Oszczędzanie energii elektrycznej. Jak oszczędzać energię w budynku wielorodzinnym?

2019-03-20 13:49 dr inż. Piotr Cierzniewski oraz dr inż. Tomasz Zarębski, Katedra Elektroenergetyki i Napędów Elektrycznych
sterowanie oświetleniem w budynku mieszkalnym
Autor: Thinkstockphotos Przykład oświetlenia zewnętrznego na osiedlu mieszkaniowym

Oszczędzanie energii elektrycznej to kolejny, po wykonaniu pełnej termomodernizacji, czyli dociepleniu i zmniejszeniu zużycia energii cieplnej w budynku wielorodzinnym, sposób na zmniejszenie kosztów utrzymania obiektu. Aby zaoszczędzić na energii elektrycznej, obniżyć jej zużycie, należy w pierwszej kolejności przyjrzeć się instalacji zasilającej obwody oraz jej odbiornikom w części wspólnej budynków.

oświetlenie klatki schodowej
Autor: fachowyelektryk.pl Zasada działania oświetlenia klatki schodowej sterowanego czujnikami ruchu

Artykuł jest częścią akcji specjalnej TERMOMODERNIZACJA, w której przekonujemy, jak ważne jest kompleksowe do niej podejście.

Oszczędzanie energii elektrycznej - stan instalacji

W wielu przypadkach stan instalacji elektrycznej w budynkach wielorodzinnych, szczególnie tych starszych, budzi wiele zastrzeżeń. Jest to widoczne w protokołach z badań okresowych instalacji, które zgodnie z ustawą Prawo budowlane powinny być wykonywane nie rzadziej niż co 5 lat. Układy te często nie spełniają obecnie stawianych im wymagań, np. przez Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75, poz. 690 z późn. zm.) czy norm wieloarkuszowych PN-HD 60364 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia” i PN-IEC 60364 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych”.
Sam stan techniczny instalacji elektrycznej w wielu przypadkach generuje straty, gdyż nie jest ona dostosowana do odbiorników, które są do niej przyłączone. Wymiana takiej instalacji w budynku wielorodzinnym jest determinowana przez:

  • wykorzystywanie przewodów z żyłami aluminiowymi o przekroju mniejszym lub równym 10 mm², co zwiększa straty na przesyle energii elektrycznej oraz pogarsza warunki bezpieczeństwa pożarowego i ochrony przeciwporażeniowej – obecnie to rozwiązanie jest zabronione; zgodnie z obowiązującymi przepisami wykorzystywać można tylko przewody aluminiowe o przekrojach większych niż 10 mm²;
  • stosowanie przewodów dwużyłowych w instalacji jednofazowej i czterożyłowych w trójfazowej – jest to niedozwolone, gdyż pogarsza warunki ochrony przeciwporażeniowej; przewody w instalacji jednofazowej powinny być trójżyłowe, a w trójfazowej – pięciożyłowe;
  • brak styków ochronnych w gniazdach – szczególnie jednofazowych;
  • brak środków ochrony przed skutkami przepięć;
  • nieprawidłowy dobór przekroju przewodów do stosowanych odbiorników;
  • zły stan rozdzielnic administracyjnych i zabezpieczeń obwodów odbiorczych z nich zasilanych – do ochrony obwodów odbiorczych nie wolno używać bezpieczników topikowych, lecz należy korzystać z instalacyjnych wyłączników nadprądowych;
  • niestosowanie różnicowoprądowych urządzeń zabezpieczających, które w warunkach awarii samoczynne wyłączają zasilanie, wspomagając tym samym podstawową ochronę przeciwporażeniową i przed powstaniem pożaru.

