ANALIZA RABE ENERGIJE NA PODROČJU SPTE IN OVE

Transcription

1 Igor Topolič ANALIZA RABE ENERGIJE NA PODROČJU SPTE IN OVE (magistrsko delo) Maribor, marec 2016

2 ANALIZA RABE ENERGIJE NA PODROČJU SPTE IN OVE (magistrsko delo) Študent: Igor Topolič, univ. dipl. inž. el. Mentor: red. prof. dr. Josip Voršič Somentor: red. prof. dr. Jože Pihler Lektoriral: Štefanija Krhlanko prof. slov.

3

4 Zahvala Zahvaljujem se prof. dr. Jožetu Voršiču za pomoč pri izdelavi magistrskega dela. Zahvaljujem se ženi Mateji za podporo in ljubezen v življenju ter razumevanje v času študija. Zahvaljujem se vsem, ki pripomorete k temu, da je Svet lepši. ii

5 ANALIZA RABE ENERGIJE NA PODROČJU SPTE IN OVE Ključne besede: energetska učinkovitost stavb, energetska izkaznica, analiza SPTE in OVE UDK: : (043) Povzetek Raba energije v preteklosti je pomenila stopnjo razvitosti določene skupnosti, regije ali države. Kasneje so razvitost držav merili ali primerjali z bruto domačim proizvodom. V zadnjem obdobju, ko si želimo razviti visoko učinkovito in nizkoogljično družbo, pa se razvitost določenih subjektov kaže v učinkoviti rabi energije. V magistrskem delu so predstavljeni, analizirani in na praktičnih primerih uporabljeni ukrepi, ki smo jih na podlagi evropskih smernic že vpeljali v slovensko zakonodajo na področju energetske učinkovitosti stavb. Omenjeni ukrepi bodo v prihodnje pripomogli doseči cilj visoke učinkovitosti in samozadostnosti in so nadgradnja že dobro poznanih tehnologij kot so kogeneracije, toplotne črpalke in sončne elektrarne, ali pa so plod novih tehnologij in dognanj na področju energetike (skoraj nič energijske stavbe, neto meritve). V sklepnem delu je podana analiza hipotez in razmišljanje o učinkih posameznih ukrepov, tako dobimo celostno podobo aktualnega dogajanja na nekaterih področjih energetske politike. iii

6 ANALYSIS OF A USE OF ENERGY IN THE FIELD OF CHP AND RES Key words: energy performance of buildings, energy performance certificate, CHP and RES analyses UDK: : (043) Abstract In the past, a level of development of a certain community or a country was reflected in the use of energy. Later on, economic development was measured or compared using the GDP. Nowadays, as we wish to build a highly efficient and low carbon society, the development of certain subjects is reflected in the efficient use of energy. This Master s thesis presents, analyzes and shows practical examples of measures in the field of energy performance of buildings that were, based on the European guidelines, already adopted in the Slovenian legislation. In the future, these measures will help achieve high efficiency and self-sufficiency and are an upgrade to the well-known technologies, such as cogeneration, heat pumps, and solar power plants, or are a product of new technologies in the energy sector (nearly-zero energy buildings, net measurements). In the conclusion, the analysis of hypotheses and the remarks on the effects of individual measures are presented to show the current situation in the certain fields of energy policy. iv

7 KAZALO 1 UVOD OPREDELITEV PROBLEMA CILJI IN RAZISKOVALNE HIPOTEZE EVROPSKA IN SLOVENSKA ZAKONODAJA NA PODROČJU URE EVROPSKA ZAKONODAJA SLOVENSKA ZAKONODAJA ZASNOVA RABE ENERGIJE V OBJEKTU (URE - nzeb) SPLOŠNE ZNAČILNOSTI nzeb - SKORAJ NIČ ENERGIJSKA HIŠA nzeb - GRADNJA ALI PRENOVA PREHOD TOPLOTE SKOZI STENE OBJEKTA STAVBNO POHIŠTVO TESNENJE IN SISTEM PREZRAČEVANJA TOPLOTNI MOSTOVI MERITVE - nzeb, EI MERJENA ENERGETSKA IZKAZNICA RAČUNSKA ENERGETSKA IZKAZNICA RAČUNSKA ENERGETSKA IZKAZNICA - SPLOŠNO RAČUNSKA ENERGETSKA IZKAZNICA - IZDELAVA OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE V nzeb SPTE - SOPROIZVODNJA TOPLOTE IN ELEKTRIKE SPTE - KOGENERACIJA PRISTAN TRIGENERACIJA TOPLOTNA ČRPALKA VIRI TOPLOTE IN NJIHOVE ZNAČILNOSTI NAČINI OBRATOVANJA TOPLOTNIH ČRPALK SONČNE ELEKTRARNE SPLOŠNO UGOTAVLJANJE UČINKOVITOSTI FINANČNI VIDIKI IN ORGANIZACIJSKI UKREPI nzeb IZBIRA CENOVNO UGODNEGA DOBAVITELJA ENERGIJE IZBIRA USTREZNE ODJEMNE SKUPINE NET METERING (NETO MERITVE) v

8 TEHNIČNE LASTNOSTI NETO MERITVE - NAMEN IN VPLIVI RAZPRAVA 93 8 ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA PRILOGE 100 vi

9 KAZALO SLIK Slika 3.1: Pretvorba primarne energije Slika 3.2: Zasnova nzeb 12 Slika 3.3: Izračun primarne energije Slika 3.4: Prehod toplote skozi zunanje stene. 16 Slika 3.5: Oblike prehoda toplote pri stavbnem pohištvu. 20 Slika 3.6: Vplivi na stavbni element. 21 Slika 3.7: Prezračevanje v stavbi.. 21 Slika 3.8: Blowerdoor test - test zrakotesnosti Slika 3.9: Termografski posnetek pokaže napake na ovoju stavbe.22 Slika 3.10: Toplotni most talne konstrukcije (porazdelitev temperature). 24 Slika 3.11: Izolacija temeljne plošče Slika 3.12: Priključne omarice predirajo toplotni ovoj Slika 4.1: Merjena energetska izkaznica Slika 4.2: Energijski kazalniki merjene energetske izkaznice 29 Slika 4.3: Zasnova rabe energije v stavbi Slika 4.4: Osnovni podatki stanovanjskega objekta Slika 4.5: Določitev X,Y koordinat s pomočjo Atlasa Okolja. 35 Slika 4.6: SIST EN ISO sistem določanja mer. 35 Slika 4.7: ArchiMAID Fibran Slika 4.8: Kazalniki računske EI Slika 5.1: Kogeneracijski sistem z batnim motorjem Slika 5.2: Shema SPTE z diagramom pretvorbe energije. 41 Slika 5.3: Sinhronski generator tip AVK DIG 120 in SN blok Slika 5.4: Shema sorpcijskega hladilnega procesa Slika 5.5: Shema trigeneracijskega sistema Slika 5.6: Zimski in letni način obratovanja trigeneracije.. 47 Slika 5.7: Višek energije Slika 5.8: Shematski prikaz delovanja levega krožnega procesa. 51 Slika 5.9: Shematski princip delovanja toplotne črpalke Slika 5.10: Lamelni cevni uparjalnik vii

10 . Slika 5.11: Ploščati prenosnik toplote Slika 5.12: Ekspanzijski ventil Slika 5.13: Hermetično zaprt cevni kompresor.. 54 Slika 5.14: Prijavno okno v program Slika 5.15: Osnovno okno programa Slika 5.16: Pregled rubrike Poročila - tekoči mesec. 65 Slika 5.17: Pregled proizvodnje pretekli mesec.. 66 Slika 5.18: Pregled proizvodnje pretekli mesec (višja in nižja tarifa) 66 Slika 5.19: Dnevni pregled proizvodnje (oblačno vreme) Slika 5.20: Dnevni pregled proizvodnje (jasno vreme) Slika 5.21: Pregled mejnih vrednosti za določeno obdobje Slika 5.22: Pregled proizvodnje za določeno obdobje v urejenem diagramu...68 Slika 6.1: Priključna shema naprave za samooskrbo Slika 6.2: Sistem samooskrbe viii

11 .. KAZALO TABEL Tabela 4.1: Vhodni podatki..27 Tabela 4.2: Faktorji pretvorbe za izračun primarne energije.. 27 Tabela 4.3: Dobljeni rezultati pri merjeni EI..29 Tabela 4.4: Stavbe pri računski EI razvrščamo v razrede od A1 do G Tabela 5.1: Proizvodnja MFE TOPOLIČ..69 Tabela 6.1: Odjemne skupine in pripadajoče tarifne postavke..85 Tabela 6.2: Podatki o odjemni skupini na danem merilnem mestu ix

12 . KAZALO DIAGRAMOV Diagram 3.1: Primerjava različnih energijskih zasnov stavbe Diagram 3.2: Prehod toplote skozi zunanje stene...19 Diagram 3.3: Prehod toplote skozi zunanje stene ob upoštevanju zunanje projektne temperature za določen kraj v Sloveniji Diagram 5.1: Potek temperature zemlje skozi letna obdobja Diagram 5.2: Monovalentno obratovanje TČ Diagram 5.3: Bivalentno alternativno obratovanje TČ Diagram 5.4: Bivalentno vzporedno obratovanje TČ. 59 Diagram 5.5: Bivalentno delno vzporedno obratovanje TČ.. 59 Diagram 5.6: Proizvodnja sončnih elektrarn v letih od Diagram 5.7: Inštalirana moč sončnih elektrarn v letih od Diagram 5.8: Proizvodnja MFE TOPOLIČ (obdobje ) 69 Diagram 5.9: Mesečna proizvodnja obdobje Diagram 5.10: Proizvodnja obdobje 2013 dosežena Diagram 5.11: Najboljša in najslabša karakteristika za l Diagram 5.12: Mesečna proizvodnja obdobje Diagram 5.13: Proizvodnja obdobje 2014 dosežena Diagram 5.14: Najboljša in najslabša karakteristika za l Diagram 5.15: Mesečna proizvodnja obdobje Diagram 5.16: Proizvodnja obdobje 2015 dosežena. 75 Diagram 5.17: Najboljša in najslabša karakteristika za l Diagram 5.18: Povprečna proizvodnja v obdobju Diagram 5.19: Najboljše karakteristike v obdobju Diagram 5.20: Proizvodnja v obdobju Diagram 5.21: Skupna proizvodnja v obdobju Diagram 5.22: Skupna proizvodnja v odstotkih Diagram 5.23: Skupna proizvodnja v letu Diagram 6.1: Strošek uporabe omrežja (brez prispevkov) grafični prikaz Diagram 6.2: Strošek uporabe omrežja (vključeni prispevki) grafični prikaz 86 x

13 UPORABLJENE KRATICE PURES EPBD IEC URE OVE SPTE ZGO ZVO ISO TSG TČ EI SSE MSE SODO TSV EPS nzeb MFE PR PHPP ELV KP - Pravilnik o učinkoviti rabi energije za stavbe - Directive on Energy Performance of Buildings - International Electrotechnical Commission - Učinkovita raba energije - Obnovljivi viri energije - Soproizvodnja toplote in elektrike - Zakon o graditvi objektov - Zakon o varstvu okolja - International standard organisation - Tehnična smernica - Toplotna črpalka - Energetska izkaznica - Sprejemniki sončne energije - Mala sončna elektrarna - Sistemski operater distribucijskega omrežja - Topla sanitarna voda - Ekspandirani polistiren - Nearly zero energy buildinings - Mala fotovoltaična elektrarna - Performanceratio - Metoda za določanje pasivne gradnje - Mala napetost - Kvalificirani proizvajalec xi

14 1 UVOD 1.1 OPREDELITEV PROBLEMA Energija postaja eden ključnih dejavnikov sedanjega in prihodnjega časa, kar pomeni, da vedno več pozornosti namenjamo njeni učinkoviti rabi. Trditev lahko podkrepimo na vsakem koraku, ko se srečujemo z najrazličnejšimi oblikami ozaveščanja, opominjanja, predstavljanja in izrabljanja njenih različnih oblik. V stik z njo prihajajo že naši najmlajši člani, ko jih vztrajno učimo, kako se ugašajo luči in zapirajo vrata, kot tudi najstarejša populacija, ki vsako leto skrbno načrtuje prihodnjo kurilno sezono. Od takšne preproste razlage se pojem energija razvije na najrazličnejša področja, ki so po vsem svetu ključna na najvišjih nivojih marketinga, razvoja in vodenja. Dejstvo, da je aktualna svetovna kriza zgolj oplazila ali pa se je v celoti izognila vodilnih, srednjih, kot tudi manjših podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo, distribucijo oz. prodajo raznih oblik energije, govori samo zase. Eden najzahtevnejših in ključnih problemov je pravilna raba energije. Namenoma sem izbral besedno zvezo pravilna raba, ki je zelo širok pojem, vendar predstavlja na samem začetku premislek, za kakšno vrsto primarne energije naj se odločimo v odnosu do procesa in danih pogojev, ki s trenutnimi tržnimi razmerami v medsebojni povezavi tvorijo končni produkt. Ter kasnejša realizacija zastavljenih načrtov in dokončna ciljna raba energije, ki nato preide v razgradnjo ali reciklažo oziroma ostane neizrabljena in se odvede v okolje z najrazličnejšimi izpusti. Pravilna raba energije tako v grobem pomeni dobro poznavanje procesa, ki ga želimo izpeljati v korelaciji s pravilno izbrano tehnologijo, odnosno z danimi tržnimi razmerami. Predvsem tržne razmere in ekonomska politika predstavljata največje breme v pojmu pravilne rabe energije, saj je ozaveščenost na tem področju za zdaj še na precej nizki ravni. Je pa res, da se ozaveščenost dviguje, vendar zelo različno po predelih in panogah. Če k navedenemu dodamo še nizko raven morale in kulture današnje družbe, kaj hitro naletimo na mnoge primere slabe prakse dobrih poizkusov na področju URE (učinkovite rabe energije). Omenjeni primeri slabih praks se nato kot virus širijo po širini, njihove posledice pa nas relativno hitro dohitijo in povzročajo škodo na določenih projektih, v nekaterih primerih je lahko vpliv tako močan, da projekt ugasne. V takšnih primerih lahko govorimo o interesnih 1

15 skupinah, ki se na nek pogojno legalen način dokopavajo do različnih sredstev. Pa vendar slabih primerov ne gre posploševati in ne smemo si jih napačno razlagati, kajti pri teh projektih je največkrat zatajila ekonomija in nikakor ne tehnika. To pomeni, da lahko določeni projekt opredelimo v okviru učinkovite rabe energije, vendar je nato napačna strategija na nivoju države, s podeljevanjem neupravičeno visokih subvencij ali kreditov oziroma drugih sredstev, ta isti projekt pripeljala v ekonomsko neupravičenega z vidika družbe. Poznamo pa tudi vrsto primerov, ki tehnično niso dovolj dobro izpeljani, bodisi zaradi pomanjkanja znanja, časa ali sredstev. Zanimiv je podatek, da se lahko proizvodnja električne energije iz OVE (obnovljivih virov energije), ki imajo podobne tehnične lastnosti, razlikuje za 10 %, 20 %, 30 % tudi celo do 40 %. Ker je lahko lastnik proizvodnega vira nekdo, ki o samem procesu ne ve veliko, se dogaja, da ti lastniki sploh ne vedo, da njihov proizvodni vir ne deluje optimalno. 1.2 CILJI IN RAZISKOVALNE HIPOTEZE Cilj magistrske naloge je izdelava oz. predstavitev najnovejših konstrukcijskih rešitev na področju učinkovite rabe energije, pri gradnji ali prenovi stavb v skoraj nič energijskem razredu s pomočjo OVE in SPTE (soproizvodnje toplote in elektrike). Te rešitve bodo podkrepljene s primerjalnimi analizami, predstavljene na konkretnih primerih in razvrščene glede na njihov ekonomski učinek. V pomoč pri izvajanju želenega za dosego zastavljenega cilja nam bodo služile predvidene hipoteze: HIPOTEZA 1: Med obstoječimi industrijskimi in gospodinjskimi objekti ni bistvenih razlik v smislu učinkovite rabe energije. HIPOTEZA 2: Uporabniki že poznajo pojem skoraj nič energijske gradnje in ga tudi udejanjajo. HIPOTEZA 3: OVE delujejo zanesljivo in se gibljejo v območjih z visokimi izkoristki. V magistrskem delu bom obravnaval najnovejše in najaktualnejše sklope skoraj nič energijske gradnje ali prenove, v korelaciji z OVE in SPTE, ki smo jo na podlagi evropskih smernic že vpeljali v slovensko zakonodajo. V uvodnem delu bomo omenjeno evropsko in slovensko zakonodajo predstavili in podali osnovne iztočnice za nzeb (nearly zero energy buildings), ki nas bodo vodile skozi kasnejšo obravnavo. V nadaljevanju bo skoraj nič 2

16 energijska gradnja ali prenova podrobneje predstavljena, prav tako bodo predstavljeni vsi aktualni ukrepi s tega področja, ki se obetajo v bližnji prihodnosti. Tematika kot taka je zanimiva iz več razlogov, namreč skoraj nič energijski standard bo v začetni fazi zajel vse stavbe (novogradnje in večje prenove) v uporabi javne uprave in osrednje vlade, kasneje pa se bo razširil na vse novogradnje in prenove v privatni lasti, kar pomeni, da bo posredno in neposredno vplival na velik del uporabnikov tako s tehničnega kot ekonomskega vidika. Glede na to, da sistem skoraj nič energijske gradnje oz. prenove vzporedno zajema tudi OVE in SPTE, pomeni, da govorimo o zelo širokem področju URE, ki je tehnično dokaj, ekonomsko pa zelo zahtevno. Na podlagi navedenega bomo v osrednjem delu magistrskega dela s pomočjo energetskih pregledov stavb oz. sistemov OVE in SPTE obravnavali in analizirali nekaj konkretnih primerov, ki bodo podali odgovore na aktualna vprašanja ter potrdili ali ovrgli določene hipoteze. Zanimivo bo videti, kako nekateri že dobro poznani sistemi (v izboljšani verziji) ponovno postajajo aktualni (SPTE in toplotna črpalka), kot tudi analizirati delovanje novejših sistemov OVE (sončne elektrarne). K navedenemu bomo dodali in analizirali še aktualne ekonomsko tehnične rešitve, ki imajo velik predvsem ekonomski potencial, kar pomeni, da lahko služijo kot dobra promocija v skoraj nič energijsko gradnjo oz. prenovo. 2 EVROPSKA IN SLOVENSKA ZAKONODAJA NA PODROČJU URE 2.1 EVROPSKA ZAKONODAJA Najprej si bomo pogledali, kako je na področju URE oblikovana evropska zakonodaja, kajti slednja je tista, ki je dala strokovno podlago nacionalni zakonodaji. Evropska zakonodaja je zasnovana dvonivojsko, prvi nivo zakonodaje je t. i. primarna zakonodaja (Pogodba o delovanju Evropske unije Lizbonska pogodba, veljavnost od ). Na to primarno zakonodajo, se nato navezuje cel skupek sekundarne zakonodaje, slednjo predstavljajo trije glavni zakonski akti, ti pa so uredba (regulation), direktiva (directive) in odločba (decision). Zraven zavezujočih pravnih aktov sekundarno zakonodajo sooblikujejo še ne zavezujoči pravni akti, kot so na primer priporočila ali akcijski načrti. Kako pomembna za Evropsko unijo je učinkovita poraba energije, nam kaže že samo dejstvo, da je eden od členov (Člen 176a) v Lizbonski pogodbi naravnan k omenjeni tematiki [1]. 3

17 Člen 176a tako določa [1]: a. zagotoviti delovanje energetskega trga; b. zagotoviti zanesljivost oskrbe z energijo v Uniji; c. spodbujati energetsko učinkovitost in varčevanje z energijo ter razvijanje novih in obnovljivih virov energije; d. spodbujati medsebojno povezovanje energetskih omrežij. Na podlagi tega, da je raba energije povezana z različnimi škodljivimi izpusti v okolje ter posledično s podnebnimi spremembami, je Evropska unija v letu 2007 oblikovala nam sedaj že dobro poznano podnebno energetsko politiko, ki jo označujemo z do Kasneje je za njeno udejanjenje v letu 2009 sprejela še zakonodajo, s t. i. podnebno energetskim svežnjem za do 2020, ki so mu sledile tri najpomembnejše direktive, ki so bile sprejete na tem področju. Te direktive so: 1. Direktiva EU (2009/28/EC) o spodbujanju uporabe energije iz obnovljivih virov, ki navaja nacionalni splošni delež OVE v končni porabi energije v letu 2020; 2. Direktiva EU EPBD Recast (2010/31/EU), prenovljena direktiva o energetski učinkovitosti stavb; 3. Direktiva EU EE (2012/27/EU) o energetski učinkovitosti, kjer je predvidena energetska prenova 3 % stavb v lasti javne uprave letno. Glede na to, da je leto 2020 tako rekoč pred vrati, je oktobra leta 2014 Evropa sprejela nove strateške usmeritve, oziroma novo energetsko politiko Evropske unije, ki jo označujemo s do leta Kar pomeni, da bomo morali zmanjšati emisije toplogrednih plinov za 40 % do leta 2030 glede na leto 1990, ter povečati delež OVE in energijsko učinkovitost na 27 % na ravni Evropske unije. Tako Evropa po korakih prihaja do svojega dolgoročnega cilja, ki se glasi 80 % znižanje emisij do leta 2050 in predstavlja nizkoogljično družbo. 4

18 2.2 SLOVENSKA ZAKONODAJA Iz Evropske zakonodaje povzemimo, kateri so zavezujoči nacionalni cilji za Slovenijo do leta 2020 iz energetske politike in njenih ukrepov. Slovenija mora zmanjšati emisije CO2 za 6 % v vseh sektorjih in povečati mora delež OVE na 25 % do leta Do omenjenih ciljev hitimo z relativno dobro kondicijo in ju bomo lahko dosegli. Tretji cilj, ki je bil postavljen za Slovenijo, je povečanje energijske učinkovitosti in tako prispevati k 20 % povečanju energijske učinkovitosti na ravni EU. Slednji cilj je indikativne narave, kar pomeni, da države članice same odločajo o ukrepih, kako bodo zastavljeni cilj dosegle. Ta cilj je problematičen, ker vemo, da gre za omejena sredstva in posledično predstavlja velik izziv [1]. Za lažje doseganje navedenih ciljev je Slovenija na podlagi direktiv EU implementirala slednje v svojo zakonodajo s sprejetjem treh zakonov in na njihovi podlagi sprejetih pravilnikov: 1. Zakon o graditvi objektov (ZGO) na njegovi podlagi je bil sprejet še Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah in Pravilnik o prezračevanju in klimatizaciji stavb; 2. Energetski zakon EZ-1(marec 2014) podlaga za Pravilnik o metodologiji izdelave in izdaje energetskih izkaznic stavb ter Pravilnik o metodologiji izdelave in vsebini študije izvedljivosti alternativnih sistemov za oskrbo stavb z energijo; 3. Zakon o varstvu okolja (ZVO). Po sprejetju omenjenih dokumentov je sledila množica različnih obravnav in javnih predstavitev na temo URE, katerih posledica so bile sprejete različne smernice, razvojni načrti in usmeritve na področju energetske politike v Sloveniji. Ker bi bilo njihovo razgrinjanje dolgotrajno in iz konteksta tega magistrskega dela, bomo v nadaljevanju omenili oz. predstavili le tiste, ki so najbolj zaznamovale zadnje obdobje in se delno oz. v celoti navezujejo na našo tematiko. Ena od takšnih tem je uvedba energetskih izkaznic stavb, ki govori, da je energetska izkaznica stavb listina s podatki o energijski učinkovitosti stavbe in s priporočili za povečanje energijske učinkovitosti. Njen prvotni namen je kupca ali najemnika določene nepremičnine seznaniti, kako energetsko varčna ali potratna je določena nepremičnina. To pa ni edini namen energetske izkaznice, kajti s t. i. priporočenimi ukrepi za izboljšanje energijske učinkovitosti, slednja lastniku nepremičnine podaja določene smernice za 5

19 izboljšanje URE. Energetske izkaznice so bile zakonsko uvedene v letu 2014 po sprejetju Energetskega zakona EZ-1 (marec 2014) [2], njihova izdaja je poskočila z januarjem leta 2015, ko so bile uvedene tudi kazni za ti. prekrškarje v smislu neizvajanja ukrepa. Plasiranje energetske izkaznice na slovenski trg nepremičnin je spremljala skromna pozitivna kampanja s strani države, nekateri ugledni strokovnjaki na tem področju omenjajo, da je sploh ni bilo. Posledica takšne neučinkovite kampanje je bil odpor proti ukrepu v družbi sami, zato slednji ni zadel bistva, kajti uporabniki so pohiteli s pridobivanjem t. i. poceni energetskih izkaznic stavb, ki so bile izdelane v pisarni brez opravljenih enostavnih energetskih pregledov stavb. Takšne energetske izkaznice prikazujejo generične rezultate in ukrepe in posledično ne zadovoljijo izboljšanju URE, zato jih ministrstvo poskuša izluščiti in sankcionirati z naključnimi kontrolami kvalitete izdelave, ali so pri tem uspešni za enkrat ni poznano. Naslednji zanimiv ukrep iz EZ-1, ki je posledica prenosa zahtev iz Direktiva EU EPBD Recast (2010/31/EU), se glasi, da morajo biti vse stavbe po letu 2020 skoraj nič energijske, za vzgled pa jim bodo vse javne stavbe (nove ali v najemu), ki morajo biti že po letu 2018 skoraj nič energijske. Pri nas je bil akcijski načrt sprejet 22. aprila 2015 in zajema vse elemente, ki so bili opisani oz. še bodo v nadaljevanju. Definicija skoraj nič energijskih stavb zajema minimalne zahteve glede največjih dovoljenih potreb po ogrevanju, hlajenju, pripravi tople sanitarne vode in prezračevanju, prav tako zajema določitev največje dovoljene rabe primarne energije v stavbi in določitev najmanjšega možnega deleža obnovljivih virov v skupni dovedeni energiji za delovanje stavbe, vključno z energijo obnovljivih virov, proizvedeno na kraju samem ali v bližini. Kaj torej želimo od skoraj nič energijske hiše? Želimo zmanjšati potrebe po energiji (z boljšo zasnovo, kontrolirano prezračevanje, pametno ravnanje s stavbo), vendar nekaj potreb po energiji vseeno ostane in te potrebe pokrivamo z obnovljivimi viri, po možnosti na lokaciji sami oz. v njeni neposredni bližini, ter na ta način kompenziramo porabo fosilnih goriv ali el. energije iz omrežja. Zadnjo iz nabora zgoraj omenjenih smernic bi predstavil Uredbo o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov energije. Slednja je v javno obravnavo prišla v juniju 2015 ter bila kasneje sprejeta in objavljena v Uradnem listu RS, št. 97/2015. Sprejem ukrepa bo omogočal gospodinjskim in malim poslovnim odjemalcem samooskrbo z električno energijo iz obnovljivih virov na podlagi neto merjenja. To pomeni, da bodo imeli lastniki naprav za samooskrbo obračunano električno energijo ob zaključku koledarskega leta na način, da se bo upoštevala razlika med dovedeno in odvedeno el. energijo. V primeru, da bo gospodinjstvo preseglo porabo glede na proizvedeno el. energijo, bo moralo dokupiti 6

20 razliko. V kolikor pa bo proizvedena el. energija presegla potrebe v gospodinjstvu, se bo pozitivna razlika podarila dobavitelju. Iz tega sledi, da v takšnem odnosu ne pride do prodaje el. energije in posledično fizične osebe ne bodo potrebovale registracije dejavnosti v smislu davčne politike. Pozitivni učinki ukrepa bodo prinesli zmanjšanje računa za elektriko in doprinos proizvodnje iz OVE, ki je potreben zaradi določenih zavez Slovenije k trajnostnemu razvoju, zmanjševanju energetske odvisnosti in zmanjševanju izpustov CO2. Ukrep ne bo obremenjeval podporne sheme OVE in SPTE, proizvodnja in poraba energije na lokalnem nivoju pa bo razbremenjevala SN in VN omrežje in posledično izgube v njem. Poleg uredbe bo sprejet tudi Pravilnik o tehničnih zahtevah naprav za samooskrbo z električno energijo iz OVE, ki bo predpisal določene varnostne ukrepe za te naprave. Na koncu velja dodati še to, da ta ukrep avtomatsko pomeni zadovoljitev enega od pogojev za ukrep skoraj nič energijske hiše (novogradnje ali prenove), katerega učinki so bili predstavljeni v prejšnjem odseku. 3 ZASNOVA RABE ENERGIJE V OBJEKTU (URE - nzeb) Če želimo v bližnji prihodnosti obstoječe in nove objekte prenavljati oz. graditi v skoraj nič energijskem razredu, moramo na začetku opraviti ustrezne analize rabe energije v njih samih, slednje pa so iztočnica za nadaljnje ukrepe in usmeritve. Energetske preglede, analize in kasnejšo energetsko sliko objektov podredimo naši primarni želji (nzeb), ki narekuje določene pogoje in metode preverjanja, ali smo zadostili minimalnim zahtevam za skoraj nič energijsko gradnjo. Ker je vpeljava nzeb gradnje tesno povezana z uvedbo energetskih izkaznic in ker trenutna veljavna zakonodaja predpisuje njihovo obvezno izdajo, je primerno, da energetski koncept stavbe predstavimo in ga obravnavamo skozi prizmo energetske izkaznice stavbe. S pomočjo EI stavbe lahko objekte kot take med sabo primerjamo in analiziramo učinke posameznih investicijskih ukrepov, saj je EI podkrepljena z ustrezno metodologijo ter tehnično in programsko podporo izdelave. 3.1 SPLOŠNE ZNAČILNOSTI Energija je ena osnovnih fizikalnih količin. Je neusmerjena (skalarna) veličina in je povezana s sposobnostjo opravljanja dela in/ali vira toplote. Poimenovanje izhaja iz starogrškega ένέργεια (energeia) - "dejavnost", oziroma ένεργός (energos) - "dejaven, 7

21 delaven. Po zakonu o ohranitvi energije se skupna energija sistema spremeni natanko za prejeto ali oddano delo ali toploto. Energije torej ne moremo ustvariti ali uničiti - če se je denimo na račun oddanega dela zmanjšala skupna energija opazovanega sistema, se je za natanko toliko na račun prejetega dela povečala energija njegove okolice. Možnost pretvarjanja energije v delo opisuje drugi zakon termodinamike. Vsaka energija je sestavljena iz eksergije in anergije, pri tem je lahko eden od obeh delov enak nič: energija = eksergija + anergija Pojma eksergija in anergija je v svetovno literaturo uvedel slovenski znanstvenik dr. Zoran Rant, profesor na Univerzi v Ljubljani ( ) in pozneje na Tehniški univerzi Braunschweig ( ), označujeta pa pretvorljivost energij [6]. Energije lahko razdelimo glede na njihovo pretvorljivost v tri vrste [6]: Energija, ki je neomejeno pretvorljiva v druge oblike energij, na primer: mehansko delo, električna energija, potencialna energija vode, kinetična energija vetra itd; ta energija sestoji samo iz eksergije, delež anergije je enak nič. Energija, ki je omejeno pretvorljiva v druge oblike energij, na primer: toplota. Energija, ki ni pretvorljiva, na primer: notranja energija okolice; ta energija sestoji samo iz anergije, delež eksergije je enak nič. Eksergija (E Q ) in anergija (A Q ) toplote [6]: E Q = Q T T o T A Q = Q T o T [3.1] [3.2] pri tem je Q toplota, T temperatura dovedene toplote v proces in To temperatura okolice. Merilo za učinkovitost pretvorbe ene oblike energije v drugo je izkoristek. Energijski izkoristek η je definiran kot razmerje med v proces dovedeno in iz procesa odvedeno energijo (W o ). Motor z notranjim zgorevanjem ima energijski izkoristek, ki je precej manjši od ena. Vse v proces dovedene toplote (Q d ) namreč ni mogoče pretvoriti v mehansko delo [6]. 8

22 η = W o Q d < 1 [3.3] To lastnost toplote korigira eksergijski izkoristek. Eksergijski izkoristek ζ je definiran kot razmerje med izkoriščeno (E o ) in vloženo (E d ) eksergijo [6]: ζ = E o E d < 1 [3.4] Veja fizike, ki se ukvarja predvsem z ravnovesnimi stanji, prehodi med stanji in vzroki za prehode, se imenuje termodinamika. Kot bomo videli v nadaljevanju, je za nas to zelo pomembno, kajti pri termodinamični obravnavi procesa ločimo sistem od okolice. Te sisteme pa nato delimo na: Izoliran sistem popolnoma izoliran od okolice in z njo nima izmenjave ne snovi ne toplote. Zaprt sistem od okolice omejen sistem s pregrado, ki preprečuje izmenjavo snovi z okolico, dopušča pa izmenjavo toplote. Odprt sistem dopušča izmenjavo toplote in snovi z okolico. Ravnovesno stanje takšnih sistemov določimo z razmerjem podatkov, ki jim pravimo termodinamične spremenljivke (temperatura, prostornina, tlak). Njihove spremembe so odvisne le od začetnega ter končnega stanja in neodvisne od vmesnih stanj. Termodinamika (starogrško θεϱμη (therme) - "toplota" + δυϑαμϗ (dynamis) - "sprememba", "moč") preučuje energijo, njeno pretvarjanje med različnimi oblikami, kot je toplota in sposobnost opravljanja dela. Prenos energije, ki se pojavi zaradi razlike temperature, imenujemo prenos toplote. Energijo, ki jo prenašamo na tak način, imenujemo toplota Q[J] [3]. Q = m c ΔT [3.5] Q je toplota potrebna, da snov mase m segrejemo za ΔT (sprememba temperature), c je specifična toplota, ki je odvisna od snovi in temperature, pri kateri delamo spremembe. Prenos toplote lahko opredelimo kot toplotni tok, ki je diferencial toplote po času, oziroma kot gostoto toplotnega toka, ki je diferencial toplotnega toka po površini. 9

23 Φ = dq dt φ = dφ da Pri čemer so Φ [W] toplotni tok, φ [W/m 2 ] je gostota toplotnega toka, dq toplote po času in dφ je diferencial toplotnega toka po površini. da dt [3.6] [3.7] je diferencial Pri prenosu toplote poznamo tri različne mehanizme [3]: a. Prevod ali kondukcija - toplota prehaja s področja z višjo temperaturo k področju z nižjo temperaturo. Mehanizem prevajanja toplote v trdnih materialih se razlikuje od prevajanja v tekočinah ali od prevajanja v plinih. Splošno zajema prenos energije od molekul z visoko energijo v vročem področju k delcem z nižjo energijo v hladnejšem področju. Osnovna enačba za prevajanje toplote: φ = λ grad T [3.8] φ je gostota toplotnega toka, λ je toplotna prevodnost, grad T je gradient temperature. Predznak minus pove, da toplotni tok teče v nasprotni smeri, kot narašča temperatura. b. Prestop ali konvekcija - je prestop toplote s trdnih teles na plinasti (tekoči) medij in obratno. Vezana je na gravitacijo in če slednje ni, potem tudi konvekcijskega pojava prevajanja toplote ni. Φ = A α (T p T o ) [3.9] φ = α (T p T o ) [3.10] Pri čemer so Φ toplotni tok, φ je gostota toplotnega toka, A je površina (m 2 ), α je toplotna prestopnost (W/(m 2 K)) in je odvisna od položaja in oblike konvekcijske površine, T p (K) je srednja temperatura konvekcijske površine in T o (K) temperatura obdajajočega sredstva. c. Sevanje ali radiacija - toplota prehaja iz enega telesa na drugo v obliki 10

24 elektromagnetnega valovanja, pri tem pa sredstvo, ki se nahaja med obema telesoma, ne sodeluje. Toplota se na prvem telesu pretvori v elektromagnetno valovanje, potuje skozi prostor in se na drugem telesu v celoti ali delno pretvori v toploto. Toplotni tok, ki ga telo izseva, je odvisen od: Φ = A ε σ T 4 [3.11] pri čemer je Φ toplotni tok, A je površina (m 2 ), ε je emisivnost (ki je 1), σ je Štefan- Boltzmanova konstanta in znaša 5, W/(m 2 K 4 ) in T je temperatura (K). Termodinamika oz. termodinamični proces opiše med drugim tudi pretvorbo energije, ki je potrebna za delovanje določenega objekta, da zadostimo določenim kriterijem, ki v praksi pomenijo zadostno količino toplote za ogrevanje ali ostalo potrebno energijo za različne procese, potrebujemo zadostno količino primarne energije. Slednja pomeni zadostno količino primarnih nosilcev energije, pridobljenih z izkoriščanjem naravnih energetskih virov, bodisi obnovljivih ali neobnovljivih, ki niso bili izpostavljeni še nobeni tehnični spremembi. Slika 3.1: Pretvorba primarne energije [10]. Kot prikazuje slika 3.1 je za dosego uporabne energije, ki ji pravimo tudi koristna energija, potrebnih več pretvorb. Najprej pretvorimo primarno energijo v sekundarno (termoelektrarna), v tem primeru sekundarno energijo predstavlja električna energija, proizvedena v termoelektrarni. Ta električna energija nato potuje po elektroenergetskih vodih do stavbe uporabnika, na tej poti pa prihaja do izgub zaradi prenosa in transformacije. Energiji, ki je na razpolago uporabniku na meji sistema (lahko stavbe), 11

25 pravimo dovedena energija in slednja se v svoji zadnji pretvorbi pretvori v koristno energijo, tisto, ki je potrebna za določen proces uporabnika (ogrevanje stavbe, gretje vode, razsvetljavo). 3.2 nzeb SKORAJ NIČ ENERGIJSKA HIŠA Pojem skoraj nič energijske hiše je uvedla DIREKTIVA 2010/31/EU EVROPSKEGA PARLAMENTA IN SVETA z dne 19. maja 2010 o energetski učinkovitosti stavb. Pojem predstavlja stavbo, ki za svoje delovanje porabi zelo malo energije, slednjo pa pridobivamo iz OVE, ki so nameščeni blizu ali neposredno na skoraj nič energijski stavbi. Izraz skoraj nič energijske hiše izhaja iz besede nzeb, ki je okrajšava za nearly zero energy buildings. Pojem kot tak je bila dolžna vsaka država članica vpeljati v svojo zakonodajo in postaviti neke datume oz. roke, po katerem bo dovoljena novogradnja le še v skoraj nič energijskem razredu. V Sloveniji je bil posledično sprejet Akcijski načrt za nzeb, ki natančno opredeljuje skoraj nič energijsko gradnjo v prihodnje [1]. Slika 3.2: Zasnova nzeb [1] 12

26 Kaj torej želimo od skoraj nič energijske hiše? V prvi fazi zmanjšanje potreb po dovedeni energiji, to lahko naredimo z boljšo zasnovo stavbe, kontrolirano prezračevanje in pametno ravnanje s stavbo. Kljub temu nekaj potreb po energiji ostane, slednje pokrivamo iz OVE in na tak način kompenziramo porabo konvencionalnih energetskih virov, kot so fosilna goriva ali klasično proizvedena elektrika, ki ima faktor porabe primarne energije 2,5, kar pomeni, da za eno kwh koristne el. energije potrebujemo 2,5 kwh primarne energije. Zraven vsega navedenega se postavlja nekaj vprašanj. Najprej nas zanima, kakšna je še dovoljena poraba energije za skoraj nič energijsko hišo oz. v katerem energijskem razredu naj se nahaja (0, 5, 15, 50 kwh/m²a). Ta sistemska meja je bila sedaj s (Javni poziv za nepovratne finančne spodbude) postavljena z vrednostjo 15 kwh/m²a (potrebne toplote za ogrevanje - QNH/Ak), kar pomeni pasivno gradnjo oz. A1 in A2 energijski razred. Vedeti moramo, kako je z OVE, ali se upoštevajo zgolj naprave za samooskrbo, locirane neposredno na stavbah, ali tudi na zemljišču zraven, ali se upošteva kot OVE tudi morebiti daljinsko ogrevanje, v kolikor v kraju obstaja. Če na eni strani v primeru nzeb govorimo o popolni toplotni zaščiti ovoja stavbe in pokrivanju ostalih potreb po energije iz OVE, se na drugi strani sprašujemo, kaj se dogaja z investicijskimi stroški med gradnjo oz. prenovo in kasnejšimi obratovalnimi stroški. Na spodnjem grafu lahko vidimo primerjavo različnih energijskih zasnov stavbe v odvisnosti od nastalih stroškov med investicijo in kasnejšimi obratovalnimi stroški za ekonomsko življenjsko obdobje stavbe, ki se v skladu z uredbo ocenjuje na 30 let [1]. Skupni stroški (eur/m 2 ) Q p (kwh/m 2 ) Diagram 3.1: Primerjava različnih energijskih zasnov stavbe [1] 13

27 Ko upoštevamo vse stroške investicije in stroške, ki jih prevzamemo skozi posamezna leta, lahko ugotovimo, kakšna je neto sedanja vrednost, povezana z določeno energijsko zasnovo. Tista energijska zasnova, ki ima najnižjo neto sedanjo vrednost, je stroškovno optimalna in posledično lahko ugotovimo, pri kateri porabi primarne energije dosežemo stroškovni optimum. Kaj je namen takšnega diagrama? Ocenimo lahko, kako strogi so nacionalni predpisi, namreč evropska zakonodaja navaja, da je sprejemljivo nekje 15 % odstopanja od stroškovnega optimuma pri minimalnih zahtevah v zakonodaji. Vodilo, ki ga evropska komisija predpisuje je takšno, da naj bo gradnja po nzeb nekoliko boljša, nekoliko strožja v smislu energijske učinkovitosti, kot je stroškovni optimum, kajti čez leta, ko bo nzeb splošno veljavno pravilo, se bo tudi ekonomika takih splošno veljavnih ukrepov spremenila, tako da bo tudi nzeb gradnja v področju stroškovnega optimuma. Spodnja slika prikazuje način izračuna primarne energije stavbe, ko govorimo o skoraj nič energijski gradnji [1]. Slika 3.3: Izračun primarne energije [1] f = faktor pretvorbe za primarno energijo (vrednosti so povzete po tabeli 4.2). Na podlagi prikazane slike lahko zapišemo ravnovesno enačbo, ki govori, da je razlika med dovedeno in odvedeno energijo enaka rabi energije v stavbi, od katere odštejemo energijo, pridobljeno iz OVE na sami lokaciji nzeb [1]: dovedena energija oddana energija = raba energije v stavbi energija iz OVE na lokaciji Za lažje razumevanje skoraj nič energijske gradnje bomo slednjo analizirali glede na dane 14

28 pogoje, ki so bili sprejeti v novem Javnem pozivu za nepovratne finančne spodbude v letu Glavni pogoji za gradnjo v razredu nzeb so naslednji [12]: omenili smo že pogoj QNH, ki mora zadostiti vrednosti 15 kwh/m²a, izračunani po metodi za pasivne stavbe (PHPP - Passive House Planning Package, programsko orodje, s katerim načrtujemo pasivne in nizkoenergijske hiše. Program so izdelali na Passivhaus Institut v Darmstadtu v Nemčiji, katerega je ustanovil Dr. Wolfgang Feist leta 1996, ustreznost se preverja na podlagi testa PHPP in načrtov (PGD, PZI in PID), dovoljena je le vgradnja zunanjega stavbnega pohištva s toplotno prehodnostjo U 0,9 W/m²K, določeno po standardu SIST EN :2006+A1:2010, z najmanj trojno zasteklitvijo in načelom tesnjenja v treh ravneh, obvezna je vgradnja ene od oblik centralnega sistema prezračevanja z vračanjem toplote odpadnega zraka, dovoljena je le vgradnja sodobnih generatorjev toplote z visoko energijsko učinkovitostjo. Stavba mora najmanj 50 % dovedene energije pokriti iz obnovljivih virov, obvezen je test zrakotesnosti stavbe. 3.3 nzeb GRADNJA ALI PRENOVA Predpogoj nzeb gradnje je odlična toplotna zaščita in čim manjše potrebe po toploti, potrebni za ogrevanje in hlajenje stavbe. Glede na zahteve, ki smo jih navedli v prejšnji točki, lahko ugotovimo, da gre za zelo ambiciozno gradnjo oz. prenovo. Obstaja več idej, kako bomo prišli do nzeb gradnje oz. prenove. Povečala se bo intenzivnost ukrepov na področju izrabe OVE v okviru prostorskega načrtovanja, nadalje se pripravljajo ukrepi za nadgradnjo predpisov o certificiranju stavb v smeri zmanjševanja emisij TGP (toplogrednih plinov) v življenjski dobi (uveljavljanje materialov z nižjimi emisijami), prav tako zelo pomemben ukrep, ki se pripravlja, je boljša strokovna usposobljenost izvajalcev z ustreznim nadzorom. Da pa bi bila država na nek način za vzgled ostalim uporabnikom stavb, je slednja v okviru akcijskega načrta za nzeb že sprejela določene finančne načrte energetske prenove v javnem sektorju v zadanem časovnem okvirju. Tako je tovrstna tehnologija za vse javne stavbe (nove ali na novo v najemu) po letu 2018 že obvezna, po letu 2020 pa tako rekoč za vse in planirana sredstva za nzeb gradnjo se ocenjujejo na višino 550 mio EUR za novogradnje (7.000 stavb - 1,9 mio m²) in 843 mio EUR za 15

29 prenove ( projektov - 3,2 mio m²) [15]. Kaj in kje so poudarki na tehnični zasnovi nzeb gradnje ali prenove, bomo predstavili v nadaljevanju, sodobna gradnja v pasivnem razredu (A1, A2) zahteva določene ukrepe, posebne materiale in pravilno vgradnjo. V kolikor nismo dovolj pozorni oz. natančni, kaj hitro spregledamo kakšne detajle, ki nam kasneje povzročajo določene težave ali pa nas stanejo dodatnega denarja za njihovo sanacijo. Namen te analize ni rekonstrukcija celotne pasivne gradnje, ampak ponazoritev najpomembnejših detajlov in novosti na področju sodobne gradnje (ovoj stavbe) PREHOD TOPLOTE SKOZI STENE OBJEKTA Posebno pozornost ob novogradnji ali prenovi moramo posvetiti fasadni in strešni konstrukciji, ki sta dejansko najbolj obremenjeni z vremenskimi vplivi in nekontroliranim prehodom toplote v okolico. Slika 3.4: Prehod toplote skozi zunanje stene [10] 16

30 Prehod toplote skozi stene lahko zapišemo z enačbami 3.8, 3.10 in V njih je edina dovolj natančno merljiva veličina λ (toplotna prevodnost), prevajanje je linearno odvisno od temperature (T). α (toplotna prestopnost) je odvisna od položaja in oblike konvekcijske površine. Rešitev je prvi našel Nusselt [13], ki je ugotovil odvisnost od tričetrtinske potence temperature (T 3/4 ). Sevanje je po Stefanovem zakonu odvisno od četrte potence temperature (T 4 ) in emisivnosti (ε). Zaradi relativno majhnih temperaturnih razlik znotraj in ne prevelikih zunaj, vpeljemo toplotno prehodnost U in linearno odvisnost toplotnega toka od temperature. Pri tem je potrebna ločena meritev znotraj in zunaj toplotne prestopnosti, ki zajema konvekcijo in sevanje na površini. Z meritvama zajamemo tudi oba koeficienta α in ε. Prehod toplote skozi stene lahko zapišemo z naslednjo enačbo: Φ = Q t = U A (T n T z ) [3.12] U - toplotna prehodnost, ki združuje vse oblike prenosa toplote, T n - notranja temperatura, T z - zunanja temperatura. U = 1 1 αn +Σd i+ 1 λ i αz [3.13] α n - toplotna prestopnost na notranji strani, α z - toplotna prestopnost na zunanji strani, d i - debelina posamezne konstrukcije oz. materiala, λ i - toplotna prevodnost posamezne konstrukcije oz. materiala. Konvektivna toplotna prestopnost α je odvisna od površine in hitrosti zraka, ki to površino obliva, zato ločimo konvektivno toplotno prestopnost na notranji α n in zunanji strani α z. Podatka za α n in α z sta določena eksperimentalno in vključujeta tudi sevalne toplotne prestopnosti. Toplotna prevodnost materiala λ je snovna lastnost, dobljena z meritvami po standardiziranih postopkih. V nadaljevanju bomo poskušali ugotoviti, kako se spreminjajo toplotne izgube v odvisnosti od debeline toplotne izolacije v primeru večplastne fasadne konstrukcije. 17

31 Robni pogoji: - gradbene konstrukcije so homogene, - vsebnost vlage ne vpliva na toplotno prevodnost, - notranja temperatura je 20 C, - zunanja temperatura je -10 C, - površina konstrukcije A = 1 m 2, - toplotna prestopnost na notranji strani α n = 8 W/m 2 K, - toplotna prestopnost na zunanji strani α z = 23 W/m 2 K, - časovni okvir eno leto. Sestava in izbrani material za fasadno konstrukcijo: - notranji omet d = 1 cm, λ = 0,70 W/mK, - zidna opeka - POROTHERM 30 S d = 30 cm, λ = 0,23 W/mK, - toplotna izolacija - kamena volna d = 1 cm, 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm, 100 cm, λ = 0,035 W/mK, - osnovni omet d = 1 cm, λ = 0,107 W/mK, - zaključni dekorativni omet d = 1 cm, λ = 0,87 W/mK. U d1 = ,01 0,70 + 0,3 0,23 + 0,01 0, ,01 0,107 +0,01 0, = 1 1,92 = 0,52 W/m2 K [3.14] Φ d1 = 0,52 1 (20 ( 10)) = 15,60 W [3.15] Q izgub/leto d1 = Φ d1 t = 15, = 136 kwh [3.16] U d20 = ,01 0,70 + 0,3 0,23 + 0,20 0, ,01 0,107 +0,01 0, = 1 7,35 = 0,14 W/m2 K [3.17] Φ d20 = 0,14 1 (20 ( 10)) = 4,20 W [3.18] Q izgub/leto d20 = Φ d20 t = 4, = 36,8 kwh [3.19] Tako smo za primer nameščene toplotne izolacije v širini 1 in 20 cm (ostale debeline konstrukcije ostajajo nespremenjene) izračunali letne toplotne izgube skozi steno preseka 1 m 2 za obdobje enega leta. Ostali rezultati bodo prikazani v diagramu, ki sledi v nadaljevanju. 18

32 160 Toplotne izgube (kwh) širina TI v cm Diagram 3.2: Prehod toplote skozi zunanje stene Kot lahko vidimo, je dodajanje toplotne izolacije smiselno nekje med 20 cm in 30 cm, dodatni centimetri so nato nepotrebni, ker je učinek bistveno premajhen oz. celo ničen. Diagram 3.3: Prehod toplote skozi zunanje stene ob upoštevanju zunanje projektne temperature za določen kraj v Sloveniji [10] Pomembno je, da je toplotni ovoj stavbe čim bolj sklenjen ali celo popolnoma sklenjen, v kolikor slednjega predirajo betonske ali druge konstrukcijske plošče (terase, lože, balkoni), prihaja na teh delih do povečanega prehoda toplote (toplotni mostovi). 19

33 STAVBNO POHIŠTVO Sestavni del pravilno izvedenega toplotnega ovoja objekta, je tudi kvalitetno in pravilno montirano stavbno pohištvo, saj je za skoraj nič energijske stavbe dovoljena le vgradnja zunanjega stavbnega pohištva s toplotno prehodnostjo U 0,9 W/m²K, z najmanj trojno zasteklitvijo in načelom tesnenja v treh ravneh. Prehod toplote skozi stavbno pohištvo opisujemo s podobnimi pojavi kot pri prehodu skozi stene objekta, posledično je formula za izračun toplotnih izgub identična. Slika 3.5: Oblike prehoda toplote pri stavbnem pohištvu [10] Težave, ki jih želimo preprečiti s pravilno vgradnjo so naslednje: vdor meteorne vode v stik med profilom in konstrukcijo, uhajanje toplote navzven skozi stik med profilom in konstrukcijo, vdor vodne pare oz. notranjega zraka v stik med profilom in konstrukcijo, prenos zunanjega hrupa v notranjost. Izraz, ki se je vpeljal v praksi, je RAL montaža ali vgradnja po načelih smernice RAL (1980 RAL Deutsches Institut fur Gutesicherung und Kennzeichnung). Slednja govori o ciljnem stanju, ki ga je potrebno doseči, in podaja priporočila ter prikaze za postopke vgradnje. 20

34 Slika 3.6: Vplivi na stavbni element [10] TESNENJE IN SISTEM PREZRAČEVANJA Prav tako je ena izmed zahtev za nzeb gradnjo izvedba sistema prezračevanja, kajti s tem, ko izboljšujemo kakovost ovoja, po drugi strani stavbo hermetično zapiramo oz. tesnimo. Če želimo obdržati kvaliteto zraka na visokem nivoju, moramo vgraditi sistem za mehansko prezračevanje, ki nam ob naravnem prezračevanju (odpiranje oken) pomaga pri cirkulaciji zraka v prostorih. V poletnih mesecih lahko rekuperator uporabljamo še za hlajenje stavbe, predvsem v nočnem času, ko so temperature dovolj nizke. Slika 3.7: Prezračevanje v stavbi [10] Ko smo z gradnjo ali prenovo po načelih skoraj nič energijske stavbe zaključili, moramo za potrditev kakovosti izdelati še test zrakotesnosti. Zrakotesnost je s TSG predpisana za stavbno pohištvo kot samostojen element in za stavbo kot celoto ter ne sme preseči treh izmenjav zraka na uro. Praktična priporočila za nizkoenergijsko gradnjo omenjajo 21

35 zrakotesnost med 1 in 1,5 h ¹(1 oz. 1,5 x kompletna izmenjava zraka za celotno stavbo na vsako uro), pasivne hiše pa imajo še nižje vrednosti, in sicer 0,6 h ¹. Zrakotesnost merimo s postopkom, ki ga imenujemo Blowerdoor test, kot prikazuje naslednja slika. Slika 3.8: Blowerdoor test test zrakotesnosti [10] TOPLOTNI MOSTOVI Toplotni mostovi - so mesta v zunanjem ovoju stavbe, kjer je toplotni upor bistveno manjši od toplotnega upora na sosednjih mestih. Na teh mestih je zato toplotni tok, iz toplejšega notranjega prostora proti zunanjemu hladnejšemu okolju, povečan. Slika 3.9: Termografski posnetek pokaže napake na ovoju stavbe toplotne mostove [10] Toplotni mostovi so tako razlog za povečane transmisijske izgube, kar ima negativen vpliv na energijsko bilanco. Q NH = Q tr + Q ve η H,gn (Q int + Q sol ) [3.20] 22

36 Q NH potrebna dovedena toplota za ogrevanje, Qtr transmisijske toplotne izgube, Qve ventilacijske toplotne izgube, ηh,gn(qint + Qsol) izkoristek dobitkov notranjih virov in sončnega sevanja. Q tr = H tr (T n + T z )t [3.21] H tr = H D + H U + H g + H A [3.22] H tr koeficient transmisijskih toplotnih izgub [W/K], H D koeficient transmisijskih toplotnih izgub ogrevanega prostora v okolico skozi ovoj stavbe, H U - koeficient transmisijskih toplotnih izgub ogrevanega prostora v okolico skozi neogrevan prostor, H g - koeficient transmisijskih toplotnih izgub ogrevanega prostora v tla, H A - koeficient transmisijskih toplotnih izgub ogrevanega prostora v sosednji prostor, ki ima bistveno različno temperaturo, T n - notranja projektna temperatura, T z - zunanja projektna temperatura, t - čas. Definicija toplotnih mostov povzeta po SIST EN 10211: Toplotni mostovi so deli ovoja stavbe, kjer se sicer enakomerni toplotni upor spremeni zaradi: popolnega ali delnega preboja ovoja stavbe z materiali drugačne prevodnosti, spremembe v debelini gradbenega elementa, razlike v notranji in zunanji površini, ki nastane na stikih sten, tal, stropa. Glede na vzrok nastanka jih delimo na: konstrukcijske, geometrijske, kombinirane in konvekcijske. 23

37 Glede na prevladujočo dimenzijo pa jih delimo na: točkovne in linijske. Vpliv linijskih in točkovnih toplotnih mostov je upoštevan v koeficientu specifičnih transmisijskih izgub H D, ki se ga izračuna po enačbi: H D = Σ i A i U i + Σ k l k Ψ k + Σ j χ i [3.23] H D koeficient transmisijskih toplotnih izgub ogrevanega prostora v okolico skozi ovoj stavbe, U i - toplotna prehodnost i-tega homogenega konstrukcijskega sklopa [W/m 2 K], l k - dolžina linijskega toplotnega mostu, Ψ k - linijska toplotna prehodnost [W/mK], ϗ i - točkovna toplotna prehodnost [W/K]. Slika 3.10: Toplotni most talne konstrukcije (porazdelitev temperature) [19] Tipičen in najbolj pogost primer je izvedba temeljne plošče, namreč slednja predstavlja na robovih in vogalih toploten most, ki pomeni možen povečan prehod toplote v okolico in posledično vse nevšečnosti, ki se ob tem pojavijo (vlaga, plesen, luščenje ometa). Če smo 24

38 do sedaj vgrajevali toplotno izolacijo nad temeljno ploščo, se po novem slednja vgrajuje pod ploščo. Slika 3.11: Izolacija temeljne plošče [19] Pri talni plošči na podložni beton namestimo hidroizolacijo in nanj položimo trdno toplotno izolacijo iz ekstrudiranega polistirena XPS debeline do 20 cm. Toplotna izolacija pod ploščo zagotovi kontinuiran toplotni ovoj stavbe. Prav tako ima masivna temeljna plošča odlično sposobnost akumulacije in ohranja stabilnost temperature v prostoru, zato toplotna izolacija nad temeljno ploščo ni zaželena. Ena tipičnih napak je vgradnja elektro ali komunikacijskih priključnih omaric na fasado, na teh delih nato prihaja do povečanega in nekontroliranega prehoda toplote iz notranjosti v okolico ali obratno, posledično se omarice rosijo (če je ostali toplotni ovoj dovolj kvaliteten), lahko do te mere, da teče po fasadi. Ko ponoči voda zamrzne lahko pride do mehanskih poškodb na omaricah ali njihovi opremi. Slika 3.12: Priključne omarice predirajo toplotni ovoj 25

39 4 MERITVE - nzeb, EI Ker je vpeljava nzeb gradnje tesno povezana z uvedbo energetskih izkaznic stavb in ker trenutna veljavna zakonodaja predpisuje njihovo obvezno izdajo (EZ-1, marec 2014), bom na dveh realnih primerih izvedel izdelavo EI (energetske izkaznice) in predstavil njene kazalnike. EI je opredeljena kot javna listina s podatki o energetski učinkovitosti stavbe s priporočili za povečanje energetske učinkovitosti in jo glede na pogoje 341.čl. EZ-1 lahko izdela neodvisni strokovnjak. Usposabljanje za neodvisne strokovnjake lahko opravljajo organizacije, ki jih po predhodno opravljenem javnem razpisu z odločbo za največ pet let pooblasti minister, pristojen za energijo [1]. Glede na pogoje izdelave EI bom s simulacijo izračuna poskušal ugotoviti, kaj natanko bi bilo potrebno storiti oz. spremeniti, če želimo, da bi se določena stavba uvrstila v področje skoraj nič energijske gradnje. 4.1 MERJENA ENERGETSKA IZKAZNICA Ko govorimo o obstoječih poslovnih ali poslovno stanovanjskih objektih, lahko na podlagi metodologije za izdelavo energetske izkaznice izberemo eno izmed dveh možnosti za izračun energetske bilance objekta. Neodvisni strokovnjak za izdelavo EI se lahko odloči ali bo za določen nestanovanjski objekt izdelal merjeno ali računsko energetsko izkaznico. V prvem primeru bom tako izdelal merjeno energetsko izkaznico, kajti obstajajo vsi pogoji in zadostni podatki za analizo in obravnavo, ki jih predpisuje pravilnik. Kot prikazuje slika 4.1, smo v analizo vzeli poslovno stanovanjski objekt, ki ima kondicionirano površino Ak = 792 m2 in na strehi nameščen obnovljiv vir (sončno elektrarno moči 49,7 kva). Kondicionirana površina stavbe Ak (m²) pomeni ogrevano ali hlajeno zaprto neto površino stavbe v skladu s standardoma SIST EN ISO [20] in SIST EN ISO 9836 [21] in pravilnikom, ki predpisuje metodologijo učinkovite rabe energije v stavbah. Na objektu opravimo enostaven energetski pregled, ki nam poda glavne značilnosti za kasnejšo izdelavo izkaznice: splošen opis oz. značilnosti stavbe, zunanji ovoj stavbe, raba energije, vgrajeni sistemi, izkušnje uporabnikov. 26

40 Slika 4.1: Merjena energetska izkaznica Na podlagi pridobljenih podatkov izluščimo tiste, ki so potrebni za nadaljnjo obravnavo in so hkrati vhodni podatki za merjeno energetsko izkaznico. To so podatki o dejansko porabljenih energentih in OVE, podatki o odvedeni energiji v primeru nameščenih obnovljivih virov ali SPTE in drugi podatki, ki nam povedo rabo energentov. ENERGENT LESNA BIOMASA KOLIČINA ENOTE PORABLJENEGA ENERGENTA kg ELEKTRIKA kwh SKUPAJ - - Tabela 4.1: Vhodni podatki Pretvorba energije izračunavamo glede na porabo posameznega energenta s pomočjo ustreznih faktorjev pretvorbe za primarno energijo, ki jih najdemo v teh. smernici TSG / 2010 [22] : Energent Faktor pretvorbe Kurilno olje 1,1 Plin 1,1 Premog 1,1 Lesna biomasa 0,1 27

41 Električna energija 2,5 Daljinsko ogrevanje brez kogeneracije Daljinsko ogrevanje s kogeneracijo 1,2 1,0 Tabela 4.2: Faktorji pretvorbe (f) za izračun primarne energije - tabela 3 (TSG-1-004) [22] Kot lahko vidimo iz tabele 4.2, nas trenutna energetska politika usmerja k rabi energije, pridobljene iz lesne biomase (f = 0,1), hkrati nas opozarja, da je dovedena el. energija deležna visokih izgub primarne energije (f = 2,5 kar pomeni, da za 1 kwh dovedene el. energije potrebujemo 2,5 kwh primarne energije. Drugače je s pridobivanjem el. energije iz SPTE (soproizvodnja toplote in elektrike) in SE (sončnih elektrarn), ki so locirane na samem objektu ali neposredni bližini, saj se v tem primeru računa s faktorjem pretvorbe f = 0. Dovedena energija = količina porabljenega energenta x energijska vrednost Qd(lesna biomasa) = kg x 4,90 kwh/kg = kwh Qd(elektrika) = kwh x 1,00 kwh/kwh = kWh Letna dovedena energija = kwh / 792 m²a = 90 kwh/m²a Letna dovedena električna energija = kwh / 792 m²a = 62kWh/ m²a Letno primarno energijo in izpuste CO2 izračunamo s pomočjo tehnične smernice, ki nam poda ustrezni faktor pretvorba za posamezen energent (tabela 3, dodatek 1 - TSG). Primarna energija = dovedena energija x faktor pretvorbe za primarno energijo Qp(lesna biomasa) = kwh x 0,1 = kwh Qp(elektrika) = kwh x 2,5 = kwh Letna primarna energija =Qp(skupaj) / kondicionirano površino stavbe Ak Letna primarna energija = kWh / 792 m²a = 163 kwh/m²a Izpusti CO2 = dovedena energija x faktor pretvorbe za izpuste CO2 CO2 (emisije lesna biomasa) = kwh x 0 = 0 kg CO2 (emisije elektrika) = kwh x 0,53 kg/kwh = kg Letni izpusti CO2 = CO2(skupaj) / kondicionirano površino stavbe Ak Letni izpusti CO2 = kg / 792 m²a = 33 kg/m²a 28

42 ENERGENT LESNA BIOMASA ENOTE KOLIČINA PORABLJENEGA ENERGENTA DOVEDENA ENERGIJA kwh PRIMARNA ENERGIJA kwh EMISIJE CO2 kwh kg ELEKTRIKA kwh SKUPAJ Tabela 4.3: Dobljeni rezultati pri merjeni EI Slika 4.2: Energijski kazalniki merjene energetske izkaznice Slika 4.3: Zasnova rabe energije v stavbi 29

43 Merjena energetska izkaznica podaja štiri glavne kazalnike: letna dovedena energija, namenjena pretvorbi v toploto na enoto kondicionirane površine stavbe (kwh/m²a), letna poraba električne energije zaradi delovanja stavbe na enoto kondicionirane površine stavbe (kwh/m²a), letna primarna energija za delovanje stavbe na enoto kondicionirane površine stavbe (kwh/m²a), letne emisije CO2 zaradi delovanja stavbe na enoto kondicionirane površine stavbe (kg/m²a). Pri analizi rezultatov, dobljenih po navedeni metodologiji, moramo biti zelo pazljivi, kajti ni nujno, da dobljeni podatki odražajo dejansko stanje, saj so v veliki meri odvisni od načina rabe stavbe. V praksi to pomeni, da bi lahko delno prazna stavba dosegla zelo dobre rezultate in bi lahko potencialnega kupca hote ali nehote zavedla pri njegovih odločitvah. Zaradi navedenega ima neodvisni strokovnjak možnost izbrati drugo metodologijo (računsko EI) v posebnih primerih (nezasedene stavbe). Ravno tako, kot je pomemben izračun kazalnikov, je enak ali še bolj pomemben drugi del energetske izkaznice, ki govori o stroškovno učinkovitih ukrepih. Slednje določimo na podlagi analize dobljenih podatkov in dejanskega stanja objekta, v nekem smiselnem vrstnem redu, od najbolj učinkovitega pa do najbolj zahtevnega ukrepa. V kolikor želimo objekt prenoviti v nzeb načinu, so ukrepi še toliko bolj kompleksni in zahtevni, vendar se postavlja vprašanje, če so stroškovno učinkoviti. Slabost merjene EI izkaznice je ta, namreč ob navidezni uvedbi določenega ukrepa, ne moremo simulirati sprememb v odnosu do energijskih kazalnikov, pravzaprav izboljšave na ovoju ali KGH sistemih direktno ne vplivajo na kazalnike merjene EI. Kako lahko takšen zaplet rešimo? Ena možnost je, da za obravnavan objekt izdelamo računsko energetsko izkaznico ali druga možnost, namreč prenovo lahko načrtujemo po veljavnih predpisih in priporočilih za nzeb gradnjo. V prvi vrsti to pomeni celovito prenovo v skladu s PURES 2010 in dodatno še posamezne detajle, ki smo jih predstavili v prejšnji točki. Kaj natanko je potrebno spremeniti oz. izboljšati na samem ovoju stavbe v primeru poslovno stanovanjskega objekta Kropec? Jasno je, da nekaterih sprememb ni moč izvesti, kot so orientacija stavbe oz. oblika stavbe (čim več steklenih površin na južni 30

44 fasadi) ali namestitev izolacije pod temeljno ploščo. Za dosego želenega standarda bi morali namestiti oz. zamenjati ali povečati obstoječo toplotno izolacijo fasade in strehe z ustrezno (25 cm XPS - U 0,15 W/m²K). Sočasno bi morali sanirati toplotne mostove, ki se pojavljajo, še posebno zahtevna bi bila stranska sanacija temeljne plošče in temelja. Nadalje bi morali zamenjati kompletno stavbno pohištvo z okni s trislojno zasteklitvijo z Ug do največ 0,9 W/m²K (tudi manj). Standard takšne gradnje zahteva tudi visoko prepustnost celotnega sončnega sevanja v prostor, in sicer g 50 % [10]. Za preprečevanje pregrevanja poleti morajo imeti steklene površine ustrezno sončno zaščito (žaluzije). Vgradnja stavbnega pohištva mora biti izvedena tudi z RAL smernico. Optimalna izolacija ovoja ni edina, ki je potrebna za dosego nzeb standarda, ovoj stavbe mora biti tudi zrakotesen, nato dodamo kontrolirano prezračevanje z vračanjem toplote odpadnega zraka. 4.2 RAČUNSKA ENERGETSKA IZKAZNICA Pravilnik o metodologiji izdelave in izdaje energetskih izkaznic stavb (Uradni list RS, št. 92/14, z dne ) določa, da se mora za vse stanovanjske objekte izdelati računska energetska izkaznica [1]. Edina skupna točka, ki jo imata računska in merjena energetska izkaznica (gledano po tehnični plati izdelave) je ta, da moramo na samem začetku izvesti na objektu enostaven energetski pregled. Nato je izdelava bistveno drugačna, saj računsko energetsko izkaznico izdelamo s pomočjo računalniškega programa za izračun gradbene fizike objekta (ArchiMAID Fibran, Ursa 4.0, Knauf Insulation). Rezultati, ki jih dajo programi, so dejansko že končni rezultati, ki jih podaja energetska izkaznica in so za obravnavani objekt dejansko enaki, ne glede za kateri program se odločimo. Podrobno bomo računsko EI predstavili v nadaljevanju, ko bomo v obravnavo vzeli enostanovanjski objekt (enodružinsko hišo) in na dejanskem primeru ugotavljali učinke določenih energetskih ukrepov RAČUNSKA ENERGETSKA IZKAZNICA SPLOŠNO Kot smo navedli v uvodu, računsko EI izkaznico izdelamo s pomočjo programa za izračun gradbene fizike. Metoda izračuna poteka v skladu s standardom SIST EN ISO [23] in ostalimi, ki se navezujejo nanj, pri tem pa je potrebno izračunati energijsko bilanco po naslednjih točkah [26]: 31

45 transmisijske toplotne izgube, ventilacijske toplotne izgube, dobitke notranjih virov, dobitke sončnega sevanja, toploto, potrebno za pripravo TSV (topla sanitarna voda), toplotne izgube pri oddaji toplote, toplotne izgube pri razvodu, toplotne izgube pri pridobivanju toplote iz energenta, vračljivo energijo, električno energijo, ki je potrebna za delovanje sistemov ogrevanja in hlajenja, del te el. energije, ki ostane v stavbi, el. energijo za razsvetljavo, toplotno energijo, ki jo dovedejo sprejemniki sončne energije. Izračun po PURES poteka pod naslednjimi predpostavkami in robnimi pogoji [26]: izbrana je mesečna metoda (s povprečnimi mesečnimi temperaturami okolice), notranja temperatura za ogrevanje = 20 C, notranja temperatura za hlajenje = 26 C, klimatski podatki so podani s strani ARSO po GK koordinatah, trajanje ogrevalne sezone, energija sončnega sevanja (usmeritev, naklon), relativna zračna vlaga po mesecih, projektna temperatura (zaradi dimenzioniranja sistema). Zraven navedenih predpostavk in robnih pogojev imamo na voljo še nekaj predpisanih in predlaganih vrednosti [26]: vpliv toplotnih mostov (v kolikor so primerno rešeni lahko upoštevamo pavšalni dodatek 0,06 W/m2K, lahko pa se odločimo za podrobni izračun po evropskih standardih ali po katalogih o toplotnih mostovih), dobitki notranjih virov (za stanovanjske zgradbe je obvezna vrednost 4 W/m2), predpisane so potrebe po TSV glede na vrsto stavbe, predpisan so pretvorniki v primarno energijo, predpisane so kurilne vrednosti. 32

46 V nadaljevanju zapišimo formulo, po kateri izračunamo razred energetske izkaznice [26]: Q NH = Q tr + Q ve η H,gn (Q int + Q sol ) [4.1] Q NH potrebna dovedena toplota za ogrevanje, Q tr transmisijske toplotne izgube, Q ve ventilacijske toplotne izgube, η H,gn (Q int + Q sol ) izkoristek dobitkov notranjih virov in sončnega sevanja. Tabela 4.4: Stavbe pri računski EI razvrščamo v razrede od A1 do G (Q NH - kwh/m 2 a) A1 A2 B1 B2 C D E F G Ko računamo transmisijske toplotne izgube, moramo razpolagati z naslednjimi podatki [26]: površine posameznih konstrukcijskih elementov (upoštevamo zunanje mere), toplotne prehodnosti posameznih konstrukcij, linearno toplotno prehodnost toplotnih mostov, dolžino toplotnih mostov, točkovno toplotno prehodnost toplotnih mostov, število točkovnih toplotnih mostov, Za izračun toplotnih izgub zaradi prezračevanja potrebujemo naslednje podatke [26]: urno izmenjavo zraka (za stanovanjske stavbe je predpisana vrednost najmanj 0,5h ¹), neto volumen prostora nad kondicionirano površino, podatke o mehanskem prezračevanju in stopnji rekuperacije. Izkoristek dobitkov sončnega sevanja in notranjih dobitkov je odvisen od toplotne kapacitete stavbe in razmerja dobitkov in toplotnih izgub. Stavba z večjo toplotno kapaciteto (masa posameznega elementa pomnožena z njegovo specifično toploto) lahko absorbira več energije in tako kasneje pride do pregrevanja, posledično je izkoristek večji. 33

47 4.2.2 RAČUNSKA ENERGETSKA IZKAZNICA IZDELAVA Kot primer izdelave analize učinkovite rabe energije v stanovanjskem objektu bom obravnaval enodružinsko hišo v kraju Pragersko. Na začetku na samem objektu opravimo energetski pregled, v sklopu katerega zberemo vse potrebne podatke za nadaljnjo obravnavo. Kateri so ti podatki, si poglejmo v nadaljevanju: osnovni podatki o stavbi (indentifikacijska oznaka, parcelna številka, klasifikacija, leto izgradnje, slika objekta), dimenzije posameznih konstrukcij (površine posameznih delov ovoja stavbe, volumen stavbe, sestavo konstrukcij in njihovo debelino, orientiranost), podatki o posameznih sistemih v stavbi in poraba energentov (ogrevanje, hlajenje, prezračevanje, razsvetljava, OVE), ugotovljene pomanjkljivosti (točkovni ali linijski toplotni mostovi, tesnenje in kvaliteta stavbnega pohištva, učinkovitost sistemov, obnovljivi viri energije). Slika 4.4: Osnovni podatki stanovanjskega objekta Med osnovnimi podatki bi želel izpostaviti določitev X in Y koordinat, ki določajo lego objekta. Koordinate določimo s pomočjo Atlasa Okolja, ki ga najdemo na spletu ( [24]. 34

48 Slika 4.5: Določitev X,Y koordinat s pomočjo Atlasa Okolja [24] Toplotni cone in ovoj se določita po standardu SIST EN ISO 13790, ovoj sestavljajo vsi elementi, ki toplotno ščitijo kondicionirani prostor od zunanjosti, sosednjih stavb in nekondicioniranih prostorov. Nekodicionirani prostori znotraj toplotnega ovoja stavbe (stopnišča, shrambe, kleti), se upoštevajo kot kondicionirani prostori. Zunanja površina A(m²), skozi katero prehaja toplota v okolico, se določi s pomočjo zahteve standarda SIST EN ISO 13789, dodatek B, zunanji sistem določanja mer [20]. Slika 4.6: SIST EN ISO sistem določanja mer [20]. Zbrani podatki, bodisi pridobljeni, izmerjeni ali izračunani, predstavljajo vhodne podatke za izračun kazalnikov računske energetske izkaznice s pomočjo računalniškega programa za izračun gradbene fizike. Energetska izkaznica in analiza nekaterih stroškovno učinkovitih ukrepov bo izvedena v računalniškem programu ArchiMAID - program gradbene fizike. Lastnik programa je podjetje Fibran iz Sodražice, ki proizvaja izolacijske materiale in se na tak način promovira oz. oglašuje. Dostop do programa je omogočen preko njihove spletne strani ter ob predhodnem naročilu in obisku vsaj osnovnega tečaja uporabe. Program se veže na tehnično smernico TSG-1-004:2010, ki podaja metodologijo izračuna. 35

49 Slika 4.7: ArchiMAID Fibran S pomočjo programa izračunamo glavne kazalnike računske energetske izkaznice, ki so: letna potrebna toplota za ogrevanje na enoto kondicionirane površine stavbe QNH/Ak (kwh/m²a), letna dovedena energija za delovanje stavbe na enoto kondicionirane površine stavbe Q/Ak (kwh/m²a), letna primarna energija za delovanje stavbe na enoto kondicionirane površine stavbe Qp/Ak (kwh/m²a), letne emisije CO2 zaradi delovanja stavbe na enoto kondicionirane površine stavbe (kg/m²a). Dobljene vrednosti za posamezne kazalnike prikažemo na barvnem poltraku, ki je sestavni del računske energetske izkaznice. 36

50 Slika 4.8: Kazalniki računske EI Prvi kazalnik in hkrati najbolj pomemben je potrebna toplota za ogrevanje, in ga razvrščamo v razrede, ki so nazorno prikazani. Analiziran stanovanjski objekt je razvrščen v razred D (75 kwh/m²a), zraven imamo navedeno prvo referenčno vrednost, ki podaja minimalne zahteve za gradnjo po PURES v letu, ko izdelamo energetsko izkaznico (52 kwh/m²a). Drugi kazalnik je dovedena energija za delovanje stavbe (119 kwh/m²a), ki je seštevek dovedenih energij za posamezna področja rabe energije (ogrevanje, hlajenje, prezračevanje, ovlaževanje, TSV, razsvetljava in PV). V tem izračunu ni upoštevana energija, ki se porablja za delovanje strojev in naprav. Tretji in četrti kazalnik dobimo (49 kwh/m²a in 8 kg/m²a), če dovedeno energijo za delovanje stavbe pomnožimo z ustreznimi faktorji pretvorbe. Ko govorimo o rezultatih pri računski energetski izkaznici, moramo vedeti, da slednji ne odražajo dejanske rabe energije za določen objekt, oz. ne povedo, koliko bo stala uporabnika naslednja ogrevalna sezona. Rezultati nam povedo rabo energije pri standardni rabi, na podlagi njih lahko stavbe med sabo primerjamo in lahko primerjamo vpliv različnih izboljšav na objektu. Da bi obravnavani objekt dosegel skoraj nič energijski standard, se zdi dokaj zapleteno, saj se je objekt uvrstil v D energijski razred. Ker nas zanima, kaj je potrebno postoriti, da 37

51 gradnjo preobrazimo v nzeb, bomo izvedli simulacijo prenove stavbe: - dodatna toplotna izolacija stavbe, - zamenjava stavbnega pohištva, - odprava toplotnih mostov. Ovoj stavbe bomo dodatno izolirali in zatesnili tako, da bomo povečali nameščeno toplotno izolacijo fasade in strehe na 25 cm, zamenjali stavbno pohištvo s pasivnim standardom in odpravili nekatere toplotne mostove (dodatna izolacija balkonskih plošč), ki se pojavljajo predvsem zaradi razčlenjenosti stavbe. Vendar kljub naštetim ukrepom se energijskemu A2 razredu ni možno približati, kajti omenjeni ukrepi stavbo uvrstijo v razred C, ki predstavlja letno potrebno toploto za ogrevanje med 35 in 60 kwh/m²k. Kaj je tisti detajl, ki ostne neizkoriščen kljub odlični izolaciji ovoja? Če želimo doseči tako visoko stopnjo učinkovitosti stavbe, moramo v stavbo pripeljati oz. vgraditi sistem prezračevanja z vračanjem toplote odpadnega zraka (nad 90 %). Navedeno pomeni, da se pri dobro oz. odlično izvedenem toplotnem ovoju stavbe, toplotne izgube pojavljajo predvsem zaradi potrebnega prisiljenega prezračevanja, ki je nujno zaradi doseganja kvalitete zraka, posledično ugodnega počutja v stavbi. Ob upoštevanju navedenega sistema uspemo stavbo uvrstiti v A2 energijski razred energetske izkaznice (14 kwh/m²a), ki je pogoj za nepovratne finančne spodbude v tekočem letu, ob upoštevanju že prej navedenega dejstva, namreč ovoj mora biti popolnoma zrakotesen (vsi inštalacijski in ventilacijski preboji morajo biti zrakotesni), kar dokazujemo z izvedbo Blowerdoor testa. 5 OBNOVLJIVI VIRI ENERGIJE V nzeb Za skoraj nič energijsko stavbo je, izhajajoč iz študije stroškovno optimalnih minimalnih zahtev, predviden najmanjši dovoljeni delež OVE 50 % ali SPTE 75 %, ne glede na vrsto stavbe. V predpisanem deležu obnovljivih virov se upošteva energija, proizvedena iz OVE na kraju samem in obnovljivi del dovedene energije preko meje območja presoje (meja, kjer določamo energijsko bilanco dovedene in oddane energije), medtem ko se oddana energija obnovljivega izvora, ki mejo območja presoje zapušča, odšteje. Kar se tiče obnovljivega dela elektrike iz omrežja, slednjega do vpeljave novih standardov ni moč določiti, ker ni jasna metodologija razčlenitve [15]. 38

52 5.1 SPTE - SOPROIZVODNJA TOPLOTE IN ELEKTRIKE Akcijski načrt za skoraj nič energijske stavbe v svoji vsebini omenja oz. navaja tudi sisteme z integrirano kogeneracijo ali poligeneracijo (trigeneracijo) kot primer učinkovite rabe energije in hkratnem zmanjševanju rabe primarne energije. Takšni sistemi naj bi se učinkovito plasirali v določena območja in učinkovito izrabljali lokalni energetski potencial (tukaj je predvsem mišljena lesna biomasa) ali drugo obliko primarne energije na visoko učinkoviti ravni 90 % in več. Energetski zakon EZ-1 v svojem 322. členu navaja, da morajo biti sistemi daljinskega ogrevanja in hlajenja učinkoviti ter da morajo distributerji zagotoviti, da je na letnem nivoju zagotovljena toplota iz enega od naslednjih virov [15]: vsaj 50 % toplote proizvedene iz OVE, vsaj 50 % iz odvečne toplote, vsaj 75 % toplote iz soproizvodnje ali vsaj 75 % kombinacije toplote iz prvih treh alinej. Osnovni namen kogeneracije je proizvodnja električne energije, pri procesu pa se hkrati učinkovito izkorišča nastala topota. Če v takšen proces vključimo še absorpcijski hladilnik dobimo t. i. poligeneracijo oz. trigeneracijo. Takšni sistemi se lahko uporabljajo za lokalno oskrbo ali za večje objekte, kot so trgovski centri, športni objekti, bolnišnice in hoteli. Sistem mora biti projektiran glede na potrebe po toploti, presežek električne energije pa lahko oddajamo v električno omrežje, v primeru pomanjkanja pa se el. energija lahko prevzema iz omrežja SPTE - KOGENERACIJA PRISTAN V kogeneracijskih sistemih lahko uporabljamo tudi batne motorje (slika 5.1) bodisi Dieslove ali Ottove. Načeloma se tak kogeneracijski sistem skoraj ne razlikuje od sistema s plinsko turbino, vendar pa je med njima nekaj pomembnih razlik. V primerjavi s plinskimi turbinami imajo plinski motorji večji električni izkoristek (nihanje izkoristka približno 5 %), manjši pa so tudi investicijski stroški. Pri sistemih z batnim motorjem je težje izrabiti proizvedeno toploto, saj ima ta nižjo temperaturo, razen tega pa je porazdeljena med izpušne pline in medije hladilnih sistemov motorja. 39

53 Slika 5.1: Kogeneracijski sistem z batnim motorjem [27] Med najpogostejše načine izrabe toplote iz kogeneracijskih sistemov z batnimi motorji sodijo: pridobivanje pare tlaka 15 barov z izpušnimi plini motorja in pridobivanje vroče vode temperature C z mediji hladilnih sistemov motorja, pridobivanje vroče vode temperature C z mediji hladilnih sistemov motorja in njeno dogrevanje do 100 C z izpušnimi plini, neposredna izraba toplote izpušnih plinov v procesih, npr. pri sušenju, pridobivanju industrijskega CO₂ itd., segrevanje zraka z ustreznimi prenosniki je mogoče vso toploto, nastalo v kogeneracijskem sistemu, izrabiti za segrevanje zraka. Batni motorji lahko delujejo na plinska goriva (zemeljski plin, utekočinjen naftni plin ) ali tekoča goriva (plinsko olje, lahko ali težko kurilno olje). Motorji z notranjim izgorevanjem, znani tudi kot batni motorji, so na voljo do 50 MWe. Generator, ki je prigrajen motorju, proizvaja električno energijo. Toploto dobimo iz izpušnih plinov skozi kotel na odpadno toploto pri temperaturi okoli C in iz hladilnega sistema motorja na nižjem temperaturnem nivoju. V celoti je možno izrabiti 85 % vse energije oziroma do 95 % v primeru, če ohladimo izpušne pline pod temperaturo kondenzacije vodne pare v izpuhu. Na sliki 5.2 je prikazan primer SPTE s plinskim motorjem in diagram pretvorbe energije. 40

54 Slika 5.2: Shema KPTE z diagramom pretvorbe energije [27] Iz diagrama pretvorbe energije na sliki 5.2 lahko razberemo, da znaša skupna izraba energije sodobnega postroja s plinskim motorjem 90 % (40 % električni izkoristek in 50 % toplotni izkoristek). Omenjeni izkoristek je definiran glede na spodnjo kurilnost goriva, izgube znašajo 10 %. Izgube pri kogeneraciji s plinskim motorjem so vsota izgub generatorja, sevanja, izgube prenosnikov toplote in neizkoriščene toplote izpušnih plinov. Škodljivih snovi je v izpušnih plinih le približno 1 %. Za okolje so najbolj nevarni ogljikov monoksid (CO), ogljikovodiki (HC) in dušikovi oksidi NO x.. Mejne vrednosti emisij so v RS 300 mg/m 3 CO in 500 mg/m 3 NO x. Mejne vrednosti veljajo za suhe izpušne pline pri 0C in 1013 mbar ter pri 5 vol. % vsebnosti kisika. V sodobnih nepremičnih plinskih motorjih poteka zgorevanje pri minimalnem razmerniku zraka, zato se zniža temperatura zgorevanja in s tem zmanjša tvorba NO x. Plinski motor ima vgrajen katalizator za zmanjšanje emisije ogljikovodikov in doseganje predpisanih mejnih vrednosti CO. V skladu z Uredbo o pogojih za pridobitev statusa kvalificiranega proizvajalca električne energije je kogeneracija Pristan vključena v SN elektroenergetski sistem javne distribucije. Vključitev ji omogoča sinhronski generator (AVK DIG 120 g/4, Un = 10.5kV ), preko novega SN bloka (vključene so vse zaščite in potrebne meritve) in rekonstruirane transformatorske postaje TP Pristan. Proizvedena električna energija je tako v celoti oddana v distribucijsko elektro-omrežje. Napajanje lastne rabe sistema kogeneracije je izvedeno z odjemom iz obstoječega NN razdelilca kotlovnice, vendar je opremljeno z ločenimi meritvami. Sliki v nadaljevanju prikazujeta zgoraj omenjeni generator in SN blok. 41

55 Slika 5.3: Sinhronski generator tip AVK DIG 120 in SN blok sistema kogeneracije Plinska filtrirno merilna proga postrojenja kogeneracije je priključena na obstoječi razvod zemeljskega plina (nadtlaka 100 mbar) za kotlovnico Pristan, in sicer pred vstopom v kotlovnico. Plinovod se po vstopu v prostor objekta kogeneracije priključi na plinsko progo za dovod plina v mešalno komoro motorja. Elementi plinskih prog so nameščeni v objektu kogeneracije (glušni komori), priključni plinovod pa poteka nadometno. Vročevodni sistem postrojenja kogeneracije 90/70C je v obstoječi toplotno energetski sistem kotlovnice Pristan vključen ''zaporedno'' z obstoječimi kotli. Priključitev je izvedena v kotlovnici. Elementi meritev proizvedene toplote vročevodnega sistema kogeneracije so nameščeni v objektu kogeneracije (glušni komori), vročevod poteka nadometno. Odjem toplote iz procesa je ključen, saj je s tem pogojena proizvodnja električne energije. Če slednji ni zadosten, se vrši prisilno hlajenje, kar pomeni, da lahko izklopimo prenosnik toplote na izpušnih plinih (toplota uhaja v zrak) ter vključimo zasilno hlajenje. Energetsko gledano takšen ukrep ni smotrn, vendar se iz ekonomskega vidika kljub temu izplača. Prisilno hlajenje je možno le toliko časa, dokler je cel (MIN) 75 %, če izkoristek pade pod to vrednost, izgubi kogeneracija status kvalificirane elektrarne (KE) kot mala toplarna za daljinsko ogrevanje s proizvodnjo električne energije do vključno 1 MW. V tem primeru obratovanje kogeneracije tudi iz ekonomskega vidika ni več smiselno. 42

56 Kogeneracija Pristan ima odjem toplote zagotovljen preko javnega omrežja, slednje je v tem delu razdeljeno na tri glavne veje. Prvi večji odjemalec je kopališče Pristan, druga veja so Tehniške Fakultete, tretja veja pa so t. i. Dravske terase (sklop blokov). Na drugi veji je v bližnji prihodnosti predvideno povečanje odjema, veja bi se naj razširila na območje Srednje Elektro Računalniške Šole. Zraven omenjenega odjema bi bilo smotrno kogeneracijo nadgraditi v trigeneracijo in tako pokrivati hladilne potrebe kopališča, saj se v poletnem času pojavi presežek toplote, v zimskem pa je slika ravno nasprotna. V zimskem režimu delovanja kogeneracija ne zmore zagotavljati potrebne toplote, zato se v sistem vključita dve veji plinskih kotlov. Vsaka od posameznih vej vsebuje po dva kotla. Kombinacija postrojev je odlična in zlahka obvladuje potrebe zadostne toplote tako v letnem in zimskem času. Zakonska regulativa RS opredeljuje sisteme soproizvodnje toplotne Q tpl in električne energije Q el (kogeneracije) na podlagi vira primarne energije, nazivno instalirane električne (Q el ) proizvodne moči, razporeditve soproizvedene toplote (Q tpl ), celotnega izkoristka ( cel ) in prihranka primarne energije (PPE) postrojenja soproizvodnje (oziroma KE). V skladu z Uredbo o pogojih za pridobitev statusa kvalificiranega proizvajalca električne energije (Ur.l.RS, št. 71/07) je opredelitev kriterijev za status postrojenja soproizvodnje na lokaciji Pristan Maribor sledeča [19]: Vir primarnega goriva: zemeljski plin (elektrarna, ki kot edino gorivo uporablja gorivo fosilnega izvora). Nazivno instalirana električna proizvodna moč: Q el = 0,827 MW (mala elektrarna, saj je Q el = 0,827 MW < 1 MW). Razporeditev soproizvedene toplote: Q tpl = 0,987 MW, ki se v celoti oddaja v javno distribucijo (toplarna za daljinsko ogrevanje, saj več kot 50 % soproizvedene Q tpl odda v javno distribucijo). Toplarna za soproizvodnjo toplote in elektrike (s statusom KE), ki uporablja gorivo fosilnega izvora, mora pri Q el < 1 MW zadostiti minimalnemu PPE KE(MIN) > 0 % in minimalnemu cel (MIN) = 75 %. Za postrojenje soproizvodnje na lokaciji PRISTAN Maribor velja [27]: - Celotni izkoristek: cel = 86,80 % > cel(min) = 75 %, - Prihranek primarne energije: PPE KE = 24,39 % > PPE KE(MIN) = 0 %. 43

57 Na podlagi navedenega se postrojenje za soproizvodnjo toplotne in električne energije (kogeneracija) s plinskim motorjem na lokaciji Pristan Maribor uvršča med kvalificirane elektrarne (KE) kot mala toplarna za daljinsko ogrevanje s proizvodnjo električne energije do vključno 1 MW. Izračun PPE predvidene soproizvodnje s plinskim motorjem na lokaciji kotlovnice Pristan Maribor znaša: za kvalifikacijo proizvajalca (KE) električne energije (Uredba o pogojih za pridobitev statusa kvalificiranega proizvajalca električne energije; Ur.l.RS, št. 71/07) [27]: PPE KE = (1-1/( SPTE,q / REF,q + SPTE,p / REF,p )) 100 % = = (1-1/(0,472/0,9 + 0,396/0,496)) 100 % = 24,39 % [5.1] Pri izračunu PPE KE je upoštevano: obratovanje plinskega motorja v področju od 100 % do 50 % nazivne moči. SPTE,p = 0,396 - električni izkoristek soproizvodnje pri nazivni moči, SPTE,q = 47,20 %, toplotni izkoristek soproizvodnje pri nazivni moči, REF,p = 0,496 - referenčni električni izkoristek (= 0,525 0,945 ;Odločba 2007/74/ES), REF,q = 0,9 - referenčni toplotni izkoristek (Odločba 2007/74/ES). cel s plinskim motorjem na lokaciji kotlovnice Pristan Maribor znaša [19]: cel = SPTE,p + SPTE,q [5.2] cel = 0, ,472 = 0,868 Pri izračunu cel je upoštevano: obratovanje plinskega motorja v področju od 100 % do 50 % nazivne moči. SPTE,p = 0,396, električni izkoristek soproizvodnje na lokaciji kotlovnice Pristan pri nazivni moči, SPTE,q = 0,472, toplotni izkoristek soproizvodnje na lokaciji kotlovnice Pristan pri nazivni moči. 44

58 Letna količina proizvedene električne energije, ki se načrtuje vsakoletno, se giblje okoli MWh/letno, od katere je: delež za prodajo v Elektro distribucijo: MWh/letno delež za lastno rabo sistema kogeneracije: 90 MWh/letno. Letna količina v KE soproizvedene toplotne energije sistema 70/90C je cca MWh/letno, od katere je celotna soproizvedena toplotna energija namenjena prodaji v obstoječi toplotno energetski sistem kotlovnice Pristan TRIGENERACIJA Na sliki 5.5 je prikazana osnovna shema trigeneracijskega sistema za proizvodnjo toplotne, električne in hladilne energije. Generator koristi za proizvodnjo električne energije plinski motor. Odvedeno toploto pri hlajenju motorja koristimo: - za ogrevanje v zimskem času in pripravo tople vode v celem letu, - za pogon absorpcijskega hladilnika in pripravo hlajene vode 6/12 C za potrebe klimatizacije v letnem času. Absorpcijski hladilniki se običajno uporabljajo v kemijsko predelovalni ter procesni industriji ali pa pri klimatizaciji stavb, kot so šole, bolnice ter različni centri. Tovrstne hladilne naprave so predvsem uporabne tam, kjer nastaja presežna toplota s temperaturo vsaj 90 C. Absorpcijski hladilnik deluje analogno kompresorskemu. V uparjalniku se v hladilni proces dovaja toplota na nižjem temperaturnem nivoju, v kondenzatorju pa se odvaja na višjem. Da je proces izvedljiv, mora biti tlačni nivo, ki vlada v kondenzatorju, višji od nivoja v uparjalniku. Tlačno razliko med uparjalnikom in kondenzatorjem dosežemo pri kompresorskih hladilnikih z mehanskim kompresorjem, pri absorpcijskih pa s t. i. toplotnim kompresorjem. 45

59 Tg temperaturni nivo generatorja Tok temperaturni nivo okolice Th temperaturni nivo hlajenja Qg toplota generatorja Qh toplota odvzeta sistemu hlajenja Qok toplota oddana v okolico Slika 5.4: Shema sorpcijskega hladilnega procesa z vrisanimi energijskimi tokovi in temperaturnimi nivoji, s katerimi hladilnik izmenjuje toploto Najpomembnejša dela toplotnega kompresorja sta absorber in desorber. Para hladiva iz uparjalnika se v absorberju absorbira v revno raztopino absorbenta in hladiva. Revna raztopina predstavlja raztopino z majhnim deležem hladiva. Po absorpciji je delež hladiva v raztopini višji bogata raztopina. V desorberju se pare hladiva ponovno izločijo iz raztopine. Absorpcijski hladilniki lahko delujejo kontinuirano ali nekontinuirano. Zaradi nekontinuirane dobave hladu pri nekontinuiranih napravah se v praksi večinoma uporabljajo kontinuirano delujoči hladilniki. Absorpcijski hladilniki ne uporabljajo okolju škodljiva hladiva. Za pogon uporabljajo toploto (ni rotirajočih delov), zato so stroški vzdrževanja v daljšem časovnem obdobju nižji. Pri absorpcijskih hladilnikih, ki jih uporabljamo za klimatizacijo (hlajena voda 6/12 C), je delovno sredstvo H 2 o/libr. Sistem hlajenja je v večini primerov kombiniran s kompresorskimi hladilniki. Kombinirana proizvodnja hladu nam zagotavlja večjo zanesljivost, pri čemer kompresorski sistem služi le za pokrivanje koničnih potreb po hladilni energiji. 46

60 Slika 5.5: Shema trigeneracijskega sistema za proizvodnjo toplotne, električne in hladilne energije [29] Slika 5.6: Zimski in letni režim delovanja trigeneracije [29] IZBIRA TRIGENERACIJSKEGA SISTEMA - PRIMER Zagotoviti je potrebno naslednje moči: - toplotna moč: 1000 kw (ogrevanje 90 %, priprava tople sanitarne vode 10 %), - hladilna moč: 500 kw, - električna moč: 500 kw. Trigeneracijske sisteme lahko določimo na: - glede na zahtevano (maksimalno) toplotno moč v zimskem času, - glede na zahtevano hladilno moč, 47

61 - glede na zahtevano električno moč. Pri določitvi sistema upoštevamo tri obdobja: - zimsko obdobje (ogrevanje maksimalno), - prehodno obdobje (ogrevanje % max.), - poletno obdobje (hlajenje maksimalno). Karakteristike plinskih motorjev (iz kataloga proizvajalca) so sledeče [29]: - zimsko obdobje, max. ogrevanje: P el = 768 kw, P top = 1051 kw, P dovedena = 1819 kw - poletno obdobje, max. hlajenje P el = 588 kw, P top = 916 kw, P dovedena = 1514 kw - zahtevana električna moč: P el = 510 kw, P top = 690 kw, P dovedena = 1200 kw Slika 5.7a:Višek energije glede Slika 5.7b:Višek energije glede Slika 5.7c:Višek energije na toplotno moč na hladilno moč glede na električno moč Viški in primanjkljaji energij glede na toplotno, hladilno in električno moč za zimsko, prehodno in poletno obdobje so prikazani v diagramih na slikah 5.7a, 5.7b in 5.7c. V primeru, da sistem dimenzioniramo na zahtevano toplotno moč (slika 5.7a), višek toplotne moči odvajamo s hladilnimi stolpi, višek električne energije pa pošiljamo v omrežje. Zahtevano hladilno moč v prehodnem obdobju (30 40 % max.) pokrivamo z absorpcijskimi hladilniki, višek toplotne energije pa odvedemo s hladilnim stolpom. V poletnem obdobju, ko je zahteva po hlajenju maksimalna, pokrivamo celotno hlajenje z absorpcijskimi hladilniki. 48

62 V primeru, da sistem dimenzioniramo na zahtevano hladilno moč (slika 5.7b), potrebujemo za 500 kw hladilne moči 770 kw toplotne moči (COP = 0,65). Z izbranim plinskim motorjem pa ne moremo pokrivati potreb po toploti v zimskem času. Razliko 84 kw pokrivamo z vgradnjo vršnega kotla. Zahtevano hladilno moč v prehodnem obdobju (30 40 % max.) pokrivamo z absorpcijskimi hladilniki, višek toplotne energije pa vodimo v hladilni stolp. V poletnem obdobju, ko je zahteva po hlajenju maksimalna (500 kw), ne moremo pokrivati celotnega hlajenja z absorpcijskimi hladilniki. Potrebna je vgradnja kompresorskega hladilnika električne moči 9 kw. Za pogon kompresorja uporabimo lastno proizvedeno električno energijo, kompresor pa služi za pokrivanje konic hlajenja. S takim načinom obratovanja pošiljamo manj električne energije v omrežje. V primeru, da sistem dimenzioniramo na zahtevano električno moč 500 kw (slika 5.7c) s plinskim motorjem, ne moremo pokrivati potreb po ogrevanju v zimskem obdobju. Razliko 310 kw pokrijemo z vgradnjo dodatnega kotla, kar podraži investicijo. Viški toplotne moči tudi ne zadostujejo za pokritje celotnih potreb po hlajenju z absorpcijskimi hladilniki, zato je potrebno vgraditi kompresorski hladilnik za potrebe hlajenja, za kar potrebujemo 6,5 kw električne moči. Ker plinski motor ne zagotavlja dovolj električne energije, je potrebno preostanke kupiti iz električnega omrežja. Analiza izbire najprimernejšega načina trigeneracije je prikazana iz energijskega stališča. V našem primeru je najprimernejši trigenracijski sistem izbrati glede na toplotno energijo, ker lahko na ta način največ električne energije prodamo v električno omrežje. Ker sistem zagotavlja pokritje celotnih toplotnih potreb, ni potrebno vgraditi dodatnega kotla. Izbira sistema na maksimalno hladilno moč je pokazala, da je potrebno vgraditi dodaten kotel, ki služi za pokrivanje toplotnih konic v zimskem času, in dodaten kompresor, ki služi za pokrivanje konic hlajenja v letnem času. Izbira sistema glede na maksimalno električno moč ni racionalna, saj zahteva vgradnjo kotlov ter hladilnih kompresorjev in precej poveča stroške investicije. Vgradnja sistemov kogeneracij in trigeneracij zmanjšuje porabo neobnovljivih primarnih virov, obremenitev okolja s CO 2 (tudi za 50 %) in drugimi škodljivimi plini ter skupne stroške za energijo. Investicija v te sisteme izkazuje tudi velik narodno gospodarski učinek, kar pomeni, da omogoča povečanje obsega proizvodnje električne energije z relativno majhno investicijo in nizkimi obratovalnimi stroški v primerjavi s sistemskimi elektroenergetskimi objekti. Učinkovitost kogeneracijskih sistemov se določa s primerjavo 49

63 referenčnega sistema (ločene proizvodnje toplotne in električne energije) pri upoštevanju 10 do 15 % izgub pri transportu energije. Ker se takšna postrojenja nahajajo v bližini porabnikov, so izgube transporta energije bistveno manjše kot pri centralnih proizvajalcih. Svetovne izgube pri prenosu in distribuciji električne energije znašajo preko 1.3 TWh, kar je ekvivalentno 11,6 % skupne svetovne porabe. Sočasna proizvodnja toplotne, električne in hladilne energije v bližini porabnikov predstavlja trenutno najučinkovitejši rabo energije pri majhnem onesnaževanju okolja [29]. 5.2 TOPLOTNA ČRPALKA Ko govorimo o skoraj nič energijski rabi stavb, ne moremo izpustiti ene od ključnih naprav, ki bo v prihodnje, skupaj z ostalimi že opisanimi dejavniki, tvorila osnovo nzeb gradnje. Toplotna črpalka je danes široko poznan pojem oz. zelo dobrodošla naprava, le malo kdo pa ve, da njeni začetki segajo že v začetek 19. stoletja. Njena raba je skozi zgodovino precej nihala in je bila odvisna predvsem od aktualne energetske politike in očitno je spet napočil čas, v katerem TČ prevzema eno od ključnih vlog za ogrevanje in hlajenje stavbe ter pripravo tople sanitarne vode. Navedeno dejstvo dokazuje tudi aktualen akcijski načrt za nzeb, ki jo navaja oz. priporoča kot tehnično in stroškovno zelo učinkovito napravo. Leta 1824 je francoski fizik Sadi Carnot razvil termodinamični krožni proces, ki v največji meri izkorišča (proizvaja) mehansko delo. Leta 1834 je Jakob Perkins s patentom hladnega parnega stroja ustvaril nov pojem, kjer je Carnotov krožni proces obrnil v levi krožni proces, ki danes velja za osnovo delovanja toplotne črpalke. Namen krožnih procesov v energetski tehniki je, da se delo iz toplote pridobiva stalno in nepretrgano. Glavni cilj krožnih procesov je, da je pri konstantnem dovodu toplote pridobljeno delo čim večje, vloženo pa čim manjše. Za pridobivanje mehanskega dela oz. električne energije se v tehniki uporabljajo desni krožni procesi. Pri desnih krožnih procesih teče toplota s telesa z višjo temperaturo preko delovne snovi na telo z nižjo temperaturo, pri tem pa se del toplote preobrazi v delo. Levi krožni procesi so nasprotni desnim, saj si preobrazbe sledijo v nasprotni smeri urinega kazalca. Pri levem krožnem procesu vložimo delo, toploto pa črpamo s telesa z nižjo temperaturo na telo z višjo [25]. 50

64 Slika 5.8: Shematski prikaz delovanja levega krožnega procesa [25] Kot smo že v prejšnjem poglavju omenili, je osnova delovanja toplotne črpalke Carnotov levi krožni proces, ki ga imamo za idealni proces delovanja toplotne črpalke. Slika 5.9: Shematski princip delovanja toplotne črpalke [25] Pri toplotnih črpalkah navajamo njeno učinkovitost z grelnim številom ε. To število nam ponazarja razmerje med pridobljeno toploto, ki smo jo dobili iz procesa, in delom, ki smo ga dovedli v proces. Učinkovitost toplotne črpalke je odvisna od temperature toplotnega vira in temperature ogrevalnega medija. 51

65 Toplotni stroj, opisan z enačbami [25]: Q odv = A + Q dov [5.3] Izkoristek toplotnega stroja je enak [25]: η = A Q dov = 1 Q odv Q dov [5.4] Izkoristek je vedno manjši od 1. Kjer je: Qodv Qdov A - odvedena toplota, - dovedena toplota, - delo - izkoristek Grelno število [25]: ε = Q P [5.5] Kjer pomeni: - grelno število Q P - toplotna moč toplotne črpalke - pogonska moč toplotne črpalke Glavni elementi toplotne črpalke so razvidni že iz slike 5.9, kjer je predstavljen shematski prikaz delovanja toplotne črpalke. Ti elementi so: Uparjalnik odvzema toploto iz okolice (toplotnemu viru), v njem se pri nizki temperaturi uplini delovna snov (hladivo), ki nato potuje v kompresor. Kompresor stisne paro in jo dvigne na višji tlačni in temperaturni nivo. Kondenzator, vroča para v kondenzatorju kondenzira pri višji temperaturi in pri tem oddaja kondenzacijsko toploto ogrevanemu mediju. Ekspanzijski ventil delovni snovi zniža tlak. 52

66 Uparjalnik in kondenzator sta elementa, ki prenašata toploto enega na drugi medij, zato sta prenosnika toplote. Pri toplotnih črpalkah, kjer se kot toplotni vir izkorišča okoliški zrak, se običajno kot uparjalnik uporablja lamelni cevni prenosnik toplote (slika 5.10). Slika 5.10: Lamelni cevni uparjalnik [25] Pri toplotnih črpalkah, kjer se kot toplotni vir uporablja voda, se uporabljajo ploščati prenosniki toplote (slika 25), ki so običajno iz nerjavečega jekla. Slika 5.11: Ploščati prenosnik toplote [25] Ekspanzijski ventil služi za popolno uparjanje in rahlo pregrevanje hladiva, ki teče iz uparjalnika. Z njim lahko krmilimo pretok hladiva na vhodu v uparjalnik. Slika 5.12: Ekspanzijski ventil [25] 53

67 Kompresor sesa uparjeno hladivo in ga komprimira na višji tlak, posledično naraste temperatura hladiva. Danes se največ uporabljajo tako imenovani vijačni»scroll«kompresorji (slika 5.13). Odvisno od izvedbe pa za toplotne črpalke obstajajo trije različni kompresorji: hermetično zaprti (zavarjeni) kompresorji, polhermetično zaprti (zavijačeni) kompresorji, odprti kompresorji (z drsim obročnim tesnilom). Slika 5.13: Hermetično zaprt vijačni-kompresor [25] VIRI TOPLOTE IN NJIHOVE ZNAČILNOSTI Največkrat so ti viri pridobljeni iz okolja, saj je naravni toplotni vir na razpolago skorajda v neomejeni količini. V skupino naravnih toplotnih virov spada od sončne energije shranjena toplota v zraku, vodi in zemlji. Kot toplotni vir se lahko uporablja tudi toplota odpadnega zraka, vendar se ta vir uporablja bolj kot alternativni vir v tehnoloških procesih. Vir toplote je ključnega pomena pri načrtovanju vgradnje toplotne črpalke. Pri dimenzioniranju toplotne črpalke oz. določitvi njenega grelnega števila, sta ključnega pomena temperatura vira toplote in temperatura toplotnega porabnika drugače rečeno njuna temperaturna razlika. Najprimernejši ogrevalni sistem za izkoriščanje energije s toplotno črpalko je talno ali stensko ogrevanje, saj je v tem primeru dovolj, da ogrejemo ogrevalno vodo samo na 35 C do 40 C. Izbira samega toplotnega vira je največkrat odvisna od naravnih danosti same lokacije, kjer se objekt nahaja [25]. 54

68 Voda/podtalnica Podtalnica je zaradi minimalnega nihanja temperature idealen vir za monovalenten način ogrevanja s toplotno črpalko. Temperatura podtalnice znaša tudi v najhladnejših dnevih v letu od 7 do 12 C. Priporočljivo je izkoriščati vir podtalnice od globine 20 do 25 m. Pri izkoriščanju podtalne vode je potrebno paziti na zadosten pretok vode skozi uparjalnik, ki mora znašati od 150 do 180 l/h za 1 kw toplotne moči. Za izkoriščanje podtalnice je potrebno izvrtati dve izvrtini, in sicer sesalno in ponorno [25]. Sesalna vrtina V to vrtino je vstavljena potopna črpalka, ki črpa vodo do toplotne črpalke (skozi uparjalnik). Količina podtalne vode mora biti vedno enaka vsaj minimalnemu zahtevanemu pretoku toplotne črpalke. Sama globina sesalne vrtine je odvisna od razpoložljivosti vodnega vira. Zaradi nižjih stroškov delovanja naj ne presega 15 m pri toplotnih črpalkah do 30 kw toplotne moči. Podtalnico črpamo s potopno črpalko iz vrtine, ta nato zakroži preko uparjalnika v toplotni črpalki, kjer odda del svoje temperature in se ohlajena vrne nazaj v ponorno vrtino. Ponorna vrtina mora biti za 15 m oddaljena od sesalne vrtine v smeri toka podtalne vode, da se prepreči mešanje toplejše vstopne in hladnejše izstopne vode [25]. Ponorna vrtina Iz toplotne črpalke se voda, kateri smo odvzeli nekaj energije, ohlajena vrne v ponorno vrtino in nazaj v podtalnico. Ponorno vrtino je potrebno izvrtati od 10 do 15 m v smeri toka vode za sesalno vrtino, tako se izognemo mešanju toplejše vstopne in hladnejše izstopne vode [25]. Zemlja in kamniti masivi V zemlji uskladiščena toplotna energija teče skoraj izključno v smeri od vrha zemeljske površine proti globini. Najvažnejša dovodnika sveže toplotne energije sta zato sončno segrevanje površine in padavine, medtem ko je dovod toplotne energije iz zemlje proti površini zanemarljiv, saj znaša le 0,1 W/m 2. Toplotna prevodnost zemlje in njena sposobnost akumuliranja toplote naraščata z vsebnostjo vode v zemljišču (suha tla so manj prevodna in imajo manjšo zmožnost akumulacije toplote). Zaledenitev vsebovane vode vodi k precejšnjemu povečanju pridobljene toplote, saj je latentna toplota vode izjemno visoka (in sicer je 0,09 kw/kg). Za 55

69 optimalno izkoriščanje zemeljskega kolektorja je zaledenitev površine okrog cevi prej prednost kot slabost [25]. Potek temperature zemlje glede na letna obdobja je viden na diagramu 5.1. Na ordinatni osi je označena globina vrtenine v metrih, na abscisni osi pa temperatura zemlje v C. Iz diagrama je razvidno, da je temperaturni razmik med zimskim in poletnim obdobjem največji prav na površini zemlje. Ta razmik se z globino zmanjšuje in se na globini okoli 16 metrov združi. Na tej globini ima zemlja konstantno temperaturo skozi vso leto (10 C). temperatura zemlje globina vrtine februar maj november avgust Diagram 5.1: Potek temperature zemlje skozi letna obdobja [25] Možnosti, kako izkoriščati toploto, ki je akumulirana v zemlji in kameninah, je več: Horizontalni zemeljski kolektor V zemlji na globini cca. 1,2 do 1,5 metra so položene cevi iz umetne mase dimenzije Ø25 2,3 mm v dolžini 100 metrov na zanko, po katerih kroži mešanica vode in sredstva proti zmrzovanju. Zemeljski kolektor oz. prenosnik toplote v tem primeru predstavlja uparjalnik in je lahko tudi v obliki spirale. Potrebna dolžina zemeljskega kolektorja je odvisna od geodetskih lastnosti zemlje, ki določajo, koliko toplote lahko kolektorji izkoriščajo iz zemlje in od hladilne moči toplotne črpalke. Količina toplote, katero lahko pridobimo iz zemlje, je odvisna od več dejavnikov, med katerimi imajo največji vpliv sposobnost akumulacije zemlje, toplotna prevodnost zemlje in vsebnost vlage v zemlji [25]. 56

70 Vertikalni zemeljski kolektor Ta princip odvzema toplote zemlji oz. kamniti masivi je v Sloveniji manj razširjen, saj so v teh primerih potrebne globoke izvrtine. V zemeljsko izvrtino premera 150 mm 2 je nameščena cev iz umetne mase (sonda), v kateri kroži mešanica vode in protizmrzovalnega sredstva. Praznina izvrtine se zapolni s posebnim betonom. Maksimalne globine izvrtin so 100 metrov, kadar pa so potrebe po večji toplotni moči, se izvrta več vrtin. Za 1kW toplotne moči je potrebna globina od 15 do 20 metrov, odvisno od kakovosti zemeljskih tal. Tovrstni sistemi so investicijsko zahtevnejši zaradi same izvedbe vrtin [25]. Zrak Toplota zunanjega zraka je neizčrpan naravni toplotni vir, ki je na voljo v neomejenih količinah. Toplotne črpalke, ki kot toplotni vir izkoriščajo zunanji zrak, je smiselno uporabljati predvsem v toplih obdobjih. Pri zunanjih temperaturah, nižjih od -5 C, je v smislu ekonomične upravičenosti priporočeno uporabiti še dodaten vir energije (np. ogrevalni kotel na plin/kurilno olje, električni grelec). S posebnimi izvedbami toplotne črpalke lahko izkoristimo toplotno črpalko do zunanje temperature -20 C. To je investicijsko najcenejša vrsta toplotnih črpalk, saj ni potrebno vrtanje vrtin ali polaganje horizontalnega kolektorja. Montaža in vzdrževanje sta enostavna in poceni [25] NAČINI OBRATOVANJA TOPLOTNIH ČRPALK Na način obratovanja toplotnih črpalk vpliva več faktorjev. V ospredju teh faktorjev so primerno uporabljen vir toplote za toplotno črpalko, primerno izbran ali že obstoječi ogrevalni sistem, toplotne izgube stavbe, toplotna črpalka in tudi finančni aspekti. Iz teh razlogov so za učinkovito obratovanje toplotne črpalke na razpolago naslednji načini obratovanja, in sicer monovalentno obratovanje, bivalentno alternativno obratovanje, bivalentno vzporedno obratovanje in bivalentno delno vzporedno obratovanje. Monovalentno obratovanje Pri monovalentnem načinu obratovanja je toplotna črpalka tista ogrevalna naprava, ki pokriva celotne toplotne potrebe zgradbe čez celo ogrevalno sezono (tudi v najhladnejšem dnevu v letu). V tem primeru je največkrat temperaturni režim ogrevalnega 57

71 sistema 45/40 C. Z monovalentnim načinom obratovanja je prihranek električne energije največji med vsemi sistemi. T1 temperatura vklopa toplotne črpalke T2 temperatura izklopa toplotne črpalke Diagram 5.2: Monovalentno obratovanje TČ [25] Bivalentno alternativno obratovanje Toplotna črpalka pokriva toplotne izgube zgradbe le do določene zunanje temperature, do katere je njena uporaba še gospodarna (0-5 C). Pri nižjih zunanjih temperaturah se ogrevanje s toplotno črpalko ustavi in preklopi na drugi vir ogrevanja. Prednost takšnega načina obratovanja sta dva ločena ogrevalna sistema, ki se lahko ob izpadu enega v celoti ali deloma nadomestita. Temperaturni režim obratovanja ogrevalnega sistema je lahko višji npr. 60/50 C ali celo 80/60 C. T1 temperatura vklopa drugega T2 temperatura izklopa toplotne črpalke ogrevalnega vira T3 bivalentna točka Diagram 5.3: Bivalentno obratovanje TČ [25] 58

72 Bivalentno vzporedno obratovanje Pri bivalentnem vzporednem načinu obratovanja toplotna črpalka deluje neprekinjeno, pri nižjih zunanjih temperaturah, ko ne pokriva več vseh toplotnih potreb zgradbe, se kot dodatni vir vključi še toplovodni kotel. Pri zunanji temperaturi nižji od -5 C tako vzporedno delujeta oba generatorja toplote. T1 temperatura vklopa drugega ogrevalnega vira T2 temperatura izklopa toplotne črpalke T3 bivalentna točka Diagram 5.4: Bivalentno vzporedno obratovanje TČ [25] Bivalentno delno vzporedno obratovanje V primeru delno vzporednega bivalentnega obratovanja sta oba toplotna vira dimenzionirana tako kot pri bivalentnem alternativnem obratovanju, le da lahko tukaj s pomočjo regulacije poljubno izbiramo obratovanje pri določenih zunanjih temperaturah [25]. T1 temperatura vklopa drugega ogrevalnega vira T2 temperatura izklopa toplotne črpalke T3 bivalentna točka T4 temperatura vklopa toplotne črpalke Diagram 5.5: Bivalentno vzporedno obratovanje TČ [25] 59

73 Toplotna črpalka bo v prihodnje eden od glavnih generatorjev toplote oz. hladu za ogrevanje in hlajenje nzeb stavbe ter pripravo TSV, kajti je energijsko visoko učinkovita in hkrati finančno dostopna, kar je zelo pomembno dejstvo. V bistvu je ena od glavnih stroškovno upravičenih ukrepov, ki se predlagajo pri izvedbi energetske izkaznice tako za ogrevanje TSV kot tudi stavbe v celoti. Glede na to, da raba TČ raste in da obstaja vedno več podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo in vgradnjo TČ, upravičeno pričakujemo še dodatno znižanje aktualnih tržnih cen. Prav tako je vgradnja TČ v sistem ogrevanja stavbe ali TSV že nekaj let subvencioniran energetski ukrep, kar pomeni spet neko določeno prednost. Ko bodo cene TČ dovolj upadle, se bodo subvencije delno ali popolnoma ukinile. 5.3 SONČNE ELEKTRARNE SPLOŠNO Osnovni gradnik vsakega fotonapetostnega sistema je sončna celica, ki generira el. moč, ko je izpostavljena sončnemu sevanju. Več med seboj povezanih sončnih celic tvori modul, medtem ko skupina več povezanih modulov tvori panel. Če polju panelov, ki tvorijo enoto za proizvodnjo električne energije, dodamo še DC/AC razsmernik za pretvorbo enosmernih električnih veličin v izmenične, dobimo fotonapetostni sistem oz. sončno elektrarno. Osnovni material za sončne celice uporabljamo silicij s primesmi (bor, fosfor), da dobimo želene polprevodniške lastnosti. Eno vrsto primesi predstavljajo atomi, ki imajo več elektronov kot silicij. Polprevodnik, ki nastane na takšen način, se imenuje polprevodnik tipa N. V drugo vrsto spadajo tisti, ki imajo manj elektronov od atoma silicija, nastali polprevodnik se imenuje polprevodnik tipa P. Če polprevodnika tipa P in N združimo, nastane PN - spoj. Za PN spoj je značilno, da dobimo vgrajeni el. potencial (el. polje), ki se razteza v prehodnem področju v bližini spoja. Če vstopajo fotoni z dovolj veliko energijo, ki je večja od energijske reže med valenčnim in prevodnim pasom, potem iz valenčnih elektronov ustvarjamo proste elektrone, za sabo pa puščamo t. i. vrzeli. Oba, elektron in vrzel, se kot naboj lahko gibljeta in pod vplivom el. polja tudi potujeta izven osiromašenega področja. Ta pojav imenujemo fotoefekt. Pod vplivom električnega polja se elektroni pomikajo v N- tip polprevodnika, vrzeli pa se nabirajo v območju P-tipa. Zaradi vedno več sproščenih elektronov v vrzeli iz zaporne plasti se v N-tipu pojavlja presežek negativnega naboja, v 60

74 P-tipu pa presežek pozitivnega naboja. Posledica je el. napetost, imenovana tudi kot zaporna napetost, ki se pojavi med priključnima sponkama sončne celice. Slika 5.14: Prerez sončne celice [30] Če je sončna celica izpostavljena svetlobi z dovolj veliko energije in če je med priključnima sponkama sončne celice breme, se proces zbijanja elektronov nadaljuje in sončna celica ves čas generira enosmerni električni tok. Razmere v sončni celici najlažje opišemo s pomočjo matematičnega modela. Model sončne celice upošteva zraven diode in tokovnega izvora še serijsko upornost R s in paralelno upornost R p. Serijska upornost je odvisna od materiala in izdelave sončne celice, medtem ko je paralelna upornost odvisna od kvalitete in prevodnosti celic. V nadaljevanju je nadomestno vezje sončne celice prikazano na sliki in z matematičnim zapisom za tok I ter s Shockley-jevo enačbo za tok diode [30]. Slika 5.15: Nadomestno vezje sončne celice [30] U d I = I I I 01 (e U T 1) I02 (e U d 2U T 1) U d R p [5.5] U d = U + R s I [5.6] Kjer sta z I 01 in I 02 označena zaporedna toka diod, I I označuje tok sončne celice, U T je termična napetost, U d je napetost diode, R s je serijska upornost, R p pa označuje paralelno upornost. 61

75 Maksimalna moč sončne celice je produkt toka in napetosti. Ker UI karakteristika sončne celice ni pravokotna, ampak eksponentno odvisna, produkt maksimalnega toka in napetosti (I max U max ) ne more biti nikoli enak površini pod krivuljo. Tako vpeljemo za merilo kakovosti faktor polnjenja FF, ki je razmerje med največjo močjo in zmnožkom napetosti odprtih sponk in kratkostičnega toka [30]. FF = U maxi max U os I KS [5.7] Pri tem sta z U os in I KS označena napetost odprtih sponk in tok kratkega stika sončne celice. Trenutno dosežen največji faktor polnjenja je 81% UGOTAVLJANJE UČINKOVITOSTI Ko govorimo o učinkoviti rabi energije, ki je danes zelo dobro poznan in širok pojem, imamo v mislih vrsto procesov, ki jih želimo optimizirati v smislu pravilne rabe energije predvsem zaradi ekonomskega, energetskega in okoljevarstvenega vidika. Eden takšnih procesov, o katerem je vedno veliko napisanega in povedanega, je proces proizvodnje električne energije s pomočjo sončnih elektrarn, saj ima izkoriščanje obnovljivih virov v Sloveniji že tradicionalno pomembno mesto v energetski politiki. Izboljšanje učinkovitosti rabe energije na tem področju prinaša znatne posredne in neposredne koristi, kot so manjše emisije toplogrednih plinov, večjo zanesljivost oskrbe z energijo, tehnološki razvoj in inovacije ter zagotavljanje možnosti za zaposlovanje in regionalni razvoj Proizvodnja el. energije (GWh) Diagram 5.6: Proizvodnja sončnih elektrarn v letih od

76 Inštalirana moč (MW) Diagram 5.7: Inštalirana moč sončnih elektrarn v letih od Kljub temu, da so sončne elektrarne uvrščene med enostavne proizvodne objekte, ker imajo majhno število sestavnih delov in posledično majhno zahtevnost obratovanja, so pomemben člen za dosego cilja nizkoogljične družbe do leta Kot lahko vidimo iz diagramov 5.6 in 5.7 so največji razmah gradnje doživele med leti 2011 in 2013, nato se je gradnja zaradi znatne ukinitve finančnih spodbud tako rekoč popolnoma ustavila. Z letom 2021, ko bodo nove stavbe energijsko povsem samooskrbne, bodo mikro sončne elektrarne na strehah stanovanjskih hiš predvidoma stalnica, zato se pričakuje ponoven preporod gradnje te vrste proizvodnih virov. Glede na to, da je bila v decembru 2015 sprejeta nova Uredbo o samooskrbi z električno energijo iz obnovljivih virov energije, ki vpeljuje določene novosti in prednosti za lastnike mikro sončnih elektrarn, se oživitev gradnje slednjih pričakuje že v tekočem letu. Zaradi navedenih dejstev je pomembno, da v skoraj nič energijsko gradnjo z nameščenimi napravami za samooskrbo vnesemo znanje, pridobljeno iz preteklih projektov izgradnje fotovoltaike in da se izognemo napakam, ki so se dogajale vzporedno s preteklimi projekti. Namen te raziskave je analiza obstoječih proizvodnih objektov v smislu njihovega ekonomsko energetskega izplena. Preučili bomo delovanje obstoječih sončnih elektrarn za večletni časovni interval na določenem številu vzorcev primerljivi moči in tako poskušali ugotoviti, kakšna je proizvodnja posameznih elektrarn, kakšna so odstopanja med njimi in kakšni so vzroki za odstopanja. Preverili bomo, na kakšen način in v kolikšni meri na proizvodnjo vplivajo poškodbe, ki se lahko pojavijo v fazi proizvodnje ali montaže komponent ali med samim obratovanjem proizvodnih virov. Sicer se ne optimalno delovanje direktno ne šteje med okvare, vendar povzroča motnje v danem procesu in nas 63

77 hkrati odmika od že večkrat omenjenega procesa pravilne rabe energije. Večino napak oz. poškodb lahko odkrijemo že z enostavnimi pregledi, za podrobnejšo analizo sestavnih delov uporabljamo različne merilne metode. Ker gre v tem kontekstu za dokaj široko problematiko, je tematika podana kot priloga, v nadaljevanju pa so predstavljeni najpomembnejši detajli in izsledki analize. Na podlagi dosedanjih navedb bom na vzorcu n = 10 (PV elektrarn inštalirane moči 50 kw), ugotavljal učinkovitost sončnih elektrarn. Učinkovitost bomo preverjali in diagnosticirali s pomočjo sistema www100, do katerega dostopamo preko programa CaptiveBrowser, to je v bistvu program, ki svojim uporabnikom omogoča, da lahko preko interneta dostopajo do svojih telemetričnih podatkov in je podatkovno podprt s strežnikom mer.elektro-maribor.si. Za pridobivanje in analiziranje podatkov ga uporablja tudi eden od distributerjev električne energije (Elektro Maribor). Sistem www100 je na voljo izključno le upravičenim odjemalcem, ki imajo priključno moč večjo kot 41 kw. Slika 5.14: Prijavno okno v program [32] Program omogoča široki nabor možnosti diagnosticiranja porabe ali proizvodnje el. energije na merilnem mestu odjema ali proizvodnje. Podatki so na razpolago za krajša in daljša časovna obdobja (urni, dnevni, tedenski, mesečni) in so vidni v numerični in grafični obliki. V nadaljevanju bom prikazal primer obdelave podatkov proizvodnje el. energije s pomočjo sistema www

78 Slika 5.15: Osnovno okno programa [32] Na sliki 5.15 je prikazano osnovno okno programa, s pomočjo katerega dostopamo do nastavitev, navodil, povezav in prikazov poročil in grafov, ki smo jim predhodno določili kriterije in pogoje prikaza. Grafi in poročila so dostopni pod rubriko Poročila, kjer se v naslednjem koraku odločimo, katera poročila želimo pregledati ali analizirati (dnevna, tridnevna, tedenska in poročila za tekoči mesec ali pretekli mesec). Slika 5.16: Pregled rubrike Poročila - tekoči mesec Rubrika Poročila nam v naslednji fazi omogoča natančno analizo proizvodnje el. energije, 65

79 ki jo prikaže v obliki grafov, urejenih diagramov, statističnih zapisov in zapisov nekaterih pomembnih mejnih vrednosti (povprečna moč, maksimalna moč). Slika 5.17: Pregled proizvodnje pretekli mesec Slika 5.18: Pregled proizvodnje pretekli mesec (višja in nižja tarifa) Po prikazanih grafih se lahko sprehajamo s pomočjo mrežnega kurzorja, ki nam pokaže vrednost proizvodne moči pozicionirane točke. Proizvodnjo lahko ločimo po visoki in nižji tarifi, tako da lažje prepoznavamo določena stanja v katerem se je PV elektrarna nahajala (minimalna, delna, maksimalna proizvodnja ali obratovalni zastoj). 66

80 Slika 5.19: Dnevni pregled proizvodnje (oblačno vreme) Slika 5.20: Dnevni pregled proizvodnje (jasno vreme) Sliki 5.19 in 5.20 prikazujeta dnevno proizvodnjo PV elektrarne, razlika med diagramoma nastaja zaradi vremenskih pogojev (oblačno ali jasno vreme). Površina pod grafi predstavlja proizvedeno količino el. energije in razlika je v tem primeru lepo vidna. Sicer pa se giblje največja dosežena dnevna proizvodnja električne energije, moči elektrarne 50 kw, okoli 340 kwh. Pozimi v primeru slabega vremena (megleno, deževno) je lahko proizvodnja pod 20 kwh ali celo proizvodnje ni (sneg). 67

81 Slika 5.21: Pregled mejnih vrednosti za določeno obdobje Slika 5.22: Pregled proizvodnje za določeno obdobje v urejenem diagramu V nadaljevanju bomo s pomočjo predstavljenega programa in programa Word za obdelavo podatkov izvedeli podrobno analizo proizvodnje energije PV elektrarn, inštalirane moči 50 kw. Analiza bo vsebovala n = 10 vzorcev na intervalu za daljše in krajše časovno obdobje. Ker v analizi zajemam realne primere in obdelujem podatke zasebne narave, sem se odločil, da ne navedem natančnih podatkov lastnikov in imen PV elektrarn, kljub temu, da sem si od njih pridobil ustna dovoljenja za upravljanje s podatki. Dobljene posamične rezultate bom med samimi vzorci primerjal in končne rezultate pokomentiral v smislu učinkovite proizvodnje in podal ugotovitve in vzroke (pridobljene na terenu) za določena odstopanja. 68

82 proizvodnja (kwh) MSE IGOR TOPOLIČ Podatki: MFE TOPOLIČ, 49,98 kw, STEPIŠNIKOVA ULICA 10 A, 2310 SLOVENSKA BISTRICA, datum priključitve: Razsmerniki: 3 x SMA 17 kw, paneli: SILIKEN (polikristalni silicij) 245W Tabela 5.1: Proizvodnja MFE TOPOLIČ Diagram 5.8: Proizvodnja MFE TOPOLIČ (obdobje ) 69

83 proizvodnja (kwh) MSE TOPOLIČ MSE PRIMER 2 MSE PRIMER 3 MSE PRIMER 4 MSE PRIMER 5 MSE PRIMER 6 MSE PRIMER 7 MSE PRIMER 8 MSE PRIMER 9 MSE PRIMER 10 Diagram 5.9: Mesečna proizvodnja obdobje 2013 Na diagramu je prikazana proizvodnja PV elektrarn v letu 2013, karakteristike za posamezne vzorce prikazujejo medsebojna odstopanja, ki so lahko posledica vremenskih vplivov, trenutnega zastoja, slabšega izkoristka, okvare, ki ni bila sanirana, ali drugega neznanega vzroka. Na tem diagramu najbolj odstopa karakteristika za vzorec 9 (MSE PRIMER 9), ki dejansko ne dosega povprečne vrednosti proizvodnje skozi določeno obdobje. 70

84 proizvodnja (kwh) proizvodnja (kwh) Diagram 5.10: Proizvodnja obdobje dosežena MSE TOPOLIČ MSE PRIMER 9 POVPREČJE Diagram 5.11: Najboljša in najslabša karakteristika za l

85 proizvodnja (kwh) MSE TOPOLIČ MSE PRIMER 2 MSE PRIMER 3 MSE PRIMER 4 MSE PRIMER 5 MSE PRIMER 6 MSE PRIMER 7 MSE PRIMER 8 MSE PRIMER 9 MSE PRIMER 10 Diagram 5.12: Mesečna proizvodnja obdobje 2014 Na diagramu je prikazana proizvodnja PV elektrarn v letu 2014, ko diagram podrobneje analiziramo, vidimo da vzorec 9 nadaljuje s slabšim izplenom skozi celotno obdobje. Prav tako so vidne prve večje okvare in padec proizvodnje, tako primer 6 zabeleži padec proizvodnje v aprilu, primer 10 zabeleži padec v obdobju od maja do avgusta in primer 3 zabeleži padec od julija do septembra Iz diagrama je razvidno, da so bile napake odkrite in sanirane. 72

86 proizvodnja (kwh) proizvodnja (kwh) Diagram 5.13: Proizvodnja obdobje dosežena POVPREČJE MSE PRIMER 9 MSE PRIMER 7 Diagram 5.14: Najboljša in najslabša karakteristika za l

87 proizvodnja (kwh) MSE TOPOLIČ MSE PRIMER 2 MSE PRIMER 3 MSE PRIMER 4 MSE PRIMER 5 MSE PRIMER 6 MSE PRIMER 7 MSE PRIMER 8 MSE PRIMER 9 MSE PRIMER 10 Diagram 5.15: Mesečna proizvodnja obdobje 2015 Diagram prikazuje proizvodnjo el. energije za leto 2015, nekateri dosedanji vzorci se ponovijo, kar kaže na stalno prisotnost neodkrite napake. Primer 9 obratuje s konstantno manjšo proizvodnjo v primerjavi z ostalimi viri. Težave se ponovijo tudi v primeru 6, prav tako zabeleži padec optimalne proizvodnje primer 5. Zanimiv je tudi pojav pri primeru 10, ki kaže na probleme pri proizvodnji skozi najboljše mesece (težave z razsmerniki pri večjih močeh). 74

88 proizvodnja (kwh) proizvodnja (kwh) Diagram 5.16: Proizvodnja obdobje 2015 dosežena MSE TOPOLIČ MSE PRIMER 9 POVPREČJE Diagram 5.17: Najboljša in najslabša karakteristika za l

89 proizvodnja (kwh) proizvodnja (kwh) POVPREČJE 2013 POVPREČJE 2014 POVPREČJE 2015 Diagram 5.18: Povprečna proizvodnja v obdobju MSE TOPOLIČ 2013 MSE PRIMER MSE TOPOLIČ 2015 Diagram 5.19: Najboljše karakteristike v obdobju

90 proizvodnja (kwh) proizvodnja (kwh) Diagram 5.20: Proizvodnja v obdobju Diagram 5.21:Skupna proizvodnja v obdobju

91 proizvodnja (kwh) proizvodnja (kwh) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% MSE TOPOLIČ 99% 93% 85% 86% 92% 86% 100% 94% 75% 93% MSE PRIMER 2 MSE PRIMER 3 MSE PRIMER 4 MSE PRIMER 5 MSE PRIMER 6 MSE PRIMER 7 MSE PRIMER 8 MSE PRIMER 9 MSE PRIMER 10 Diagram 5.22:Skupna proizvodnja v odstotkih Diagram 5.23: Skupna proizvodnja v letu

92 Prikazani diagrami predstavijo rezultate proizvodnje sončnih elektrarn na način, da lahko slednje med seboj primerjamo in ravno primerjalna analiza je dobra iztočnica za nadaljnje preglede in ugotavljanje učinkovitosti posameznih enot. Pomembno je, da predstavljene podatke razumemo, kajti določena odstopanja so lahko življenjske narave, saj gre za različne lokacije, postavitve in komponente PV elektrarn. Zelo pomemben dejavnik pri proizvodnji sončnih elektrarn je vreme oz. sončno obsevanje in slednje se je v zadnjih treh koledarskih letih precej razlikovalo (predvsem na mesečni ravni), kar je najlepše razvidno iz diagrama 5.19, ki predstavlja optimalne karakteristike (za vzorec n = 10) glede na tekoče koledarsko leto. Večje mesečno odstopanje je zabeleženo v poletnih mesecih, kar je posledica dejstva, da sta bili zadnji dve poletji precej deževni. Je pa zanimivo, da sta v teh dveh koledarskih letih bili milejši zimi in takšna mesečna odstopanja se nato na letni ravni nekako izravnajo, tako da je skupno odstopanje okoli 5 %. Omenjena odstopanja imajo skupni ponavljajoči se vzorec in so relativno lahko določljiva, tako da se lahko osredotočimo na ne ponavljajoče se vzorce, ki so posledica napak in okvar. Glede na to, da sem v analizo vzel n = 10 proizvodnih enot in da je časovni interval dokaj kratek (1/5 časa izplačevanja podpor za posamezne enote in 1/10 pričakovane življenjske dobe), nekako nisem pričakoval tolikšnega odstopanja med predstavljenimi vzorci. Če pogledamo diagram 5.22, lahko ugotovimo, da je pri skupni proizvodnji prišlo do 25 % razlike med najboljšo in najslabšo PV elektrarno, kar predstavlja četrtino na celoto. V številkah razlika predstavlja kwh, kar je presenetljivo velika vrednost in predstavlja finančno razliko v vrednosti več kot EUR. Vsa ostala odstopanja so manjša in se gibljejo med 6 % do 15 %, če ne upoštevamo vzorca številka ena, ki je odstopal od najboljše dosežene proizvodnje zgolj za 1%. Za vzorec n = 10 lahko rečemo, da dve elektrarni delujeta optimalno (n = 1 in 7), štiri delujejo konstantno (n = 2, 3, 4 in 8) kljub nižji proizvodnji, ena elektrarna deluje konstantno slabo (n = 9), ostale tri (n = 5,6 in 10) pa ne delujejo konstantno in so deležne določenih motenj. Za vzorce n = 2, 3, 4 in 8 sem z analizo na terenu ugotovil, da so določena odstopanja v proizvodnji posledica tehnične izvedbe proizvodnega vira, namreč vzorec 2 ima nameščene module kitajskega proizvajalca s solidnimi ocenami kvalitete, vendar neka razlika kljub temu nastane in odstopanje je pričakovano. Vzorec 3 je izpostavljen delnemu senčenju sosednje stavbe, kar povzroča določena odstopanja pri proizvodnji od vzorca 2, če upoštevamo, da imata vzorca podobno lego in kvaliteto posamičnih komponent ter podobno inštalirano moč. Podobne ugotovitve sem pridobil pri vzorcu številka štiri, namreč slednji je postavljen na pretežno zahodno lego in vidna so vsakodnevna odstopanja sumarnih dnevnih količin, tudi ko imamo optimalne vremenske pogoje. Vzorec osem je montiran na ravno streho s 79

93 pomočjo posebnih profilov in ker je razmik med vrstami profilov premajhen, zgornja serija panelov senči spodnjo serijo panelov v naslednji vrsti. Problem se ponavlja skozi vso konstrukcijo in posledično prihaja do razlik pri proizvodnji el. energije odnosno na optimalno postavitev. Pri omenjenih ugotovitvah je pomembno to, da prepoznamo vzroke za določena odstopanja in da kljub nekaterim omejitvam proizvodni viri delujejo konstantno oz. zanesljivo. Najslabše karakteristike je dosegel vzorec n = 9 in pri analizi na terenu je bilo ugotovljenih več pomanjkljivosti, namreč na določenih stringih je bila prekinjena varovalka, kar je povzročalo izpad proizvodnje. Po zamenjavi se je napaka čez nekaj časa ponovila, kar kaže na to, da obstaja problem v predimenzioniranju posameznega PV generatorja ali določene napake v seriji. Zelo nezanesljivo je deloval tudi eden od razsmernikov, ki je zabeležil več izpadov in okvar, investitor se bo za podrobnejše informacijo obrnil na pooblaščenega serviserja, vendar bo po moji oceni potrebno razsmernik zamenjati. Nekoliko drugačne problematike so deležni vzorci n = 5, 6 in 10, predvsem vzorca 5 in 6 imata težave s ponavljajočimi se prekinitvami, ko deluje podnapetostna in nadnapetostna zaščita. Vzrok za težavo so slabe napetostne in kratkostične razmere na točki priklopa proizvodnega vira v omrežje, slednje povzročajo nekontrolirano nihanje ob stalnem spreminjanju obratovalnih pogojev (razmerje proizvodnje proti porabi). Zelo nenavadne karakteristike dosega tudi vzorec n = 10, ki beleži konstantne padce moči skozi poletne mesece, na drugi strani v času povprečne osončenosti dosega nad pričakovane rezultate. Vzrok za takšno karakteristiko je predimenzionirana sončna elektrarna, ki pa v končni fazi zaradi neprilagojenih moči razsmernikov ne da toliko boljših rezultatov, oziroma celo povzroča, da zaradi pregrevanja razsmerniki delujejo z manjšo močjo. Po predstavitvi analiz proizvodnih virov dobimo občutek, kaj se dogaja pri proizvodnji električne energije s pomočjo sončnih elektrarn. Gledano celostno lahko ugotovimo, da je ob zanesljivi proizvodnji še najbolj problematično ponavljajoče se senčenje PV modulov. Sami nakloni PV modulov in usmerjenost proti jugu niti ne vplivajo odločilno na skupno doseženo proizvodnjo. Zanimivo je tudi, da elektrarne, ki so dosegle najboljše karakteristike in delujejo najbolj konstantno, v zadnjih treh koledarskih letih niso bile očiščene, kar kaže na to, da tudi vpliv zaprašenosti modulov ni odločujoč pri proizvodnji. Najbolj je pomembno, da je proizvodni vir sestavljen iz kvalitetnih komponent in da je izdelan projekt in nato montaža elektrarne optimalna oz. brez napak. V vsakem primeru moramo poskrbeti za stalno spremljanje proizvodnje ter konstantno pregledovanje posamičnih komponent PV elektrarne. 80

94 6 FINANČNI VIDIKI in ORGANIZACIJSKI UKREPI nzeb Stavbe so v letu 2012 zajemale 34 % končne rabe energije, od tega 24 % delež zajemajo gospodinjstva, 10 % stavbe v storitvenem sektorju [15]. Zaradi tega skoraj nič energijske stavbe z energetskega in okoljevarstvenega vidika zasedajo posebno mesto, saj so po eni strani dober vzgled ostalim projektom, po drugi strani pa same učinkovito prispevajo k URE (uporaba prijaznejših virov energije in OVE). Ukrep sicer zahteva velik finančni vložek, vendar gre za področje, ki lahko pritegne velik investicijski kapital iz skladov ali drugih mednarodnih inštitucij kot tudi zasebnih virov financiranja. Ukrepi v tem sektorju imajo znatne sinergijske in multiplikativne učinke in tudi dolgoročno krepijo gospodarsko konkurenčnost in zaposlenost. Gre torej za izvajanje stroškovno upravičenih ukrepov, kot tudi za izvajanje zahtevnejših ukrepov z elementi demonstracijskih učinkov ter spodbud na področju tehnološkega razvoja in uporabe naprednih tehnologij s področja energijske učinkovitosti in OVE. V okviru finančnih vidikov nzeb gradnje in prenove bom v nadaljevanju predstavil in analiziral nekaj stroškovno učinkovitih ukrepov organizacijske narave, ki po mojem mnenju zajemajo nek neizkoriščen potencial, ki je na nekaterih delih le delno poznan ali v celoti nepoznan širši skupini uporabnikov. Izvajanje predstavljenih ukrepov bi pomenilo dober uvod v sočasno ali kasnejšo nzeb gradnjo oz. prenovo in odlično promocijo za prihodnje projekte. Stroškovno učinkoviti ukrepi, ki jih bom predstavil, so naslednji: izbira cenovno ugodnega dobavitelja el. energije, izbira ustrezne odjemne skupine, neto meritve net metering. V grobem lahko naštete stroškovno učinkovite ukrepe organizacijske narave razdelimo v dve skupini, namreč prvi ukrep se direktno veže na ceno energije na trgu, ostala dva pa se posredno ali neposredno vežeta na višino omrežnine oz. t. i. regulativni okvir. Kar se tiče cene energije, slednjo narekujejo ponudniki el. energije, odnosno na aktualne tržne razmere. Drugače je z omrežnino, ki predstavlja stroške izgradnje in vzdrževanja elektroenergetskega sistema (stroški za surovine, preoblikovanje, elektrarne, vode). Slednja se določa v okviru metodologije, podane v aktu, ki ga je 7. avgusta sprejel svet Agencije za energijo. Sestavni del akta so splošne določbe, metodologija za določitev regulativnega okvira, metodologija za obračunavanje omrežnine in priloge. Regulativni okvir je vrednostna opredelitev načrtovanih upravičenih stroškov 81

95 elektrooperaterja po posameznih letih regulativnega obdobja, načrtovanih omrežnin, načrtovanih drugih prihodkov iz izvajanja dejavnosti elektrooperaterja, presežkov ali primanjkljajev omrežnin iz preteklih let. Regulativni okvir temelji na obsegu in stanju ter načrtovanem razvoju elektroenergetskega sistema, načrtovanem obsegu porabe električne energije in načrtovanem številu uporabnikov za posamezno leto regulativnega obdobja in za celotno regulativno obdobje [34]. Cilji določanja regulativnega okvira so [34]: 1. zagotavljati obratovanje, vzdrževanje ter spodbujanje razvoja distribucijskega in prenosnega sistema v skladu s pravili stroke in stanjem tehnike (ali z načelom najboljše dosegljive tehnologije) tako, da se kakovost prenosa in distribucije električne energije trajno izboljšuje ali ohranja; 2. spodbujati izvajanje naložb, ki so potrebne za izpolnjevanje okoljskih ciljev iz akcijskih načrtov; 3. spodbujati učinkovito uporabo sistema; 4. trajno izboljševati oziroma ohranjati raven kakovosti oskrbe z električno energijo (v nadaljnjem besedilu: kakovost oskrbe), ki vsebuje komercialno kakovost, neprekinjenost napajanja in kakovost napetosti; 5. izvajati ekonomsko reguliranje omrežnine za elektroenergetski sistem na način, ki spodbuja stroškovno učinkovitost izvajalcev; 6. elektrooperaterjem zagotoviti trajno poslovanje z reguliranim donosom na sredstva in 7. zagotoviti stabilne in predvidljive razmere za delovanje elektrooperaterjev in za uporabnike ter stabilno okolje za vlagatelje oziroma lastnike. Načrtovani znesek omrežnine za prenosni sistem ali omrežnine za distribucijski sistem brez izravnave se za posamezno leto regulativnega obdobja izračuna na naslednji način [34]: OMR t = US t OPM t OČPJE t DP t + RO T RO [EUR], [6.1] OMR t US t načrtovani znesek omrežnine; načrtovani upravičeni stroški; 82

96 OPM t OČPJE t DP t RO t T RO načrtovani znesek omrežnine za priključno moč; načrtovani znesek omrežnine za čezmerno prevzeto jalovo energijo; načrtovani drugi prihodki; odstopanje od regulativnega okvira preteklih let; leto regulativnega obdobja; trajanje regulativnega obdobja, izraženo s številom let. Agencija kot osnovo metodologije za obračunavanje omrežnine uporablja netransakcijsko metodo poštne znamke. Ta izhaja iz sistema enotnih tarifnih postavk, ki jih glede na merilno mesto pristojni elektrooperater obračuna končnim odjemalcem [34]. Metodologijo za obračunavanje omrežnine agencija določa s cilji: 1. zagotoviti preglednost tarifnih postavk; 2. uporabe netransakcijske metode določanja tarifnih postavk, po kateri so tarifne postavke za omrežnino na celotnem območju Republike Slovenije enotne; 3. spodbujati uporabnike k optimalni uporabi omrežij. Metodologija za obračunavanje omrežnine v povezavi z metodologijo za določitev omrežnine zagotavlja porazdelitev upravičenih stroškov, ki se pokrivajo iz omrežnine, na posamezne odjemne skupine v odvisnosti od stroškov, ki jih posamezna skupina povzroča v omrežju [34]. 6.1 IZBIRA CENOVNO UGODNEGA DOBAVITELJA ENERGIJE S 1. julijem leta 2007 je električna energija postala tržno blago, saj je prišlo do popolnega odprtja trga z el. energijo. V praksi to pomeni, da lahko vsi odjemalci prosto izbirajo svojega dobavitelja el. energije. Vsekakor ima ukrep pozitivne in negativne učinke, kajti pozitivni učinek dosežemo le, če spremljamo nihanje cen določenih ponudnikov ter izkoristimo najboljšo ponudbo v danem trenutku, nato pa vestno spremljamo morebitne nove ugodnejše. Glede na to, da je zamenjava dobavitelja možna že skoraj 10 let, so uporabniki na takšen ukrep pozornejši le nekje zadnja tri ali štiri leta in še tu je bil prehod izveden v večini zgolj enkrat ali dvakrat. To pomeni, da obstaja na tem področju še določen limit, ki daje možnosti na področju zmanjševanja obratovalnih stroškov. 83

97 Osredotočimo se v nadaljevanju na naš primer poslovne stavbe Kropec, namreč podali smo povprečno porabo el. energije v zadnjih treh koledarskih letih, ki znaša kwh / leto. S pomočjo spletne aplikacije za primerjavo stroškov na podlagi rednih cenikov ( ki ga najdemo na spletni strani Agencije RS za energijo, lahko ugotovimo, kateri izmed dobaviteljev el. energije je v danem trenutku najbolj ugoden. Dobljen rezultat nam pove, koliko bi znašal znesek za porabljeno el. energijo, kateri cenovni paket je predstavljen in kako je proizvedena el. energija pri štirih različnih ponudnikih el. energije. Ugotovimo lahko, da je razlika med najboljšim in zadnjim na lestvici nekaj manj kot 10 %, kar v praksi pomeni eno položnico manj ali več na letni ravni in da je ukrep smiseln in učinkovit. Na tem mestu bi dodal še možne občasne akcije, ki jih dobavitelji ponujajo in prihranek je lahko še večji. 6.2 IZBIRA USTREZNE ODJEMNE SKUPINE Višina stroškov omrežnine je neposredno odvisna od odjemne skupine, v kateri se nahaja določeno merilno mesto. V katero odjemno skupino smo uvrščeni, določi sistemski operater distribucijske omrežja, glede na dane tehnične pogoje (napetostni nivo, način priključitve, vrsta odjema). Vendar sistemski operater sledi projektu, ki je bil izdelan za določen objekt ali del objekta, kar pomeni, da lahko sami oziroma preko projektanta direktno vplivamo na uvrstitev v določeno odjemno skupino. To je zelo pomembno dejstvo, kajti kot bomo videli v nadaljevanju, prihaja v določenih primerih do bistvenih razlik pri določitvi stroškov omrežnine. Spremembo odjemne skupine lahko izvedemo tudi v zatečenem stanju, vendar se vzporedno pojavijo neki dodatni stroški, ki bi ob začetnem pravilnem postopanju sicer izpadli. Kljub zadnjemu navedenemu dejstvu se analiza odjemne skupine obrestuje z izredno hitro vračilno dobo oz. poznejšim pozitivnim doprinosom. Analiza odjemne skupine je aktualna za podjetja kot tudi za gospodinjske odjemalce. V nadaljevanju je predstavljena preglednica aktualnih odjemnih skupin glede na Akt o metodologiji za določitev regulativnega okvirja in metodologiji za obračunavanje omrežnine za elektrooperaterje. 84

98 Tabela 6.1: Odjemne skupine in pripadajoče tarifne postavke (veljavnost od )[34] napetostni nivo VN SN NN Sledi analiza odjemne skupine na danem primeru, tj. poslovno stanovanjski objekt Kropec. Ob opravljenem enostavnem energetskem pregledu je bilo ugotovljeno, da ima objekt tri ločena merilna mesta za prejem in oddajo električne energije. V naslednji tabeli so predstavljeni podatki, na podlagi katerih bomo izvedli analizo odjemne skupine za dani primer. odjemna skupina tarifne postavke način priključitve vrsta odjema sezona obračunska moč prenesena delovna energija (EUR/kWh) (EUR/kW/mesec) KT VT MT ET T 6000 ur 6000 > T 2500 ur T < 2500 ur VS VS VS 7, , , , , , , , , , , ,00227 NS NS NS 7, , , , , , , , , , , ,00187 zbiralke SN T 2500 ur VS 8, , , ,00157 NS 7, , , ,00139 T < 2500 ur VS 8, , , ,00177 NS 7, , , ,00153 T 2500 ur T < 2500 ur VS VS 7, , , , , , , ,01180 NS NS 6, , , , , , , ,00871 zbiralke NN T 2500 ur VS 10, , ,00737 NS 9, , ,00588 T < 2500 ur VS 7, , ,01118 NS 6, , ,00881 T 2500 ur T < 2500 ur VS VS 12, , , , , ,02019 NS NS 11, , , , , ,01574 polnjenje EV na AC 3, , ,00945 brez merjenja moči 1, , , ,03937 gospodinjstvo 1, , , ,03937 Tabela 6.2: Podatki o odjemni skupini na danem merilnem mestu Merilno mesto Odjemna skupina Zakupljena moč Poslovni objekt Profilno brušenje MSE NN / brez merjenja moči NN / brez merjenja moči NN / brez merjenja moči 34 kw 17 kw 14 kw Glede na podatke iz tabele lahko vidimo, da skupna zakupljena moč na samem objektu znaša 65 kw, vendar zaradi vezave elektrarne v Px1 shemo, ne moremo računati na del moči, ki je namenjen njeni lastni rabi, ki pa je sicer nična. Iz navedenega sledi, da je t. i. uporabna zakupljena moč na objektu 51 kw. S pomočjo spletne aplikacije»izračun omrežnine in prispevkov«, ki jo najdemo na spletnih straneh Agencije za energijo, lahko naredimo analizo možnih odjemnih skupin glede na vhodne pogoje. Izkaže se, da aplikacija obračunava zgolj omrežnino brez prispevkov, kar pomeni, da moramo prispevke obračunati ročno in jih prišteti k izračunu za omrežnino. 85

99 V naslednjem koraku se moramo odločiti, katere odjemne skupine želimo analizirati, rezultate bomo tako prikazali za pet različnih odjemnih skupin. Dve od teh sta odjemni skupini z načinom priključitve merilnega mesta na zbiralkah v TP-ju. Pri tem velja opozoriti, da je možna takšna priključitev odjemalca le v primeru, ko njegova zakupljena moč znaša 130 kw ali več, vendar gledano odstotno, prikazuje rezultat realno razmerje proti ostalim odjemnim skupinam. 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0,00 217,33 EUR 55% 369,73 EUR 94% 395,51 EUR 100% 256,30 EUR 65% 275,45 EUR 70% Brez merjene Merjena moč Merjena moč Merjena moč Merjena moč moči T<2500h T 2500h (zbiralke TP) (zbiralke TP) T<2500h T 2500h Diagram 6.1: Strošek uporabe omrežja (brez prispevkov) grafični prikaz 800,00 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00 272,14 EUR 38% Brez merjene moči 524,56 EUR 73% Merjena moč T<2500h 724,97 EUR 100% Merjena moč T 2500h 420,97 EUR 58% Merjena moč (zbiralke TP) T<2500h 597,25 EUR 83% Merjena moč (zbiralke TP) T 2500h Diagram 6.2: Strošek uporabe omrežja (vključeni prispevki) grafični prikaz 86

100 Po opravljeni analizi ugotovimo, da prihaja do bistvenih razlik med posameznimi odjemnimi skupinami, kajti med najbolj in najmanj ugodnim obračunom uporabe omrežja nastane več kot 60 % razlike, vendar ob pogoju relativno nizke mesečne porabe. Razmerja pri večjih porabah so drugačna, prag obratnega razmerja je pri porabi okoli kwh/mesec. To pomeni, da je analiza odjemne skupine prednosten ali celo nujen ukrep v smislu URE, kajti v določenih primerih je smiselno merilno mesto uvrščeno v odjemno skupino z merjeno močjo razdeliti na dva ali več merilnih mest in tako doseči tarifno skupino brez merjene moči. Dodal bi še, da ukrepa ne smemo posploševati in da je nujno najprej opraviti pregled zatečenega stanja, kot smo ga opravili v našem primeru. 6.3 NET METERING (NETO MERITVE) Zaradi zaveze Slovenije na ravni EU, da bo določen delež proizvedene el. energije pridobila iz obnovljivih virov, je država posledično sprejela določene ukrepe, med katerimi je največje pozitivne in negativne učinke dosegla podporna shema za obnovljive vire. Slednja je bila za investitorje najbolj ugodna v letu 2011 in 2012, kar so potrjevala skokovita investicijska vlaganja (predvsem v sončne elektrarne). To je posledično pomenilo, da so se integrirala številna manjša in srednje velika podjetja, ki so te sisteme načrtovala, preprodajala ter izvajala in v manjši meri tudi proizvajala, kar je prineslo določeno število delovnih mest in sveži kapital na trg. Vendar je ukrep imel tudi nekaj negativnih vplivov, namreč zaradi velikega porasta obnovljivih virov, se je posledično dvigoval tudi prispevek zanje, zahteval naj bi že okoli 150 mio EUR na letni ravni. Konec leta 2012 se je podporna shema močno spremenila (strmo je padla), kar je pomenilo praktično ustavitev gradnje sončnih elektrarn. Da bi proizvodnjo oz. predvsem gradnjo sončnih elektrarn ponovno oživeli, so se začele v Sloveniji močno širiti pobude za uvedbo neto meritev za sončne elektrarne. Takšna oblika podporne sheme naj bi izvirala iz ZDA (v Idahu in Arizoni okoli leta 1980), glavni namen sheme pa je, da se proizvedena el. energija porablja poljubno v času koledarskega leta. Po zaključku slednjega se naredi obračun in v kolikor je uporabnik omrežja prevzel več energije iz sistema, kot jo je sam proizvodni vir oddal, samo za nastalo razliko plača znesek po veljavnem ceniku. V Evropi je bil takšen sistem vzpostavljen na Danskem, Nizozemskem in Belgiji, pilotno pa tudi v Franciji in Španiji[35]. 87

101 6.3.1 TEHNIČNE LASTNOSTI Ko govorimo o tehničnih lastnostih oz. zahtevah, ki jih uvaja Uredba o samooskrbi iz obnovljivih virov, moramo izhajati iz priključne sheme, ki je predvidena za takšne sisteme. Kot lahko vidimo na spodnji sliki, zajema shema štiri bistvene segmente, podane v nadaljevanju [35]: priključno merilno mesto, opremljeno z dvosmernim števcem, stavbo oz. lastniško zemljišče, notranjo inštalacijo in lastni odjem stavbe, napravo za samooskrbo in lastno rabo naprave. Slika 6.1: Priključna shema naprave za samooskrbo [35] Priključna shema je podobna Px3 shemi priključevanja obnovljivega vira v interno omrežje, z eno bistveno razliko, namreč slednja ne vsebuje merilnega mesta P2, ki služi beleženju podatkov o proizvodnji in lastni rabi obnovljivega vira. P2 merilno mesto je bilo v danem primeru pomembno zaradi točnih količin, ki so se morale izmeriti z overjenimi napravami, saj so bile te iste količine vključene v podporno shemo za OVE. Ostale tehnične zahteve ostajajo podobne kot pri sistemih, ki so se vgrajevali do sedaj. Tukaj mislim predvsem na varnostne zahteve (el. zaščita, statika, požarna varnost itd.). To je smiselno saj gre za identični sistem delovanja, vključno z vsemi možnimi vplivi, ki spremljajo takšen proces proizvodnje el. energije. Zaradi razlogov in dejstev glede 88

102 varnostno - tehničnih zahtev je bil sprejet tudi Pravilnik o tehničnih zahtevah naprav za samooskrbo iz OVE, ki je predpisal določene varnostne zahteve za te naprave, da bo zagotovljena zaščita ljudi, živali in premoženja pred nevarnostmi, ki izhajajo iz same naprave in pred nevarnostmi, ki jih lahko povzročijo zunanji vplivi na napravo. Največja sprememba, ki jo navaja, je ta, da mora naprava za samooskrbo zaradi preprečitve el. udara v vsakem trenutku omogočiti izklop iz distribucijskega sistema in zagotavljati, da je v slednji v izključenem stanju zagotovljena mala napetost (ELV), ki je največ 50 V izmenične napetosti in največ 120 V enosmerne napetosti. Naštejmo še bistvene elemente sheme neto meritev: fotonapetostni moduli, povezovalni elementi (priključne doze, konektorji in kabli), razsmernik, priključno merilno mesto, dvosmerni števec po naboru SODO. PV sistem el. omrežje neto meritve razsmernik Slika 6.2: Sistem samooskrbe [35] NETO MERITVE NAMEN IN VPLIVI Osnovni namen ukrepa je samooskrba z električno energijo za gospodinjske in male poslovne odjemalce na podlagi neto merjenja [35]. To pomeni, da bodo imeli lastniki naprav za samooskrbo zaračunano porabo el. energije po zaključku koledarskega leta na način, da se bo upoštevala razlika med dovedeno in odvedeno el. energijo. Lahko rečemo, da govorimo o sistemu, ki prednostno obravnava samooskrbo in ni namenjen 89

103 proizvodnji viškov, kajti če bodo slednji doseženi, se bodo brez protiplačila odvedli v el. omrežje, tako da se bodo podarili dobavitelju. Ravno nasprotno bo z morebitnimi primanjkljaji, saj se bodo zaračunavali po veljavnem ceniku. Prepričan sem, da je takšen ukrep za potencialne uporabnike zelo koristen, kajti omogoča izrabo energije tudi v času, ko naprava za samooskrbo ne obratuje, česar ne omogočajo solarni kolektorji, saj energijo s pomočjo zalogovnikov akumulirajo le krajši čas. To pomeni, da je možno proizvedeno el. energijo izrabljati tudi ponoči ali v zimskih mesecih za ogrevanje, ko je sončno sevanje najšibkejše in različni SSE niso sposobni prevzeti dovolj energije, ki bi bila potrebna za dejanske potrebe različnih sistemov. Vlogo hranilnika energije na nek način prevzame omrežje oz. distribucijski sistem, zato nekateri zaradi različnih razlogov ukrepu močno nasprotujejo. Tako dobre kot slabe lastnosti ukrepa bomo navedli malo kasneje, za enkrat bomo ostali še pri razpoznavanju ugodnega učinka za tiste posameznike, ki bodo vstopili v sistem samooskrbe. Omenil sem že izrabo proizvedene energije v času ko elektrarna ne deluje, kaj pa to pomeni v praksi, bom predstavil v nadaljevanju. Ukrep sem analiziral skozi prizmo energetske izkaznice stavbe in ugotavljam, da ima vrsto pozitivnih učinkov: popolna samooskrba glede porabe el. energije in energije potrebne za sisteme ogrevanja, mehanskega hlajenja, prezračevanja in ovlaževanja, zadostitev 16. členu iz PURES a za novogradnje in večje prenove, zadostitev zadostnega deleža OVE za nzeb. Popolna samooskrba pomeni, da z napravo za samooskrbo proizvajamo dovolj energije, ki je potrebna za delovanje sistemov v stavbi (dovedena energija), namreč sončna elektrarna moči 11 kva na letni ravni proizvede okoli kwh el. energije. Glede na to da povprečno gospodinjstvo porabi okoli 4000 kwh na leto, nam na razpolago ostane še okoli 8000 kwh el. energije, ki v grobem zadostuje pokrivanju potreb za ogrevanje in hlajenje stavbe. Dejstvo je, da se energetsko gledano, stanovanjski objekti med sabo močno razlikujejo, kar lahko vidimo ravno iz energetske izkaznice in če v analizo vzamemo objekt zgrajen okoli leta 1990 (relativno nizka stopnja izolacije na objektu do 5 cm EPS) ugotovimo, da 8000 kwh zadostuje potrebam za ogrevanje in hlajenje pod pogojem, da se objekt ogreva oz. ohlajuje s pomočjo toplotne črpalke (COP 4). Novejši objekti porabijo bistveno manj dovedene energije za delovanje stavbe, kar pomeni, da je lahko naprava za samooskrbo manjše moči (posledično manjša investicija). Obstaja tudi druga možnost, namreč objekt lahko ogrevamo s pomočjo sodobnih električnih peči 90

104 (cenovno zelo dostopne), ki porabijo bistveno več el. energija kot TČ, vendar s stališča URE takšen ukrep ni sprejemljiv, pa tudi uporaba klasičnih el. ogreval po PURES 2010 ni več dovoljena. Glede na to, da je v veljavi PURES 2010, smo dolžni spoštovati njegove zahteve za novogradnje in večje prenove. 16. člen pravilnika opredeljuje minimalne zahteve glede deleža OVE odnosno na porabo energije v stavbi: najmanj 25 % celotne končne energije za delovanje sistemov v stavbi mora biti zagotovljene iz OVE, ali najmanj 25 % iz sončnega obsevanja, ali najmanj 50 % toplote iz okolja, ali če je vgrajenih najmanj 6 m² sprejemnikov sončne energije. Tudi ekonomski učinek za investitorje v primeru samooskrbe z el. energijo ni sporen, navedli smo že določene prihranke za sisteme ogrevanja, hlajenja, razsvetljave in druge. Kolikšen je določen prihranek, je odvisno od vsakega posameznika oz. načina rabe posamezne stavbe. Ocenjujem, da se giblje vračilna doba investicije od 7 do 10 let, odvisno od kakovosti komponent (primerna cena) in obetajoče se enkratne nepovratne spodbude, ki se obeta in bi naj bila v višini 300 EUR/kVA inštalirane moči. V nadaljevanju sledi izračun vračilne dobe investicije v primeru samooskrbe: strošek investicije za 1 kva inštalirane moči se giblje okoli 1.200, ,00 EUR, kar pomeni, da stane izgradnja 11 kva sončne elektrarne med ,00 do ,00 EUR. 11kVA elektrarna na letni ravni proizvede okoli kwh, če predpostavimo, da se cena za eno kwh na trgu giblje okoli 0,13 EUR pomeni, da nam naprava za samooskrbo zagotovi okoli 1.500,00 EUR na leto, če predpostavimo, da bo nepotrebna finančna spodbuda sprejeta in določimo končno vrednost investicije zaradi računanja vračilne dobe na ,00 EUR, to pomeni, da je doba vračanje investicije okoli 9 let (9 x 1.500,00 EUR = ,00 EUR, 2.500,00 EUR vzamemo za obratovalne stroške zavarovanje, pregledi in meritve). Če sem do sedaj navedel zgolj pozitivne učinke neto meritev, sem dolžan podati tudi stranske učinke, ki se lahko pojavijo ob uveljavitvi takšnega ukrepa. Stranski učinki sicer 91

105 ne doletijo lastnika naprave za samooskrbo, ampak če gledamo širše in splošno družbeno koristno, takšna oblika priključevanja uporabnikov v omrežje ni vzdržna. Splošni razlogi ali dvomi o uvedbi sheme neto meritev so naslednji [35]: uvedba sheme neto meritev prenaša stroške omrežja od uporabnikov, ki so lastniki naprave za samooskrbo, na uporabnike, ki niso vključeni v to shemo. Dejstvo je, da uporabnik neto meritev še vedno uporablja el. omrežje (na nek način služi kot zalogovnik), vendar za uporabo ne plačuje ničesar in glede na to, da se fiksni stroški omrežja z uvedbo takšnih shem bistveno ne zmanjšujejo, slednje krijejo ostali uporabniki, shema neto meritev lahko ima ciklični efekt, saj se lahko ob vedno večji vključitvi uporabnikov v shemo manjša nabor uporabnikov, ki v shemo niso vključeni, kar avtomatsko pomeni manjše prispevke za uporabo omrežja in povečanje prispevkov za ostale porabnike. operaterji omrežja morajo s povečano gradnjo OVE dodatno vlagati v omrežje, saj se lahko večajo težave z regulacijo napetosti, posledično se manjša kakovost oskrbe. Fiksni stroški za uporabo omrežja se lahko povečajo, ob uveljavitvi sheme se zmanjšuje količina plačane energije, medtem ko količina prevzete in oddane energije iz omrežja in vanj ostane enaka kot v primeru Px3 sheme. Tudi konične obremenitve omrežja se praktično ne spremenijo, saj slednje nastajajo v času, ko elektrarne ne delujejo oz. je njihova proizvodnja minimalna (zjutraj, zvečer, pozimi). Ob uveljavitvi sheme neto meritev so bile določene tudi največje dovoljene kvote (glede inštalirane moči elektrarn za samooskrbo), ki so na razpolago za tekoče koledarsko leto in predvidevam, da služijo kot neka varovalka v primeru prevelikega zanimanja za uvedbo sheme Net Metering. Po moji oceni takšna oblika neto meritev ne bo dolgo v veljavi, verjetno se ne bo popolnoma ukinila, se bo pa prestrukturirala, kajti če na zadevo pogledamo iz zornega kota energetske izkaznice, ki nas opominja na čim bolj učinkovito rabo energije, nam shema za samooskrbo daje preveč odprtega prostora. Na razpolago imamo preveliko količino el. energije, ki jo lahko vključimo v shemo, glede na to, kakšne so gradbene zahteve danes in za v prihodnje, ocenjujem, da bi morala biti inštalirana moč naprav za samooskrbo za novogradnje maksimalno do moči 6 kva. 92

106 7 RAZPRAVA V okviru mag. dela sem postavil in obravnaval tri hipoteze: HIPOTEZA 1: Med obstoječimi industrijskimi in gospodinjskimi objekti ni bistvenih razlik v smislu učinkovite rabe energije. HIPOTEZA 2: Uporabniki že poznajo pojem skoraj nič energijske gradnje in ga tudi udejanjajo. HIPOTEZA 3: OVE delujejo zanesljivo in se gibljejo v območjih z visokimi izkoristki. Analizo hipoteze 1 sem opravil in ovrgel s pomočjo metodologije za izdelavo EI, ki je odličen pokazatelj stanja URE na področju stavb. Ko govorimo o obstoječih poslovnih ali poslovno stanovanjskih objektih, lahko izberemo eno izmed dveh možnosti za izračun energetske bilance objekta. Namreč neodvisni strokovnjak za izdelavo EI se lahko odloči, ali bo za določen nestanovanjski objekt izdelal merjeno ali računsko energetsko izkaznico. Kar se tiče stanovanjskih objektov lahko zanje izdelamo zgolj računsko EI. V kolikor želimo, da bi se obstoječe zgradbe prenovile oz. gradile v nzeb energijskem razredu, moramo uvesti določene ukrepe na ovoju stavbe, stavbnem pohištvu in sistemih gretja, hlajenja in prezračevanja ter zagotoviti potreben delež OVE. Za dosego želenega standarda moramo na stavbi namestiti oz. zamenjati ali povečati obstoječo toplotno izolacijo fasade in strehe z ustrezno (25 cm XPS - U 0,15 W/m²K). Sočasno moramo sanirati toplotne mostove, ki se pojavljajo, še posebno zahtevna je stranska sanacija temeljne plošče in temelja. Nadalje moramo namestiti oz. zamenjati kompletno stavbno pohištvo z okni s trislojno zasteklitvijo z Ug do največ 0,7 W/m²K (tudi manj). Standard takšne gradnje zahteva tudi visoko prepustnost celotnega sončnega sevanja v prostor, in sicer g 50 %. Za preprečevanje pregrevanja poleti morajo imeti steklene površine ustrezno sončno zaščito (žaluzije). Vgradnja stavbnega pohištva mora biti izvedena tudi z RAL smernico. Optimalna izolacija ovoja stavbe ni edina, ki je potrebna za dosego nzeb standarda, namreč ovoj stavbe mora biti tudi zrakotesen, nato dodamo kontrolirano prezračevanje z vračanjem toplote odpadnega zraka. Analizo hipoteze 2 sem opravil in ovrgel s pomočjo anketnega vprašalnika, ki je podal odgovore na nekaj osnovnih vprašanj, povezanih z nzeb gradnjo ali prenovo. Anketirance sem izbral neodvisno in naključno, kar pomeni, da dobimo vzorec trenutnega poznavanja stanja na splošno. Obravnaval sem dvajset anketirancev in ugotovil, da je trenutno 93

107 poznavanje nzeb gradnje oz. prenove slabo poznano oz. bolje povedano, uporabniki ne vidijo določenih prednosti, ki jih prinaša skoraj nič energijski standard. Od celotnega števila anketirancev sta zgolj dva poznala pojem nzeb, ko pa sem povedal, da je to okrajšava za skoraj nič energijsko stavbo, se stanje ni bistveno izboljšalo (štirje anketiranci poznajo osnovne pogoje samozadostnosti). Nekoliko drugače je pri poznavanju EI stavbe, slednjo anketiranci poznajo, vendar jih zgolj tretjina meni, da je koristna in učinkovita. Zanimalo me je tudi, ali bi se anketiranci odločili za nzeb gradnjo ali prenovo, tu so mnenja deljena, največ se jih je opredelilo za odgovor mogoče in iz nadaljnjega pogovora sem razbral, da je to predvsem odvisno od višine investicijskih vlaganj. Na podlagi navedenega lahko zapišemo, da hipoteza 2 ni potrjena. Hipotezo številka 3 bom potrdil s pomočjo pričakovane proizvodnje sončnih elektrarn, ki je opredeljena na 1050 kwh / 1 kw inštalirane moči. Ker sem analiziral število vzorcev n = 10 moči 50 kw za obdobje treh koledarskih let, to pomeni, da znaša pričakovana proizvodnja 1,575 MWh. Zapišimo enačbo: OVE hip3 (%) = n 1 A p A max 100 = 1,520 MWh 1,575 MWh 100 = 96,5 % [7.1] kjer OVE hip3 (%) predstavlja izplen n = 10 števila vzorcev, A p proizvedeno el. energijo in A max pričakovano proizvedeno el. energijo. Glede na zapisano lahko ugotovimo, da sončne elektrarne na splošno delujejo v področju visokih izplenov oz. izkoristkov in posledično lahko potrdimo hipotezo 3. Kljub potrjeni hipotezi moramo sončne elektrarne obravnavati ločeno, če želimo natančno ugotoviti, v kakšni kondiciji so. Ločena obravnava pokaže realno sliko, ki je lepo vidna na diagramu 5.20 in prikazuje razlike med posameznimi vzorci. Dejstvo je, da bodo nastale razlike v prihodnosti še izrazitejše, če upoštevamo faktor staranja. Zato bo potrebno sončne elektrarne tudi v prihodnje podrobno spremljati, analizirati in servisirati. 94

108 8 ZAKLJUČEK V magistrskem delu sem poskušal zbrati, predstaviti in analizirati nekaj aktualnih področij URE v okviru skoraj nič energijske gradnje, ki po moji oceni sama po sebi nosijo velik potencial, v veliki meri premalo izkoriščen za dosego zelo pomembnega cilja tj. nizkoogljična in energetsko visoko ozaveščena družba (po evropskih smernicah že do leta 2050). Pri vpeljavi nzeb gradnje in prenove gre za celovit ukrep in bo s časoma zajel vse uporabnike stavbnega fonda naše države, ki je v okviru energetske in okoljske politike povezana s širšo evropsko skupnostjo. Za temo sem se odločil predvsem iz dveh razlogov, prvi primarni razlog je energetska izraba naravnih virov, ki mora biti širši množici porabnikov dobro poznana, saj je to edini način, da je posledično dobro načrtovana, izkoriščena in z minimalnimi izpusti odvedena v ozračje. Ni smiselno na eni strani na trg plasirati velike količine različnih inovacij in novih tehnologij, če na drugi strani velika večina uporabnikov ne more ali noče slediti razvoju bodisi zaradi neozaveščenosti bodisi zaradi finančne šibkosti. Drugi razlog moje magistrske teme se navezuje na prvi, če ne prej, se porabe energije zavemo v fazi, ko moramo zanjo plačati in pravilna ter preudarna izraba slednje je tista, ki avtomatično poskrbi, da so stroški čim nižji. Ker so v današnjem času ravno stroški tisti, ki mnogim gospodinjstvom in podjetjem povzročajo obilo skrbi, je zelo pomembno, da so potrošniki o možnih različnih oblikah oskrbe in potrošnje dobro informirani, kajti takšen potrošnik bo zadovoljen, poslovno uspešen in inovativno naravnan. Glede na to, da iz energetskega področja poznamo kar nekaj inštitucij, uradov, birojev in svetovalnih pisarn, ki so direktno ali indirektno vezani na državni proračun tako na lokalni kot državni ravni, verjetno ne bi bilo težko poiskati ljudi, primerne za ustrezno strokovno svetovanje (tudi na terenu). Sicer sem prepričan, da obstajajo določene interesne skupine, ki jim zmanjšana ali bolj racionalna raba energije ni po godu, saj to na nek način pomeni zmanjšan dotok kapitala, vendar če gledamo širše družbeno koristno, se privarčevan kapital v veliki meri investira ali porabi za druge želene dobrine, kar avtomatično pomeni povišano rabo energije na drugih področjih. V sklopu navedenega sem skoraj nič energijsko gradnjo oz. prenovo obravnaval v štirih delih. Prvi in hkrati uvodni del je zajemal splošne določbe in aktualne pogoje, ki so dali podlago oz. pomenijo temelj nzeb. V drugem delu sem aktualno gradnjo oz. gradnjo v prihodnosti podrobneje opisal, podal aktualne zahteve in predstavil bistvene konstrukcijske rešitve oz. rešitve na ovoju stavbe. Da si lažje predstavljamo želeno, sem teorijo prenesel v prakso na način, da sem vse predstavljene ukrepe vezal na dva tipična 95

109 primera gradnje pri nas (stanovanjsko poslovni objekt in enodružinska hiša) in komentiral končne rezultate. V tretjem delu sem obravnaval učinkovite ukrepe za zagotavljanje potrebne dovedene energije za delovanje stavbe na način, da je poraba primarne energije minimalna možna (SPTE, TČ, OVE). Glede na to, da nzeb ukrepi na splošno predstavljajo visoka investicijska vlaganja, sem v četrtem delu predstavil nekaj bistvenih organizacijskih ukrepov, ki so stroškovno zelo učinkoviti, saj so vračilne dobe relativno kratke. Med obetajočimi ukrepi velja izpostaviti shemo samooskrbe z električno energijo, v kakšni obliki bo ostala je sicer težko napovedati, po moji oceni se bo vsekakor spremenila v obdobju treh let oz. najkasneje, ko bo standard nzeb edini dovoljen ukrep. Kar se tiče uporabnikov samih v veliki večini predstavljene ukrepe poznajo le površinsko in ne prepoznajo njihovih prednosti, nekatere imajo celo za nujno zlo (energetska izkaznica stavb). Tudi analiza delovanja PV elektrarn je podala zanimive rezultate, na podlagi katerih sem ugotovil, da od števila vzorcev (n = 10), ki sem jih zajel, 40 % deluje nestabilno oz. z ponavljajočimi se napakami. Med najboljšo in najslabše doseženo skupno proizvodnjo el. energije je nastala 25 % razlika, kar v vrednostih pomeni okoli kwh in EUR. Po moji oceni gre pri sami proizvodnji energije s pomočjo sončnih elektrarn za precejšnja in glede na to, da smo komaj prešli 1/10 predvidene življenjske in 1/5 subvencionirane dobe, nedopustna odstopanja. Če k temu dodamo še faktor staranja in vprašljivost kakovosti določenih komponent, dobavljenih predvsem iz držav daljnega vzhoda, se lahko statistike še poslabšajo. Glede na navedeno bo potrebno proizvodne vire dokaj pogosto pregledovati (večkrat letno), da bo v prvi fazi zagotovljena varnost in posledično pravilna in učinkovita raba energije. Skrb vzbujajoče je tudi dejstvo, da lastniki tehnično gledano proizvodnih naprav ne poznajo dovolj dobro, tako da sami ne prepoznajo določenih prehodnih ali periodičnih napak, razen seveda če zaščita proizvodni vir ustavi. Pogodbe o vzdrževanju so redke, neke ustrezne kontrole praktično ni in glede na to, da smo verjetno pred novim porastom proizvodnih virov za samooskrbo, to dejstvo prinaša veliko negotovosti s stališča varnosti, kakovosti in učinkovitosti. Nadaljnji ukrepi bodo morali biti na tem področju na nivoju države, veliko bolj premišljeni kot dosedanji, saj so stroški za pokrivanje subvencij za proizvodnjo iz OVE dokaj visoki, učinki pa so zelo vprašljivi oz. celo tarča različnih javnih polemik. 96

110 9 VIRI IN LITERATURA [1] Šijanec Zavrl M., Tomšič M. EU Zakonodaja. Ljubljana: ZRMK, Gradiva - verzija 17/2015. [2] Energetski zakon (EZ-1). - Ur. l. RS št. 17/2014. [3] Voršič J., Bratina J., Elektrotermija. Maribor: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, [4] Petelin Visočnik B., Merše S., Energetska učinkovitost - največji evropski vir energije. V: Šijanec Zavrl M., Skoraj nič energijske stavbe in prenova stavb - kaj lahko pričakujemo. Zbornik 18. Dnevi energetikov, Portorož, 19. in 20. april Ljubljana: Časnik Financa 2016, str [5] Pravilnik o učinkoviti rabi energije v stavbah. - PURES Ur. l. RS št. 52/ [6] Rant Z., Termodinamika. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, [7] Rant Z., Die Exergieverhältnisse bei der Verbrennung. Energie und Exergie. Düsseldorf: VDI-Verlag, 1965, str [8] Rant Z., Exergie, ein neues Wort fur»technische Arbeitsfähigkeit«. Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens (22) 1956/1, str [9] Praznik M., Zabšnik-Senegačnik M., Trajnostna zasnova energijsko učinkovitih enodružinskih hiš. Ljubljana : Fakulteta za arhitekturo, [10] Praznik M., Priročnik za usposabljanje energetskih svetovalcev : publikacija ob strokovnem usposabljanju energetskih svetovalcev za delo v mreži ENSVET. Ljubljana: Gradbeni inštitut ZRMK, [11] Goričanec D., Črepinšek - Lipuš L., Prenos toplote. Maribor: Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, december [12] Prek M., Izračun projektne toplotne moči za ogrevanje. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, Laboratorij za ogrevalno, sanitarno in solarno tehniko ter klimatizacijo, [13] Kraut B., Krautov strojniški priročnik slovenska izdaja. Ljubljana: Puhar J., Stropnik J., Littera picta,

111 [14] Ministrstvo za infrastrukturo (2016). Javni poziv za nepovratne finančne spodbude občanom za nove naložbe rabe obnovljivih virov energije in večje energijske učinkovitosti stanovanjskih stavb (37SUB-OB16) [15] Ministrstvo pristojno za energijo, Nacionalni akcijski načrt za skoraj ničenergijske stavbe za obdobje do leta 2020, Ljubljana. [16] Gradbenik, Revija za gradnjo, sanacije in gradbene materiale. V: Praznik M., Kako pristopati k načrtovanju sodobne skoraj nič-energijske stanovanjske stavbe. Ljubljana : Tehnis, Let. 19, št. 6, 2015, str [17] Gradbenik, Revija za gradnjo, sanacije in gradbene materiale. V: Rakušček A., Mirtič M., Zrakotesnost stavb : kontrolirajmo menjavo zraka med stavbo in okolico. Ljubljana : Tehnis, Letn. 15, št. 9, sep. 2011, str [18] Strmec U., Vpliv toplotnih mostov na porabo energije za ogrevanje v stavbi. Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, januar [19] Fibran Nord. Toplotna izolacija temeljne plošče v praksi, dostopno na: [20] SIST EN ISO 13789:2008, Toplotne značilnosti stavb - Toplotni koeficienti pri prenosu toplote in prezračevanja - Računska metoda (ISO 13789:2007). SIST Ljubljana, [21] SIST ISO 9836:2011, Standardi za lastnosti stavb - Definicija in računanje indikatorjev površine in prostornine. SIST Ljubljana, [22] Tehnična smernica za graditev TSG Učinkovita raba energije. Ur. l. RS št. 52/ [23] SIST EN ISO 13790:2008, Energijske lastnosti stavb - Račun rabe energije za ogrevanje in hlajenje prostorov (ISO 13790:2008). SIST Ljubljana [24] Atlasa Okolja, dostopno na: Atlas_Okolja_AXL@Arso. [25] Stojko R., Energetski preračun ogrevanja in hlajenja stanovanjske hiše. Maribor: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, [26] Zupan M., Metodologija za izdelavo energetske izkaznice in metodologija za določitev indikatorjev v računski energetski izkaznici. Ljubljana: ZRMK, Gradiva - verzija 17/

112 [27] Žiher D., Kombinirana proizvodnja električne, toplotne in hladilne energije. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, [28] Žiher D., Poredoš A., Uvajanje sodobnih sistemov trigeneracije v povezavi z daljinskim hlajenjem v slovenski prostor. Ljubljana : Fakulteta za strojništvo, Laboratorij za hladilno tehniko, [29] Žiher D., Poredoš A., Termoekonomsko vrednotenje trigeneracijskih sistemov. Ljubljana: Fakulteta za strojništvo, [30] Seme S., Optimalno sledenje fotonapetostnega sistema soncu ob upoštevanju izgub pogonskega sklopa. Maribor: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, april [31] Kastelec D., Rakovec J., Zakšek K., Sončna energija v Sloveniji. Ljubljana: ZRC SAZU, [32] Elektro Maribor, Navodila za delo s sistemom www100. Dostopno na: mer.elektro-maribor.si/www100/priloge/navodila2.pdf. [33] Konferenca slovenskih elektroenergetikov, Povzetki referatov. V: Flagar M., Obratovanje in vzdrževanje sončnih elektrarn. Zbornik. Enajsta konferenca slovenskih elektroenergetikov, Laško, 27. do 29. maj Ljubljana : Slovensko združenje elektroenergetikov CIGRÉ - CIRED, [34] Akt o metodologiji določanja regulativnega okvira in metodologiji za določanje omrežnine za elektroperaterje. Ur. l. RS št. 66/15 z dne [35] CIRED, 12. Konferenca slovenskih elektroenergetikov. V: Omahen G., Volf I., Celovita analiza net-metering sheme: konferenca slovenskih elektroenergetikov. Portorož

113 10 PRILOGE 10.1 ANKETNI VPRAŠALNIK 1. Ali poznate nzeb? Ne Slišal Poznam Zelo dobro poznam 2. Samozadostnost? Ne poznam Slišal Poznam Zelo dobro poznam 3. Kje so običajno toplotne izgube največje? Sistem hlajenja Sistem ogrevanja Nekontrolirano prezračevanje Ovoj stavbe 4. V katerem primeru obvezno potrebujemo energetsko izkaznico? Obstoječi najem Novogradnja Najem Prodaja 5. Ali bi se odločili za skoraj nič energijsko gradnjo ali prenovo? Ne Mogoče Ob prenovi Zagotovo 100

114 10.2 ENERGETSKA IZKAZNICA STAVBE - MERJENA 101

115 102

116 103

117 104

118 105

119 106

120 10.3 ENERGETSKA IZKAZNICA STAVBE - RAČUNSKA 107

121 108