Široké spektrum odborných článkov a prezentácie spoločností, odborníkov pôsobiacich v oblasti stavebníctva, dopravy, strojárstva, ťažby surovín a environmentálnych technológií vo všetkých odvetviach priemyselnej výroby.

Možnosti zvyšovania energetickej efektívnosti v malom podniku – prípadová štúdia


Znižovanie spotreby elektrickej energie je súčasný spoločenský trend. Tento proces má ekonomický a ekologický dosah. Je podchytený aj legislatívne a možno naň čerpať finančné prostriedky z európskych fondov. Na Slovensku existuje mnoho prevádzok, verejných budov a domácností, kde sa energiou plytvá. Pretože tretina spotrebovanej energie patrí priemyslu, je prirodzenou snahou práve v tomto segmente dosahovať energetické úspory. Táto práca poskytuje na vybranom priemyselnom podniku návod, ako identifikovať miesta s nadbytočnou spotrebou energie a navrhnúť príslušné opatrenia. Súčasťou práce sú aj získané experimentálne dáta a jednoduchá ekonomika návratnosti príslušných opatrení.   


Energetická efektívnosť patrí v súčasnosti medzi veľmi diskutované témy. Súvisí so zvyšovaním energetickej účinnosti, respektíve znižovaním energetickej náročnosti premeny, spotreby, využitia a distribúcie energie pri súčasnom zohľadnení hospodárskych, technických a prevádzkových aspektov, ako aj so zmenami správania koncových odberateľov a spotrebiteľov.

Vo všeobecnosti platí, že najlacnejšia energia je tá, ktorá sa nemusí vyrobiť.  Preto je dôležité kategorizovať sféry spotreby elektrickej energie podľa ich dôležitosti. Takisto je potrebné určiť miesta, kde sa energia spotrebuváva bez toho, aby bola efektívne využitá. Na ilustráciu sú to miesta, kde sa plytvá úžitkovou vodou, miesta s vysokými tepelnými stratami, nedostatočnou reguláciou elektrickej energie a pod. Tu platí priama úmernosť medzi znižovaním strát a znižovaním prevádzkových nákladov. Zníženie výdavkov, respektíve prevádzkových nákladov je možné dosiahnuť hospodárnym využívaním energie a riadením jej odberu.

Slovenská republika sa s ostatnými ekonomicky vyspelými krajinami riadi princípom trvalo udržateľného rozvoja. Hlavnou úlohou energetickej politiky z pohľadu tohto princípu je zabezpečiť harmonický vzťah energetiky a životného prostredia. Tento cieľ sa dá realizovať zvyšovaním efektívnosti spotreby energie a premeny jednotlivých zdrojov energie zavedením vhodných technológií ako napr. dovybavením konvenčných technológií zariadeniami s väčšou účinnosťou. Svoje miesto tu nachádzajú aj obnoviteľné zdroje energie [1-3]. Tento proces pozostáva z implementácie systematických opatrení, ktoré vyplynú z energetického auditu. V rámci projektu môžu byť realizované opatrenia zamerané na modernizáciu vykurovacích a klimatizačných systémov, zlepšenie izolačných vlastností budov, využívanie obnoviteľných zdrojov energie a pod. Podmienkou je zníženie množstva energie potrebnej na vykurovanie minimálne o 30 percent.  

V tomto príspevku budeme v rámci prípadovej štúdie analyzovať vybrané základné opatrenia na efektívnejšie využívanie energií vo vybranom podniku. Pri rozbore podniku s cieľom efektívnejšieho využívania energií, respektíve znižovania spotreby elektrickej energie, bude venovaná pozornosť väčšine z týchto opatrení.

Obmedzenie zbytočnej spotreby energie alebo skrátenie prevádzky spotrebičov na nevyhnutne potrebný čas.

Zvyšovanie účinnosti. Toto opatrenie možno dosiahnuť dvomi spôsobmi:

Výmenou staršieho zariadenia za modernejšie a hospodárnejšie zariadenie, prípadne modernizáciou starého zariadenia. Prevádzkovateľ ušetrí nielen na energii, ale aj na prevádzkových nákladoch (menej/prípadne žiadne opravy a údržba). Výhodou je, že nové zariadenia môžu poskytovať množstvo nových funkcionalít.

Zlepšenie izolačných vlastností objektu. Vykurovaním a používaním klimatizácie na chladenie priestorov sa spotrebuje obrovské množstvo elektrickej energie. Táto energia v značnej miere uniká do okolia z dôvodu nedostačujúcej izolácie stien, podlahy, stropu, okien a pod.

Využívanie obnoviteľných zdrojov energie.

Energetický manažment. Automatizácia a inteligentné meranie a riadenie môžu ušetriť značnú časť energií [4].

Stručná charakteristika skúmaného objektu

Budova má celkovo štyri poschodia, ktoré sa prenajímajú firmám a podnikateľom ako administratívne priestory. Do budovy je možný prístup z dvoch strán z priľahlých parkovísk. Objekt nebol nikdy rekonštruovaný a nemá dodatočnú tepelnú izoláciu. V budove sa nenachádza výťah. Prístup na poschodia je schodiskom. Na obr. 1. vidíme pohľad na budovu z ulice.


Obr. 1 Pohľad na skúmanú budovu vybranej spoločnosti

Analyzovaný podnik zaberá celé tretie poschodie, ktoré bolo v roku 2017 zrekonštruované. Rozvádzač pozostáva zo siedmich jednopólových ističov s hodnotu menovitého prúdu 16 A triedy C a jedného trojpólového ističa s menovitým prúdom 32 A.

 

Spotreba elektrickej energie a spôsoby zvyšovania energetickej efektívnosti

   

Výpočet ročnej spotreby energie

Odber elektrickej energie sa významne líši v závislosti od ročných období. V nasledujúcej tabuľke je prehľad spotreby jednotlivých spotrebičov vo vybranom období od 1. 1. 2018 do 28. 2. 2018 a od 1. 11. 2018 do 31. 12.2018.

Tab. 1 Výpočet spotreby elektrickej energie v zimnom období

Spotrebič

Množstvo

Max. výkon1

[W]

Max. výkonc

[W]

Prevádzkah

[h]

Prevádzkad

[deň]

Spotreba za obdobie [kWh]

Počítač

4

250

1 000

8

79

696

Monitor

23

26

598

8

79

416,208

Notebook

5

200

1 000

8

79

696

Tlačiareň

1

310

310

0,5

79

13,485

Projektor

1

300

300

1

79

26,1

Server

1

350

350

24

120

1 033,2

Chladnička*

1

430

430

6*

120

317,34

Dávkovač vody*

1

95

95

6*

120

70,11

Mikrovlnka

1

800

800

0,5

79

34,8

Rýchl. kanvica

1

2 150

2 150

0,5

79

93,525

Filter akvária

1

20

20

24

120

59,04

Svietidlá (chodba)

2

40

80

8

79

55,68

Svietidlá (WC)

5

40

200

1

79

17,4

Svietidlá (ostatné)

64

40

2 560

4

79

808,96

Klimatizácia

3

3 520

10 560

24

79

20 021,76

Ohrievač

4

2 000

8 000

8

79

5 056

* spotrebič odoberá elektrickú energiu približne 15 minút každú hodinu 


Výpočet spotreby elektrickej energie za dané obdobie pozostáva zo súčinu niekoľkých premenných. Vzorový výpočet:


Spotreba za obdobie = (Max. výkon[W] x prevádzkah [h] x prevádzkad) [Wh]

Spotreba za obdobie = 1 000 [W] x 8 [h] x d = 696 000 [Wh] = 696 [kWh], 

 

kde: max. výkonc predstavuje celkový výkon spotrebičov (Množstvo * Max. výkon1), prevádzkah je údaj o počte hodín, počas ktorých spotrebiče odoberajú elektrickú energiu, a prevádzkad je informácia o počte dní prevádzky spotrebičov. Počas tohto obdobia uvádzame pre výpočet parametre d, ktoré reprezentuje celkový počet dní za dané obdobie. Vo výpočte hore d = 79.