Oszczędzanie energii elektrycznej - odbiorniki energii elektrycznej zasilane z rozdzielnic administracyjnych

Gdy stan instalacji elektrycznej obwodów administracyjnych w danym budynku spełnia wymagania stawiane przez obowiązujące przepisy, należy przyjrzeć się zasilanym przez nią odbiornikom. W obiektach wielorodzinnych są to najczęściej:

  • oświetlenie na klatkach schodowych,
  • oświetlenie w piwnicach i garażach,
  • oświetlenie zewnętrzne,
  • pompy ciepłej wody użytkowej, centralnego ogrzewania i kanalizacji,
  • windy,
  • instalacje domofonowe,
  • urządzenia teleinformatyczne.

W wielu wypadkach wymiana tych odbiorników na nowsze, o lepszych parametrach energetycznych, znacząco zmniejszy zużycie energii elektrycznej, a w efekcie rachunki za jej pobór.

Oszczędzanie energii elektrycznej - źródła światła i oprawy oświetleniowe

Najpopularniejszym źródłem światła stosowanym na klatkach schodowych i w garażach jest nadal zwykła żarówka o niskiej sprawności, która często się przepala i zamienia na światło jedynie 5–10% pobranej energii, a pozostałą przetwarza na ciepło. Rozwiązanie to podnosi rachunki za energię elektryczną. Aby tego uniknąć, zaleca się wykorzystywanie źródeł światła o lepszej skuteczności świetlnej.

Tab. 1. Parametry wybranych źródeł światła. Zestawienie parametrów źródeł światła najczęściej stosowanych w częściach wspólnych budynków wielorodzinnych.

parametry źródeł światła
Autor: archiwum redakcji
źródła światła a koszty energii elektrycznej
Autor: archiwum redakcji

Jak wynika z zestawionych parametrów, wymiana żarówek tradycyjnych, halogenowych bądź kompaktowych (energooszczędnych) na ledy zwraca się w ciągu kilku bądź kilkunastu miesięcy. Oszczędności należy także szukać w sterowaniu oprawami oświetleniowymi. Obecnie najczęstszym rozwiązaniem są przyciski dzwonkowe, które kontrolują przekaźniki czasowe uruchamiające oprawy oświetleniowe na określony czas. Niestety rozwiązanie to ma jedną wadę – uruchamia wszystkie oprawy, również te niepotrzebne, np. osoba mieszkająca na parterze po wejściu na klatkę schodową włącza również oświetlenie na pozostałych piętrach. Aby tego uniknąć, można zastosować oprawy z czujnikami ruchu, których koszt kształtuje się na poziomie 70–80 zł/szt. Zasięg zamontowanego w nich czujnika wynosi od kilku do kilkunastu metrów.

Rozwiązanie to jest bardzo korzystne także w przypadku oświetlenia korytarzy piwnicznych, gdyż pozwala uniknąć sytuacji, gdy ktoś zapomni wyłączyć światło i pozostaje ono uruchomione przez długi czas. Zastosowanie opraw z czujnikami ruchu to inwestycja, która zwraca się na przestrzeni od kilku do kilkudziesięciu miesięcy w zależności od budynku.

Oszczędzanie energii elektrycznej - windy

Jednymi z większych odbiorników energii elektrycznej w obiektach wielorodzinnych są windy, szczególnie te niemodernizowane po roku 1990. Zużywaną przez nie energię elektryczną można podzielić na dwie kategorie – wykorzystywaną w czasie jazdy windy (bezpośrednio związaną z transportem) oraz na potrzeby własne dźwigu (tzw. urządzenia pomocnicze). Pierwsza jest dominująca tylko w urządzeniach, które wykonują powyżej 400 tys. jazd rocznie i stanowi od 40 do 95% całkowitej energii pobieranej przez windy. Przy czym im więcej przejazdów, tym większe zużycie energii przez układ napędowy.
Na poziomie 70–120 tys. jazd rocznie (najczęściej w obiektach mieszkalnych) może to stanowić zaledwie 25% całkowitego zużycia generowanego przez windę. Pozostała część pobierana jest przez urządzenia pomocnicze: 10–30% przez szafę sterową z urządzeniami dodatkowymi, 45–65% na oświetlenie kabiny. Jeżeli brakuje funduszy na wymianę całej windy, to w celu zmniejszenia jej zużycia energii, wystarczy zamienić żarówkę tradycyjną 60 W na ledową o mocy 9 W. W ten sposób można uzyskać ok. 200 zł oszczędności rocznie.
Nowoczesne windy cechują się:

