0

energie

Spící člověk

50

8

2

33

1,9

7,8 %

Spící dítě

30

8

2

20

1,1

 

Vysavač

1500

1/týden

1

9

0,5

 

Lednička

50

24

1

50

2,8

Součet 8,1 %

Počítač

100

1

1

4

0,2

 

Televizor

80

4

1

20

1,1

 

Světlo

150

4

1

33

1,9

 

Žehlička

1000

0,5

1

28

1,6

 

Vaření (plyn)

2200

1,5

1

137

7,8

7,8 %

Celkem

----------

----------

---------

419

23,9

--------------

Tabulka 1. Odhad odpadních zdrojů tepla v bytě.

  5. Závěr

Kvalita měření energetického podílu na vytápění bytů bytového domu není dominantně určena technickými parametry přístrojového vybavení, ale řadou dalších okolností. V tomto příspěvku je poukázáno na nejdůležitější měření denostupňovou metodou. V porovnání s metodami založenými na měření dodané energie jsou nejistoty denostupňové metody výrazně menší. Podrobnosti o provedené analýze nalezne zájemce ve [4].Jestliže metody založené na měření dodané energie jsou korigovány pomocí odhadových koeficientů na dosažení obvyklé tepelné pohody, pak je zřejmé, že přímé měření tepelné pohody je nejméně postiženo nepřesností odhadu korekčních koeficientů. Dalším hlediskem pro výběr měřicí metody je technická realizovatelnost moderními prostředky. Díky rozvoji elektroniky a komunikací dostávají se do popředí metody automatizovaného měření a odečtu náměrů. Je zřejmé, že těmto snahám velmi dobře vyhovuje měření střední teploty bytu. Zkušenosti s využíváním metody denostupňů jsou předmětem příspěvku na jiném místě sborníku.

 Literatura

[1] Hoder K., Los M.: Měření, odečet a účtování spotřeby vody a energií v bytovém domě. Automa, č.4, 2001, str.12.
[2] Los M., Hoder K.: Účtování tepla uživateli bytu podle denostupňů. Teplo & Peníze č.8/1997, str 134..140.
[3] Los M., Hoder K.: Tepelná pohoda - podklad pro účtování nákladů za teplo. Energie & Peníze, č.5-6/2000.
[4] Hoder K.: Nejistoty rozdělení nákladů na vytápění. Energie & Peníze, č. 6, 2001, str.196.
[5] Hoder K.: Tepelná pohoda v bytě jako měřítko spotřeby energie. Automatizace č. 1, 1992, str. 8.