Obr. 2 Spotreba elektrickej energie jednotlivých spotrebičov v zimnom období


Rovnaké analýzy boli vykonané aj pre letné a takzvané prechodné obdobie. Vypočítaná hodnota celkovej spotreby elektrickej energie v analyzovanej spoločnosti za rok 2018 predstavuje 52 622,08 kWh.


Obr. 3 Spotreba elektrickej energie v roku 2018


Z dôvodu prehľadnosti boli rozdelené jednotlivé spotrebiče do kategórií. Kancelárske vybavenie (počítače, monitory, notebooky, tlačiareň, projektor) majú na celkovej spotrebe podiel 10,2 %. Bežné spotrebiče ako chladnička, mikrovlnka, rýchlovarná kanvica a dávkovač vody prispievajú mierou 2,9 %. Svietidlá reprezentujú 2 % celkovej spotreby. Klimatizácia zaberá až 69 % a ohrievače 9,7 % z celkovej spotreby elektrickej energie. Do kategórie ostatných spotrebičov bol zaradený server a filter akvária. Spoločným znakom týchto dvoch spotrebičov je to, že musia byť v prevádzke neustále a ich spotrebu nie je možné ovplyvniť. Týmto dvom spotrebičom patrí zvyšných 6,2 %. Pre úplnosť spotreby bolo nutné doplniť údaje o odbere spotrebičov v stand-by režime.

Teoretická analýza týždňovej spotreby energie


Obr. 4 Týždenný diagram spotreby spoločnosti v období od 1. 10. 2018 do 7. 10. 2018


Z diagramu vyplýva, že najväčšia spotreba vo firme je počas pracovných hodín od pondelka do piatka v čase od 8.00 do 16.00. Mimo pracovných hodín odoberá elektrickú energiu server, filter akvária a spotrebiče v stand-by režime, približne 0,6 kWh. Najvyššia spotreba je počas pracovných dní v čase od 8.00 do 10.00, táto hodnota sa pohybuje okolo 3,7 kWh.


  • Analýza únikov tepla

Na zlepšenie tepelnej pohody sa okrem centrálneho kúrenia využívajú elektrické ohrievače a klimatizačné jednotky. Ročne sa takto v spoločnosti na doplnkové vykurovanie spotrebuje 25 MWh v zimnom období a 16,4 MWh na ochladenie vzduchu v letných mesiacoch. Tieto čísla by sa dali výrazne znížiť dodatočnou tepelnou izoláciou budovy. Analýza únikov tepla bola realizovaná termokamerou FLIR i50 v máji pri vonkajšej teplote Tout = 2 oC (údaje zo stránky [5]) a pri vnútornej teplote Tin = 22 oC. Teplota uvedená v ľavom hornom rohu snímky reprezentuje teplotu v strede snímky. Emisivita ε = 0,9 predstavuje emisivitu omietky.

Na nasledujúcich obrázkoch sú uvedené príklady termografických analýz vnútorných priestorov skúmaného podniku.



Obr. 5a Snímka kancelárie, severná strana budovy

Obr. 5b Termosnímka kancelárie, severná strana budovy



Obr. 6a Snímka kancelárie, juhozápadná strana budovy

Obr. 6b Termosnímka kancelárie, juhozápadná strana budovy

Z vonkajšej strany sú úniky tepla viditeľné približne na rovnakých miestach ako z vnútornej strany.



Obr. 7a Termosnímka budovy z juhovýchodnej strany

Obr. 7b Termosnímka strany, východný roh budovy


Zateplenie budovy by výrazne zlepšilo izolačné vlastnosti stien. Zvýšila by sa ich schopnosť zadržiavať teplo v zimnom období a naopak, zadržiavať chlad v letných mesiacoch. Implicitne by sa znížila spotreba elektrickej energie vzduchotechnikou.

    Analýza starého a návrh nového osvetlenia

Výmenou starého osvetlenia za modernejšie a úspornejšie LED svietidlá sa dá dosiahnuť tiež úspora spotreby elektrickej energie. Na základe aktuálnej normy STN EN 12464-1:2012 [6] Svetlo a osvetlenie, Osvetlenie pracovísk, časť 1: Vnútorné osvetlenie z februára 2012 bola vypracovaná analýza súčasného osvetlenia a nový návrh osvetlenia v priestoroch firmy. Uvedená analýza svojím rozsahom presahuje možnosti tejto publikácie, ale je verejne dostupná [7].

Nasledujúci graf slúži na porovnanie ročnej spotreby elektrickej energie starých a nových svietidiel.


Obr. 8 Stĺpcový graf porovnania ročnej spotreby el. energie nových a starých svietidiel


Finančné zhodnotenie navrhovaných opatrení

Zaradenie do tarifnej triedy

Skúmaná budova je zaradená do tarifnej triedy DD3 – dvojpásmová sadzba. Táto tarifná skupina je vhodná pre odberateľov elektrickej energie, ktorí chcú využiť výhodu časového pásma NT, ktorá je spravidla poskytovaná 12 hodín denne od 20.00 do 8.00 nepretržite. Blokovanie elektrických spotrebičov sa nevyžaduje a podmienkou pridelenia sadzby je tarifné meranie. Cenník tarify je uvedený v nasledujúcej tabuľke.

Tab. 2 Cenník elektrickej energie v tarifnej triede DD3 [8]


Riešenie spotreby v stand-by režime

Celková ročná spotreba elektrickej energie skúmaných spotrebičov v stand-by režime je 701,296 kWh. Z toho 453,11 kWh je spotrebovaných v NT a 248,185 kWh vo VT. Na základe týchto hodnôt a údajov z uvedenej tabuľky sú vyčíslené náklady na tieto spotrebiče na 25,17 eura ročne. Všetky sumy sú uvedené vrátane DPH.

Nákupom a aplikáciou zásuviek s vypínačom je možné tieto náklady znížiť na 0 eur ročne. Tieto zásuvky ponúkajú tiež predpäťovú ochranu. Na pokrytie riešených spotrebičov je potrebných 34 zásuviek. Zavedením tohto opatrenia firma investuje 70,3 eura a ušetrí 25,17 eura ročne. Z toho vyplýva návratnosť investície menej ako 2 roky a 10 mesiacov.      


Obr. 9 Predpäťová ochrana EMOS s ôsmimi zásuvkami

Riešenie problematiky únikov tepla

Termosnímky preukázali, že na skúmanom poschodí sa nachádzajú miesta, kde teplo uniká. Pod aj nad poschodím sa nachádzajú vykurované priestory, takže úniky tepla v budove sú spôsobené zlými izolačnými vlastnosťami stien. Zvýšiť efektivitu izolácie je možné zateplením.

Doplnkovým vykurovaním klimatizáciou a ohrievačmi sa vo firme spotrebuje 25 077,76 kWh ročne. Z toho 10 010,88 kWh odoberajú tieto spotrebiče v NT a 15 066,88 kWh vo VT. Náklady na doplnkové vykurovanie teda predstavujú 1 021,57 eura ročne.

Chladením vzduchu v letných mesiacoch sa klimatizáciou ročne spotrebuje 16 408,8 kWh, a to rovnakou mierou 8 204,4 kWh v NT a VT. To predstavuje ročné náklady vo výške 635,85 eura.

Vonkajšie steny poschodia tvoria plochu približne 192 m2. Podľa orientačného cenníka [9] bolo vypočítané, že celková cena za 1 m2 zateplenia vrátane všetkých doplnkových prác je 20,80 eura. Zateplenie poschodia teda bude stáť približne 4 000 eur.

Za predpokladu, že po zateplení by nebolo potrebné používať doplnkové výhrevné telesá a klimatizáciu v letnom období by stačilo používať počas pracovného času iba každú hodinu (4 hodiny denne), vznikla by úspora v celkovej hodnote 1 524,5 eur ročne. Návratnosť investície je menej ako 2 roky a 8 mesiacov. Ale výpočet je skreslený veľmi nehospodárnym využívaním klimatizačných jednotiek (24 hodín denne v zime aj v lete).

Výmena svietidiel

Pôvodné osvetlenie lineárnymi žiarivkami a klasickými žiarovkami ovplyvňuje ročnú spotrebu elektrickej energie mierou 1 020,64 kWh a ročné náklady predstavujú 49,61 eura. Vypočítaná spotreba nových svietidiel je 425,5 kWh, čo je 20,68 eura ročne. Úspora po výmene svietidiel je 28,93 eura za jeden rok. Osvetlenie sa používa len počas pracovného času, takže cena je rátaná z VT. 

V novom návrhu osvetlenia sú použité svietidlá od spoločnosti DDK-POWER Technology Services [10]. Nákup 28 Downlight LED panelov (29,30 eura/kus) a 11 Epistar LED svietidiel (15,50 eura/kus) by stál 990,90 eura. Návratnosť by v tomto prípade bola viac ako 34 rokov.

Spoločnosť má veľkú výhodu v podobe dostatočného množstva denného svetla. Väčšina svietidiel sa preto využíva iba 4 hodiny počas zimných mesiacov. V prípade nepretržitého osvetlenia celého poschodia počas pracovného času počas celého roka by bola návratnosť menej ako 6 rokov.

 

Záver

Veľké, stredne malé a malé priemyselné podniky predstavujú na celkovej konečne spotrebe energie približne 37 percent. Spolu s domácnosťami je to viac ako 50 percent. V zmysle aktuálnej politiky EÚ a členských štátov je záujem vyvíjať aktivity smerujúce k znižovaniu nadbytočnej spotreby elektrickej energie. Táto práca na konkrétnom príklade malého podniku ilustruje, kde k takýmto stratám energie dochádza a ako ich možno efektívne eliminovať. Súčasťou návodu sú i ekonomické prepočty návratnosti investície. Ako hlavné zdroje nadbytočnej spotreby boli identifikované tepelné úniky, používanie zastaraných zariadení, neefektívne využívanie zariadení a stand-by režim spotrebičov.

Poďakovanie

Táto publikácia vznikla vďaka podpore ako výstup v rámci OP Výskum a vývoj pre projekty: Národné centrum pre výskum a aplikácie obnoviteľných zdrojov energie, ITMS 26240120016; Zvyšovanie energetickej bezpečnosti SR, ITMS: 26220220077; Kompetenčné centrum pre nové materiály, pokročilé technológie a energetiku, ITMS: 26240220073; Medzinárodné centrum excelentnosti pre výskum inteligentných a bezpečných informačno-komunikačných technológii a systémov, ITMS: 26240120039; Efektívne riadenie výroby a spotreby energie z obnoviteľných zdrojov ITMS: 26240220093 spolufinancované zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

 

Použitá literatúra

[1] Zákon č. 476/2008 Z. z. o energetickej efektívnosti

[2] Zákon č. 321/2014 Z. z. o energetickej efektívnosti a o zmene a doplnení niektorých zákonov

[3] Nariadenie Európskej komisie č. 651/2014

[4] Hofmann Peter, Šály Vladimír, Needs and possibilities for improving energy efficiency in small and medium-sized enterprises. In Power engineering 2016. Renewable Energy Sources 2016: 6th International Scientific Conference. Tatranské Matliare, Slovakia. May 31 - June 2, 2016. 1. vyd. Bratislava: Slovak University of Technology, 2016, S. 73-76. ISBN 978-80-89402-82-3.

[5] Dostupné na internete: http://www.shmu.sk/

[6] Norma STN EN 12464-1:2012

[7] Valášek, Lukáš, Spôsoby zvyšovania energetickej efektívnosti v malých a stredne veľkých podnikoch, Bakalárska práca, FEI STU, 2019 (https://is.stuba.sk/lide/clovek.pl?id=80122;zalozka=7;lang=sk)

[8] Dostupné na internete: http://zse.sk/documents/13852203/Cennik_domacnosti_EE_01012017.pdf

[9] Dostupné na internete: https://www.murarskeprace.net/cennik-zateplovacich-prac/

[10] DDK-POWER Technology Services

Ing. Milan Perný, PhD.

prof. Ing. Vladimír Šály, PhD.

prof. Ing. František Janíček, PhD.

Ing. Lukáš Valášek, PhD.
Fakulta elektrotechniky a informatiky, 

Ústav elektroenergetiky a aplikovanej elektrotechniky,

 Slovenská technická univerzita v Bratislave 

www.fei.stuba.sk

Fotogaléria k článku