  • lepszymi warunkami bezpieczeństwa przewożonych osób,
  • mniejszym zużyciem energii (dochodzącym do 30% w porównaniu ze starszymi modelami), a nawet odzyskiem energii w czasie jazdy w dół,
  • wysoką niezawodnością,
  • cichszą i bardziej komfortową pracą,
  • mniejszą awaryjnością,
  • niższymi kosztami eksploatacji – konserwacji,
  • dostosowaniem jakości pracy do obecnych standardów.

Średni koszt wymiany windy w 10-piętrowym budynku mieszkalnym waha się od 130 do 190 tys. zł w zależności od jego rodzaju, szybu windy oraz regionu. Jest to znaczący wydatek dla spółdzielni czy wspólnoty mieszkaniowej. W przypadku dźwigów z lat 90. XX wieku lub starszych inwestycja ta pozwala zaoszczędzić zaledwie kilka tysięcy złotych rocznie na energii elektrycznej i typowej konserwacji. Należy jednak zaznaczyć, że w wielu obiektach mieszkalnych windy z lat 70., 80. i 90. zeszłego wieku są w tak złym stanie, że nie ma sensu inwestować w wymianę ich komponentów czy remonty, gdyż w przeciągu kilku lat mogą one pochłonąć znacznie większe kwoty.

Oszczędzanie energii elektrycznej - BMS

We współczesnym budownictwie stosuje się wiele nowoczesnych technologii. Jednym z nich jest system zarządzania budynkiem (BMS – z ang. Building Management System), często nazywany również systemem automatyki budynkowej. Zapotrzebowanie na tego typu rozwiązania wynika z konieczności zwiększenia komfortu użytkowania obiektów oraz oszczędniejszego gospodarowania energią.
Zaspokojenie tych potrzeb stało się możliwe dzięki zastosowaniu nowoczesnej elektroniki oraz technologii informatycznych. Kontrolują i optymalizują one działanie wszystkich urządzeń, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie znacznych oszczędności, zarówno pod względem zużycia energii, jak i serwisowania (zwiększenie żywotności sprzętu).
Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań tego typu o różnym stopniu złożoności. Do najbardziej rozbudowanych i oferujących najszersze możliwości należą:

  • KNX (dawniej EIB – z ang. European Installation BUS),
  • Lon Works (z ang. Local Operating System),
  • LCN (z ang. Local Control Network).

Są to systemy o topologii magistralnej, w których jako magistrala wykorzystywana jest skrętka dwuparowa (np. w KNX oraz Lon Works) lub, jak w przypadku LCN, dodatkowa żyła w przewodzie instalacyjnym. Najbardziej uniwersalny, z powodu swojej kompatybilności z produktami różnych marek, jest system KNX, współtworzony przez wielu europejskich producentów z branży elektrotechnicznej.

Lon Works oraz LCN są największymi na rynku systemami firmowymi, jednak w tym ostatnim można wykorzystywać wiele przycisków przeznaczonych do standardu KNX. Na rynku dostępna jest cała gama małych systemów firmowych.
Do najbardziej popularnych należą m.in. xComfort, Z-Wave (z jego polską odmianą FIBARO), Teletask. Część z nich, np. xComfort albo Z-Wave, wykonano w technologii bezprzewodowej, co w znacznym stopniu ułatwia ich implementację do już istniejących instalacji. Systemy zarządzania budynkiem mogą być realizowane również na bazie sterowników swobodnie programowalnych. W najczęściej spotykanych wykonaniach integrują one systemy sterujące:

  • klimatyzacją,
  • wentylacją,
  • ogrzewaniem,
  • oświetleniem,
  • nagłośnieniem,
  • systemami parkingowymi,
  • systemami bezpieczeństwa.

Należy jednak zaznaczyć, że naczelna zasada działania układów automatyki budynkowej jest dla wszystkich rozwiązań taka sama: elementy instalacji są ze sobą połączone za pomocą magistrali fizycznej albo medium bezprzewodowego, zaś przy użyciu technologii informatycznych instalator konfiguruje instalację, tworząc współpracujące ze sobą grupy urządzeń.

Oszczędzanie energii elektrycznej - lokalne sieci energetyczne

Rozwój technologii związanej z odnawialnymi źródłami energii powoduje, że mamy do czynienia z coraz większą podażą małych lokalnych źródeł energii elektrycznej. Popularnym rozwiązaniem są instalacje fotowoltaiczne, zasilające  m.in. budynki wielorodzinne czy całe osiedla mieszkalne. Duża liczba dostawców energii utrudnia zarządzanie i kontrolę systemu. Dlatego też dobrym wyjściem jest traktowanie źródeł rozproszonych jako współwytwórców energii.

Działalność prosumencka, czyli dla podmiotów, które są zarówno producentami, jak i konsumentami energii elektrycznej, przyczyniła się do powstania lokalnych sieci energetycznych, tzw. Smart Grids, integrujących odnawialne źródła energii z wykorzystaniem technologii IT. Biorąc pod uwagę wymóg Dyrektywy Unii Europejskiej 2009/28/WE, obligujący do osiągnięcia produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł na poziomie 15%, trend ten jest korzystny dla Polski.
Ponadto państwa członkowskie Unii Europejskiej powinny do końca 2020 roku wyposażyć 80% odbiorców końcowych w inteligentne liczniki energii elektrycznej. Obowiązek ten wymusza stosowanie nowych rozwiązań, w wyniku czego powstał termin „smart metering”, definiowany jako wprowadzanie nowoczesnych urządzeń na każdym etapie pracy sieci elektroenergetycznej, w tym wymianę istniejących liczników na cyfrowe z możliwością dwustronnej komunikacji.

Wiele dostępnych obecnie na rynku liczników energii elektrycznej ma interfejsy umożliwiające współpracę z systemami automatyki budynkowej. Układy te pozwalają na inteligentne opomiarowanie zużycia wszelkich mediów przez użytkowników, również zdalnie. Niebagatelną zaletą takiego rozwiązania, szczególnie w nowo budowanych obiektach, jest oczywiście możliwość zwiększenia komfortu ich użytkowników. Otwartość tych systemów pozwala również na rozbudowę ich funkcjonalności o pomiar pozostałych mediów, takich jak gaz, woda czy też energia cieplna.

Kolejną zaletą jest możliwość stworzenia czytelnej prezentacji danych pomiarowych, co jest szczególnie ważne przy prognozowaniu zużycia energii. Systemy wizualizacyjne pozwalają na wielopoziomową kontrolę dostępu do mediów dla użytkowników oraz prezentację zgromadzonych informacji.

Zarządca budynku czy też operator lokalnej sieci energetycznej, wykorzystując taką aplikację, może mieć dostęp do danych sumarycznych dotyczących zużycia energii elektrycznej przez wszystkich odbiorców. Również każdy indywidualny odbiorca może mieć wgląd do archiwalnych zapisów pochodzących z jego liczników, co powinno w oczywisty sposób wpłynąć na kształtowanie świadomości konsumentów energii w zakresie racjonalizacji jej zużycia.

Schemat przepływu informacji w przykładowym systemie wizualizacyjnym
Autor: fachowyelektryk.pl Schemat przepływu informacji w przykładowym systemie wizualizacyjnym

Artykuł ukazał się w publikacji „Obiekty Mieszkalne”
Zobacz e-wydanie

REDAKCJA POLECA
termomodernizacja

Autor: Gettyimages

Artykuł jest częścią akcji specjalnej TERMOMODERNIZACJA, w której przekonujemy, jak ważne jest kompleksowe do niej podejście i jakie są obecnie możliwości finansowania takich przedsięwzięć.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej