Řešitelský tým projektu: Ing. Marek Teichmann, Ph.D., doc. Ing. et. Ing. František Kuda, CSc., Ing. Natálie Szeligová, Ph.D., Ing. Michal Faltejsek, Ph.D., Ing. Stanislav Endel, Ph.D., Ing. Štěpán Chvatík a Ing. Tomáš Krempaský

Autor:
Ing. Marek Teichmann, Ph.D.

Anotace:

Předmětem pomůcky je představení problematiky hospodaření se srážkovou vodou v urbanizovaném území lidských sídel. Pomůcka se v rámci první kapitoly zaměřuje na obecný výskyt vody na Zemi a její vliv a význam pro lidstvo, faunu, flóru, ale také pro stavitelství, architekturu a urbanizované území lidských sídel, přičemž pojednává rovněž o legislativním ukotvení problematiky hospodaření se srážkovými vodami v tuzemské legislativě z pohledu plánování na jednotlivých územních úrovních. Druhá kapitola pak pojednává nejen o samotné problematice hospodaření se srážkovou vodu v urbanizovaném území, přičemž uvádí nejen důvody nutnosti řešení, ale rovněž obecné předpoklady a technická řešení jednotlivých dílčích opatření v podobě modrozelené infrastruktury, a v neposlední řadě se věnuje také současnému stavu a aktuálním trendům a řešením dané problematiky. Součástí pomůcky jsou tři doplňující přílohy, které představují rozšíření vlastní textové části.

Obsah

ÚVOD

Městská vodohospodářská infrastruktura, tedy činnosti spojené s hospodařením s vodou na území obcí a měst, je jedním ze základních technicko – provozních činností zajišťující nejen funkčnost lidských sídel, ale také jejich obyvatelnost, vytváří základní standardy hygienické, sociální, environmentální, či estetické. Městská vodohospodářská infrastruktura tradičně zahrnuje systémy zásobování pitnou vodou a systémy pro odkanalizování urbanizovaného území. V posledních letech se však lze stále častěji setkat s třetí oblastí, kterou tvoří systémy pro hospodaření se srážkovými vodami v rámci zastavěného území sídel. Právě tato třetí oblast je v současnosti často diskutována nejen s vazbou na udržitelný rozvoj vodárenství, s přesahem k udržitelnému životnímu prostředí, ekonomickým nárokům na výrobu, distribuci a likvidaci vody, respektive čištění vody, ale především s přesahem na udržitelnost stále rostoucích lidských sídel [1].

Urbanizované území si lze jen těžko představit bez vody v jakékoliv podobě. Tento fakt je dán zejména skutečností, že voda samotná je nepostradatelnou součástí života lidí, zvířat, i rostlinstva na planetě Zemi. Voda se tak stala historicky součástí lidstva, které ji od pradávna vyhledávalo a užívalo. Díky tomu byly již historicky první osady, či města budovány v blízkosti vodních zdrojů. S postupem času a vývoje historických měst, vývoje evolučního i technologického získávala voda vedle svého hlavního využití, jakožto základní složka života, další a nepostradatelné využití v průmyslu, zemědělství, či dopravě. Tento postupný vývoj tak měl významný vliv na rozvoj vodohospodářských infrastruktur až do podoby, jak je známe dnes. V rámci této pomůcky jsou jednotlivá odvětví vodohospodářských infrastruktur definována, je zde popsána jejich funkčnost a provozní vlastnosti s přesahem do veřejného prostoru sídel a jeho udržitelného rozvoje. Samotné uplatnění principů udržitelného rozvoje zasahuje do nejrůznějších sfér lidského života. Zpravidla je v rámci urbanizovaného území sídel věnována pozornost především problematice bydlení či dopravy, ale také ochraně zdraví, emisním limitům a dalším ekologickým zátěžím. V převážné většině se tedy jedná o oblasti hmatatelné a pro lidstvo snadno viditelné. Právě z těchto důvodů je velmi často opomíjena, či upozaděna, problematika udržitelnosti vodohospodářský infrastruktur, které jsou v převážné většině skryty pod povrchem. Totéž zpravidla platí v případě provádění údržby a obnovy těchto rozsáhlých systémů, přičemž se lze často setkat s omezeným zájmem a havarijní formou správy a údržby těchto staveb. Většina provozovatelů a vlastníků technického vybavení v poslední době zaznamenává navýšení intenzity poruch svého majetku, který je způsoben v převážné většině vyčerpanou teoretickou i fyzickou životností použitého materiálu a následnou nutností tuto situaci adekvátně řešit. Stejně tak je již zřejmé, že potřeba řešení problematiky hospodaření se srážkovými vodami je významnou součástí vodohospodářských infrastruktur a je tak potřeba i tuto oblast řešit. Pro adekvátní zefektivnění provozu a údržby těchto staveb je však potřeba přistupovat cíleně a systematicky, což je dnes relativně snadno dosažitelné s využitím moderních manažerských postupů a inovativních technologií, které si zejména v posledních letech našly své uplatnění ve správě a údržbě stavebních objektů a je tak zcela logické, že tyto postupy lze aplikovat také na problematiku vodohospodářské infrastruktury [1, 2].

Tato pomůcka představuje několik rovin řešení problematiky městských vodohospodářských infrastruktur. Počátky řešení je potřeba hledat v úplném jádru celé problematiky a je zapotřebí jednotlivé systémy náležitě popsat, seznámit se s jejich jednotlivými součástmi a vzájemnými vazbami (proces identifikace). Pakliže je znám systém a jeho technické parametry, je potřeba přejít analýze jeho provozu, tedy hledání možných způsobů pro zvýšení jeho efektivity, definování jasných procesů a postupů správy, údržby a obnovy jednotlivých částí systémů. Samotné procesy zefektivnění však lze vnímat jako manažerské procesy vyžadující maximální využití sofistikovaných nástrojů a přístupů zakládajících se zejména na kvalitních vstupních a provozních datech. Teprve na takovémto základu lze vystavět kýžená zlepšení a optimalizace systémů vodohospodářské infrastruktury. Tyto procesy jsou zcela nezbytné pro zajištění udržitelnosti jednotlivých městských vodárenských systémů a potažmo také lidských sídel, a to včetně zefektivnění z hlediska sociálních, ekonomických i environmentálních aspektů rozvoje [3].

1 VODA – FENOMÉN V ŽIVOTĚ LIDSTVA

1.1 KOLOBĚH VODY

Koloběh vody představuje prakticky nekonečný cyklus pohybu vody na Zemi, který je zajištěn konečným množstvím vody, která je neustále v pohybu a je nerovnoměrně rozložená. Obecně lze říci, že tento hydrologický cyklus znázorněný na Obr. 1. 1. a Obr. 1. 2. představuje grafické znázornění pohybu vody prostředím, přičemž voda při tomto koloběhu může měnit skupenství (pevné, kapalné a plynné).

1.1.1 Koloběh vody na Zemi

Koloběh vody na Zemi, označovaný také jako „velký koloběh vody“ je přirozený cyklus vody na planetě Zemi. Jedná se o nepřetržitý proces, při kterém dochází k odpařování vody z vodních ploch a zemských pevninských ploch do ovzduší. Vlivem tohoto přirozeného výparu dochází ke stavu, kdy je vzdušný prostor plně nasycen a dochází k procesu kondenzace, tedy vysrážení vzdušné vlhkosti, která se mění na drobné kapky vody. Tyto kapky pak v podobě srážek padají na zemský povrch (déšť, sníh, kroupy, rosa, mlha). Tyto srážky pak padají zpátky na Zemi, přičemž při dopadu do vodních ploch se stávají součástí těchto vodních ploch. V případě dopadu na pevninu pak dochází k jejich částečnému vsaku do podloží a dále k povrchovému odtoku. Hydrologický cyklus je dokončen opětovným odparem těchto vod ze zemského povrchu.

Obr. 1. 1. Koloběh vody na Zemi – „Velký oběh vody“ [4]

Tento koloběh je pro život na Zemi zásadní. V případě, že by po dopadu vody na Zem nedocházelo k jejímu následnému odparu, převážná část vody by se pravděpodobně naakumulovala v mořích a pevninské části by tak zůstaly zcela bez vody. Koloběh vody je tedy potřeba chápat jako zásadní způsob dodávky vody na Zemi, přičemž se prostřednictvím srážek kumuluje voda ve vodních plochách, či vodních tocích, srážky doplňují hladiny podzemních vod a také dodávají potřebnou vodu a závlahu fauně a flóře. Tento koloběh vody lze sledovat na Obr. 1. 1.

Přesto, že oběh vody na Zemi je nepostradatelný, přináší s sebou také mnoho problémů. Mezi ty základní patří dva přírodní extrémy – sucho a přívalové srážky (často doprovázené bleskovými povodněmi či záplavami), přičemž tyto problémy způsobuje nerovnoměrné rozložení vody na Zemi. Mezi další problémy pak patří zejména znečištění – kontaminace půdy, jejíž negativní účinky jsou vlivem koloběhu vody umocněny, dochází tak ke kontaminaci vody a tyto znečištěné vody jsou vlivem vodního cyklu dále unášeny až do moří a oceánů.

1.1.2 Koloběh vody v urbanizovaném území

Koloběh vody v urbanizovaném území, označovaný jako tzv. „malý koloběh vody“ je člověkem vytvořený, tedy umělý, cyklus zajišťující řízené vedení vody v urbanizovaném území měst a obcí. Tento koloběh zahrnuje především objekty vodohospodářské infrastruktury, které zajišťují funkčnost celého cyklu. V rámci tohoto koloběhu, jehož grafické znázornění je vyobrazeno na Obr. 1. 2., lze shledat jednotlivé procesy v několika krocích. Na počátku procesu je jímání vody z přírodních zdrojů, odtud je voda dopravena do urbanizovaného území k jejímu upotřebení. Po použití vody v sídlech je voda odvedena stokovou sítí k jejímu vyčištění a následně odvedena zpět do přírodních vodních toků. Tento cyklus lze dále rozšířit o odvádění srážkových vod z urbanizovaného území. Tyto srážkové vody jsou pak stejně tak jako použité vody odpadní odvedeny do recipientu.

Obr. 1. 2. Koloběh vody v území – „Malý oběh vody“ [5]

1.2 VODA V URBANIZOVANÉM ÚZEMÍ

Voda tvoří neodmyslitelnou součást každého urbanizovaného území, ve kterém zastává nejen mnoho podob, ale také mnoho funkcí. Bez vody by obce a města byly zcela neobyvatelné. Tento fakt je znám již z historického hlediska sahajícího až do dob před naším letopočtem, kdy již tehdejší města disponovala rozvinutou vodárenskou infrastrukturou, která zahrnovala nejen systémy pro zásobování vodou, například v podobě akvaduktů, ale i systémy pro odvádění odpadních vod mimo zastavěné území. V dnešní době, kdy je vody stále častěji nedostatek, je potřeba s touto komoditou šetřit a podporovat udržitelný rozvoj vodárenských infrastruktur.

1.2.1 Voda a člověk

Voda představuje nepostradatelnou složku lidského života, na které jsou lidské životy přímo závislé. Přísun vody je pro organismus člověka nutný, obvykle člověk vydrží bez vody maximálně 7 až 10 dní, poté dochází k silným zdravotním komplikacím, jejichž poslední fází je smrt. I přesto, že člověk by měl denně vypít 2 až 3 litry tekutin, ne vždy je toto množství splnitelné a to zejména z důvodů nerovnoměrného rozložení vody na Zemi. Na světě tak existují oblasti, kde je vody nedostatek a lidé si v takovýchto lokalitách musí vystačit s výrazně omezenějším množstvím vody. Přístup k vodě však vždy nemusí znamenat uspokojení těchto požadavků, a to zejména z důvodů kvality vody, která má na zdraví významný vliv [6].

Podle WHO nemá v dnešní době až 17 % obyvatel Země přístup k pitné vodě, což je způsobeno buďto zcela chybějící vodohospodářskou infrastrukturou anebo pouze základním technickým vybavením. Cca 35 % světové populace má přístup k vodě, která však neodpovídá minimálním hygienickým požadavkům a každoročně tak až 3,5 milionů lidí zemře na onemocnění způsobená závadnou vodou. Z těchto 3,5 mil. pak tvoří drtivou většinu děti mladší 5 let. V roce 2011 téměř 90 % všech zemřelých na nedostatek či závadnost vody tvořily děti mladší 10 let. V České republice je přístup k vodě považován za samozřejmost, avšak celosvětově tomu tak není. K roku 2019 mělo cca 58 % obyvatelstva Země přístup k vodě, která je přivedena vodovodním potrubím až do jejich domu. Napříč světem se liší také množství spotřebované vody na osobu na den. Zatímco v ČR se spotřeba na jednoho obyvatele na den pohybuje okolo 120 litrů vody, v některých rozvojových státech (zejména Afrika a Jižní Amerika) je spotřeba na obyvatele i kolem 10 litrů vody. Naopak například v USA (cca 300 l/os./den) anebo Novém Zélandu (cca 250 l/os./den). Problematika vody v obecném pojetí je dnes celosvětově preferovaným tématem, ne-li fenoménem, a jinak tomu není ani v oblasti vodohospodářské infrastruktury, která zajišťuje koloběh vody v rámci urbanizovaného území. Pitné vody je na Zemi stále častěji nedostatek a je tak potřeba s vodou zacházet šetrněji, než tomu bylo doposud [7].

1.2.2 Voda a město

Voda a město k sobě jednoznačně patří, tento fakt je dán již historicky, kdy se lidská sídla budovala v blízkosti řek. Právě vodní toky měly pro historická města významnou funkci, města se k vodním tokům stavěla zády a recipienty plnily funkci hlavního přísunu vody pro fungování města, funkci pro likvidaci odpadů a zároveň funkci obrannou. Postupem času se role vodních toků měnila a s postupným růstem měst se voda stala jedním z hlavních městotvorných prvků tak, jak je tomu dnes, viz Obr. 1. 3. Obecně je jasné, že voda je pro život obyvatel podstatnou složkou, bez které není možno žít, stejně je tomu i u měst, která díky přístupu k dostatečné kvantitě a kvalitě vody mohla od jejich vzniku až do současnosti růst a udržovat si svůj hygienický standard.

Obr. 1. 3. Půdorysné uspořádání historického jádra ovlivněné vodním prvkem (řeka Vltava, Český Krumlov) [8]

Ačkoliv města bez přístupu k vodě byla již historicky neudržitelná, přináší voda také negativní účinky, které jsou nyní navíc umocněny stupněm urbanizace. Růst měst s vazbou na vodní toky s sebou přinášel také mnoho vedlejších účinků, mezi které lze řadit nejen přírodní katastrofy, jako povodně či záplavy, ale také problémy hygienické či zdravotní. Právě tyto problémy sužovala historická města, ve kterých plnil vodní tok roli stokové sítě, která odváděla veškeré odpady mimo zastavěné území. V této souvislosti je potřeba si uvědomit, že velké světové řeky byly v období středověku enormně znečištěné (řeka Temže v Londýně byla označována za „světovou stoku“) a ohrožovaly tak další sídla po směru toku vody [9, 10].

V dnešní době se postoj k vodě změnil, voda je brána jako významný městotvorný prvek, který je využíván k rekreaci a relaxaci, zkvalitňuje klima města (reguluje tzv. tepelné ostrovy, zvyšuje vzdušnou vlhkost), často tvoří dominantu, plní estetickou funkci a napomáhá vytvářet image města. I přesto se však v dnešní době stále můžeme setkat s negativními dopady působení vody, nejčastěji to jsou extrémní situace jako povodně a záplavy. Vyspělá města však již často dosáhla vysoké úrovně ochrany před přívalovou vodou či záplavami a jsou schopna těmto negativním vlivům čelit. Tato skutečnost je však výsledkem mnoha procesů a kombinací nápravných a podpůrných opatření, zejména s vazbou na vodárenskou infrastrukturu a vodní díla. I přes tuto skutečnost však situace není zcela uspokojivá a v tuzemských podmínkách města v mnoha ohledech zaostávají za vyspělými moderními městy v zahraničí. Mnoho zejména větších municipalit začalo revitalizovat vodní toky či plochy, které jimi procházejí, avšak tento proces je zdlouhavý a silně závislý na možnostech prostorových, finančních, politických a dalších možnostech daného urbanizovaného území.

Dnešní sídla, která byla historicky vystavěna v blízkosti vodních toků, již díky stupni urbanizace tyto vodní prvky pohltila a voda se tak stala součástí urbanistické koncepce měst. Tato skutečnost je znázorněná na Obr. 1. 3., kde na ortofotomapě historického jádra města Český Krumlov, kde lze sledovat jak město, respektive jednotlivé prvky (ulice, řady domy, náměstí apod.), kopírující topografické podmínky, jež jsou dány liniemi vodního toku, v tomto případě řeky Vltavy. S postupným nárůstem obyvatel a zvyšujícím se stupněm urbanizace byl vodní tok městem úplně pohlcen, městská zástavba se začala rozrůstat po obou stranách vodního toku a ten se tak stal plnohodnotnou součástí zastavěného území. Města a obce, jimiž vodní toky procházejí, však tyto toky významně ovlivňují a postupem času často mění i jejich podobu, zejména jejich trasy. Samotná podoba vodních prvků v zastavěném území však byla pozměněna také díky úpravě břehů a to zejména z důvodu postupného zastavění přímého okolí těchto vodních prvků. Břehy tak byly v minulosti zpevňovány, byl upravován jejich podélný profil, přičemž se lze často setkat s pevnými koryty či hrázemi, které plní ochrannou funkci v případech zvýšení hladiny, viz Obr. 1. 4.

Obr. 1. 4. Přírodě blízké a povodňově kapacitní řešení potoka. (potok Blanice, Vlašim, 2018) – Archív autora

Z těchto důvodů je více než jasné, že práce s vodními prvky v urbanizovaném území obcí a měst je zcela odlišná od úpravy a hospodaření s vodou v krajině. Zásadním rozdílem je v tomto případě charakter prostoru, ve kterém se při plánování a realizaci úprav vodních prvků pracuje. Obecně pak lze říci, že v rámci urbanizovaného území se veškeré realizace odvíjejí od prostoru omezeného přilehlou zástavbou a dále pak vymezenými vlastnickými právy. Realizace opatření ve volné krajině je pak výrazně jednodušší a omezení jsou prakticky dána pouze krajinným rázem a případnými souvisejícími vlivy.

1.2.3 Vodní toky v urbanizovaném území

V urbanizovaném území obcí a měst se lze nejčastěji setkat s vodními toky (řeky, potoky, slepá ramena, vodní kanály apod.), které často tvoří významný urbanistický prvek daného území. Tato významnost je dána především v závislosti na velikosti vodního toku, která se odvíjí od základních parametrů, jako je množství vody, velikost průtoku, šířka koryta, apod. Významnými parametry je pak také případná regulace, tedy úpravy břehů a koryta, zatrubnění, či umístění recipientu vzhledem k území (vodní tok prochází středem urbanizovaného území, okrajem území, volným prostorem, apod.). Obecně se však v prostoru obcí a měst lze setkat s různými postoji k vodnímu toku, přičemž nejčastěji je vodní tok situován vůči území tak, aby byl přístupný z veřejných ploch, čímž je zajištěno provádění údržby břehů a koryt, ale zároveň je vodní tok zpřístupněn veřejnosti a může tak plnit funkci rekreační či relaxační. V praxi se často okolí vodních toků pojato formou parkové úpravy, v níž voda tvoří estetický a relaxační prvek tohoto prostoru, jehož součástí je nezbytný doplňující mobiliář. V současné době se lze velmi často setkat s revitalizacemi, jejichž hlavním úkolem je v blízkosti recipientu vybudovat protipovodňová opatření (zemní valy, stěny apod.), se kterými rovněž souvisí úpravy a čištění břehů i koryt.

Velikost vodního toku má významný vliv na jeho následující funkční využití. Na Obr. 1. 4. lze sledovat menší vodní tok (potok Blatnice ve Vlašimi), který má relativně malý průtok. Tento průtok se však může několikanásobně navýšit v případě přívalových dešťů, což je následně redukováno pomocí zpevněných břehů viditelných na obrázku. Opačný případ je pak znázorněn na Obr. 1. 5. (řeka Visla v Gdaňsku), kde vodní tok tvoří významnou dominantu a městotvorný prvek využívaný k lodním plavbám, rekreaci a relaxaci.

Obr. 1. 5. Začlenění vodního toku do funkčních a rekreačních ploch města (řeka Visla, Gdaňsk, Polsko, 2019) – Archív autora

Současné přístupy k revitalizaci vodních toků se často soustředí na budování přírodě blízkých opatření břehů a koryt vodních toků. Lze se setkat s realizacemi, kde je navyšován retenční prostor, který dokáže spolehlivěji akumulovat přívalové srážky a ochránit tak blízká zastavěná území proti negativním důsledkům vydatných dešťů. V případě takovýchto realizací se jedná o úzkou vazbu či přímé propojení na parkové úpravy související se zpřístupněním vodního toku lidem za účelem rekreace, relaxace, případně dalším činnostem. Nové přístupy mají také často neopominutelnou vazbu na objekty technické infrastruktury, zejména dešťovou kanalizaci, případně objekty pro hospodaření se srážkovými vodami, přičemž je však dbáno zejména na zvýšené estetické požadavky vodního toku a jeho okolí.

1.2.4 Vodní plochy v urbanizovaném území

Vodní plochy v urbanizovaném území (nádrže, rybníky, tůně, jezera, přehrady apod.) mohou stejně tak jako vodní toky tvořit významné městotvorné prvky. Obecně lze vodní plochy členit dle jejich velikosti, způsobu plnění (průtočné, bezodtokové) či způsobu využití (rekreační, požární nádrže, retenční nádrže, chovné rybníky apod.). Vodní plochy jsou z hlediska urbanistické kompozice zpravidla komplikovanější, avšak jejich následné využití může v případě revitalizace být mnohem širší. V případě revitalizací se tak lze velmi často setkat s pracemi, jejichž cílem je zpřístupnění dané vodní plochy veřejnosti, přičemž tento kontakt může být i aktivní (plavební účely, koupání apod.). Ve většině případů je však cíleno především na doprovodnou parkovou úpravu, která vodní plochu vhodně doplňuje a rozšiřuje.

Obr. 1. 6. Začlenění vodní plochy do funkčních a rekreačních ploch města (Podměstský rybník, Čáslav) – Archív autora

Na Obr. 1. 6. je vyobrazena dominantní vodní plocha situovaná prakticky uprostřed města (Podměstský rybník v Čáslavi), kde je její umístění dáno historicky. Vodní plochy jsou na rozdíl od potoků a řek klidné a jejich spojení s okolím často vytváří doprovodné zrcadlení obzoru, viz Obr. 1. 6., nebo Obr. 1. 5.

1.3 HOSPODAŘENÍ SE SRÁŽKOVOU VODOU Z POHLEDU MANAGEMENTU A LEGISLATIVY

Klimatické změny na Zemi již byly mnohokrát potvrzeny a prokázány. Příčinou této změny jsou mj. i lidská sídla, charakteristická velkou mírou zpevněných povrchů, které nepodporují přirozený cyklus vody a tím mění mikroklimatické podmínky území. Srážková voda, která dopadne na zpevněnou plochu, je co nejrychleji odvedena do veřejné stokové sítě a následně pryč z urbanizovaného území. Z tohoto důvodu je výrazně ovlivněn přirozený vsak srážkových vod do podzemních vrstev či jejich výpar. Kombinace vlivu klimatické změny a stupně urbanizace však ve větších městech či obcích již vygradovala natolik, že stále častěji čelíme obdobím sucha, nebo naopak bleskovým povodním. Tento fakt je způsoben absencí efektivního strategického plánu, jak jednotlivé dílčí kroky zaměřené na hospodaření se srážkovou vodou efektivně využít a provázat tak, aby vzájemně tvořily jednotný a snadno udržitelný celek. Současné územně plánovací podklady a dokumentace jednotlivých samospráv tuto oblast aktuálně zpravidla neřeší anebo se jí zabývají pouze okrajově. Většina samospráv však tento fakt vnímají a zpracování této problematiky vítají.

1.3.1 Rozhodování v rámci regionálního rozvoje

Proces rozhodování v rámci regionálního rozvoje je velmi komplikovaný problém, do kterého teoreticky zasahují všichni aktéři daného regionu (obce, města, kraje, atd.).

Obr. 1. 7. Hlavní aktéři regionálního rozvoje a jejich vzájemné (ne)fungování – Vlastní zpracování

Těmito aktéry pak mohou být nejčastěji obyvatelé, firmy působící v daném regionu, veřejná správa (město, stát atd.) a v některých případech také zainteresované neziskové instituce, přičemž každý z těchto aktérů zastává svůj názor pro způsob rozvoje daného regionu. Velmi často však dochází ke stavu, že každý aktér zastává odlišný pohled na jednotlivé aspekty rozvoje regionu, odlišné priority i potřeby. Všichni tito aktéři však společně sdílejí daný region a je tedy více než žádoucí, aby se dohodli či shodli na jednotném rozvoji daného regionu. Tyto shody však bývají velmi komplikované, což lze přeneseně sledovat na Obr. 1. 7., kde jsou jednotliví aktéři nahrazeni ozubenými koly, která pro úspěšné řešení musí vzájemně fungovat. Z obrázku je však patrné, že to takto nelze (s ozubenými koly nelze pohnout). V praxi to pak funguje velice podobně. Tento stav se lze vyřešit pouze vystoupením z této roviny, čímž lze dosáhnout ústupkem z deklarovaných požadavků. Z výše popsaných důvodů se těmito rozhodovacími procesy zabývá tzv. regionální politika.

1.3.2 Regionální politika

Regionální politika se zabývá bilancováním, koordinací a řízením postojů a vztahů napříč regionálními rozdíly a mechanismy, které ovlivňují regionální rozvoj. Zahrnuje regionální hospodářskou politiku, regionální sociální politiku, regionální politiku životního prostředí, regionální politickou politiku, regionální kulturní politiku atd. Celkově si regionální politika klade za cíl zlepšit ekonomické, environmentální a sociální podmínky v rámci regionu (město, okres, kraj atd.) a zároveň vyrovnávat výkon jednotlivých oblastí napříč jednotlivými regiony, respektive snižovat rozdíly mezi tempem růstu těchto regionů.

Existuje mnoho různých definic regionální politiky. Podle tuzemských autorů [11, 12, 13] lze regionální politiku vymezit jako soubor nástrojů, cílů a opatření, jejichž cílem je snížit rozdílnost mezi jednotlivými regiony, zejména v oblastech sociálních, ekonomických a environmentálních. V podobném duchu regionální politiku definují i zahraniční autoři [14, 15], kteří ji ve svých dílech popisují jako nástroj veřejné invence vedoucí ke zkvalitnění socioekonomických podmínek tak, aby tyto podmínky byly v rámci sousedních regionů srovnatelné. Někteří autoři [16] hovoří také o „prostorové nápravě“ tržní ekonomiky regionů s cílem zkvalitnění ekonomického růstu a zlepšení sociálního rozdělení ekonomických efektů. Z ekonomicko-urbanistického pojetí je pak velmi významné tvrzení, že regionální politiky tvoří součást státní politiky, která koordinuje rozvoj území nejen v rámci státu, ale přesahuje i do politiky mezinárodní [17]. Celkově lze regionální politiku rozdělit do několika kroků:

• stanovení regionálních problémů (jejich důvody a popis);
• stanovení cílů zmírňujících regionální problémy;
• identifikace nástrojů pro dosažení cílů;
• vytvoření strategie pro dosažení cílů;
• aplikace strategických postupů;
• vyhodnocení použité strategie a její případná optimalizace.

Podobný pohled na regionální politiku zastává i legislativa České Republiky, kde je tato problematika zakotvena v zákoně č. 248/2000 Sb., o podpoře regionálního rozvoje, v aktuálním znění. Tento zákon stanovuje podmínky pro poskytování podpory regionálnímu rozvoji s cílem vyváženého rozvoje státu nebo územního obvodu kraje, s tím související působnost správních úřadů, krajů a obcí a vytváří podmínky pro koordinaci a realizaci hospodářské a sociální soudržnosti [18].

1.3.3 Regionální rozvoj a formy plánování

Regionálního rozvoj i plánování z pohledu rozvoje jsou pojmy široce diskutované v zahraniční i tuzemské literatuře. Obecně však lze říci, že se plánování v tomto pojetí zabývá návrhem a umístěním infrastruktury a dalších prvků v rámci regionů. Tyto regiony, respektive zóny regionálního plánování, mohou zahrnovat oblast o velikosti obce, města, okresu, kraje státu či nebo dokonce částí různých států. Z tohoto pohledu lze plánování rozdělit do jednotlivých úrovní, tak jak je znázorněno na Obr. 1. 8.

Obr. 1. 8. Vztah mezi politikou a plánováním na různých úrovních – Vlastní zpracování

Mnoho zahraničních autorů [14, 19, 20], zejména mimo EU, ve svých publikacích uvádí, že rozdíly mezi regionálním plánováním a územním plánováním prakticky neexistují a oba tyto pojmy staví na stejnou úroveň. Jedinou odlišnost lze shledat ve velikosti území – rozsahu, kterou daný plán pokrývá. Z obecného pohledu lze hlavní cíle regionálního (respektive i městského) plánování shledat v těchto bodech [21]:

• maximalizovat účinnost využívání půdy;
• vytvořit integrovaný přístup k udržitelnému rozvoji;
• zajistit propojení z hlediska infrastruktury a služeb;
• podporovat rozvoj integrované státní i městské politiky;
• efektivní využívání zdrojů;
• harmonizace urbanizace a urbanismu;
• vyvážená hustota zalidnění (minimálně 300 osob na hektar).

V rámci České republiky lze však mezi pojmy regionální plánování a územní plánováni shledat zásadnější rozdíly. Základní legislativní rámec v této problematice upravuje zákon 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (Stavební zákon) v aktuálním znění [22], který zároveň stanovuje tzv. nástroje územního plánování. Mimo oblast zájmu (rozsah) daného plánu má zásadní význam také obsah příslušného plánu, zejména pak detailní zpracování, které je přímo úměrné rozsahu daného plánu. Velmi zjednodušeně řečeno lze z tohoto pojetí regionální plán chápat jako formu plánování na státní, krajské, případně mezinárodní úrovni. Oproti tomu územní plán lze popsat jako formu plánování v měřítku obcí či měst. Lze tedy říci, že regionální plánování je na rozdíl od územního plánování doménou vlády, územní plán pak doménou veřejné (městské) správy.

V praxi je tato problematika mnohem složitější a mezi regionálním a územním rozvojem jsou jednoznačně definované vztahy, přičemž musí vždy nižší forma plánování respektovat cíle a plány formy vyšší, a to tak jak je znázorněno na Obr. 1. 9. Celostátním dokumentem pro koordinaci územního rozvoje v rámci republiky je Politika územního rozvoje, která je pořizována Ministerstvem pro místní rozvoj, přičemž reflektuje stavební zákon. Na tuto úroveň navazují v krajské úrovni Zásady územního rozvoje jednotlivých krajů ČR a nejnižší úroveň pak tvoří územně plánovací dokumentace na úrovni obcí a měst. Lze tedy říci, že v rámci politiky územního rozvoje ČR jsou definovány hlavní milníky, které jsou závazné v rámci celé republiky. Od těchto milníků se pak odvíjejí další formy plánování, tedy ty na krajské či obecní úrovni. Tyto formy plánování respektují pravidla vyšší formy plánování a zpravidla je dále vhodně doplňují, rozšiřují a zpřesňují, tak aby tyto plány byly vhodné pro dané zájmové území a to při dodržení třech základních pilířů rozvoje, tedy s cílem naplnění pilířů sociálních, environmentálních i ekonomických.

Obr. 1. 9. Úrovně plánování v tuzemských podmínkách – Vlastní zpracování

Rozvoj a plánování v regionálním i územním měřítku má v tuzemských podmínkách jednotný hlavní cíl a to efektivní a udržitelné využívání půdy a přírodních zdrojů ve venkovském, městském i regionálním měřítku. To znamená, že významnou úlohu tvoří řízená urbanizace. V případech, kdy by pod kontrolou urbanizace nebyla, může stát na všech úrovních (městských i krajských) skončit vytvářením mnoha konfliktů napříč jednotlivými segmenty státu, což by vedlo k vytvoření břemene, které by pro stát mohlo být ekonomicky, environmentálně, ale i sociálně neúnosné. Účelem plánování na všech úrovních je takovýmto situacím zabránit.

1.3.4 Vliv rozvoje vodohospodářství a stavebnictví na rozvoj území

K územnímu rozvoji výrazně přispívá rozvoj vodohospodářské infrastruktury a stavebnictví, které zároveň velmi pozitivně ovlivňuje ekonomický a sociální rozvoj společnosti, a to zejména proto, že produkuje stavebně technologická díla s dlouhodobou životností a vytváří tak zároveň podmínky i pro rozvoj dalších sektorů. Rozvoj těchto staveb historicky umožnil územní expanzi obcí a měst. V dnešní době je tato expanze o to více umocněna nástupem digitalizace a využívání informačních technologií, které jsou již nepostradatelnou součástí pro rozvoj. Digitalizace stavebnictví zahrnuje nejen proces výstavby včetně investorské a projektové přípravy, ale i vazbu na národní infrastrukturu pro prostorové informace, katastr nemovitostí, elektronizaci povolovacích procesů apod. Proces navrhování a výstavby také úzce souvisí s daty o lokalitě, ve které bude daný záměr realizován. Propojení geografických dat a informačního modelování pak umožňují vytváření kontextového modelu, a tudíž lepší pochopení daného záměru v příslušném kontextu s územím. Makroekonomický vývoj a požadavky na udržitelnost a odolnost území vyžadují dokonalé sdílení dat, které umožňuje dosáhnout snížení negativních společenských, hospodářských a environmentálních dopadů. S přihlédnutím ke globálním výzvám a trendům lze jednoznačně a prokazatelně klást důraz na vyšší elektivnost v přístupu k plánování rozvoje území [19].

Koncepce digitální ekonomiky zahrnuje dílčí aspekty, které přináší technologický vývoj a postupující digitalizaci. Nutno vzít v úvahu vazby mezi výrobními průmyslovými systémy, dopravními sítěmi, energetikou atd. a systémy sociálními. Dynamická integrace, která mění celé hodnotové řetězce díky masivnímu a globálnímu nástupu nových technologií a komplexní databáze informací, umožňují dosáhnout vyšší efektivity nejen pro investora, ale také odstranit nízkou efektivitu veřejných financí, popř. odstranění finančního rizika. Význam má také optimalizace plánovacího procesu v daném území prostřednictvím kombinace různých typů dat při navrhování i realizaci záměrů v území a následně efektivnější fungování infrastrukturních prvků i celého systému.

2 HOSPODAŘENÍ SE SRÁŽKOVOU VODOU V ÚZEMÍ MĚST A OBCÍ

Problematika hospodaření se srážkovými vodami (HSV) v rámci urbanizovaného území obcí a měst je jednou ze tří oblastí městské vodohospodářské infrastruktury a logicky tak navazuje na systémy distribuce pitné vody a systémy stokování a následného čištění odpadních vod. Právě stokování je oblastí, mezi které problematika srážkových vod dlouhodobě patřila, avšak vzhledem k situaci, která nastala zejména v posledních letech, se stále častěji jeví potřeba řešit oblast hospodaření se srážkovými vodami samostatně. Hlavní důvody pro adekvátní řešení této oblasti lze shledat zejména s vazbou na množství pitné vody, které je např. v rámci ČR zejména v letních měsících mnohdy nedostatek. Pomocí efektivních způsobů hospodaření se srážkovými vodami lze snížit odběr pitné vody z distribuční sítě a to zejména prostřednictvím využití srážkové vody pro hygienicky méně náročné účely (splachování toalet, zavlažování, apod.). Srážková voda má však pro urbanizované území mnoho dalších významů, jednak může zlepšovat klimatické poměry v sídlech, zvyšovat hladinu podzemních vod a současně může tvořit různorodé urbanisticko-architektonické prvky měst, tzv. městotvorné prvky [23].

V dnešní době je již srážková voda vnímána jinak, než tomu bylo v minulosti. Tento fakt je dán zejména historickým vývojem lidských sídel, kdy se města zpravidla situovala v blízkosti vodních toků, které zajišťovaly nejen přístup k vodě, ale také „přírodní kanalizaci“. Postupem času se s rozvojem měst rozrůstala i zastavěná plocha těchto měst a v rámci urbanizace docházelo k napřímení vodních toků, které těmito městy procházely. Tyto činnosti měly ve své době zcela logické opodstatnění zejména z důvodu bezpečnosti, kdy v případě vydatných dešťů byly sníženy hrozby rozsáhlých povodní či záplav. Postupnou urbanizací lidstvo dosáhlo schopnosti rychle odvádět veškeré „nežádoucí“ vody ze svého území. Vody skrze město díky napřímené trasy recipientu jen rychle protekly, a navíc byly obohaceny o veškeré nežádoucí odpadní vody, tedy nejen splašky, ale i vody srážkové. Tento vývoj byl dále o to více umocněn stupněm urbanizace, tedy intenzitou zastavění propustných ploch, které rapidně zvýšily povrchový odtok srážkových vod [24].

Obecně řečeno je hospodaření se srážkovými vodami v rámci urbanizovaného území proces, jehož cílem je zachování přirozených podmínek odtoku srážkových vod z území. Přeneseně lze říci, že hlavním úkolem hospodaření se srážkovými vodami je pomocí efektivních způsobů a technických řešení snížit nadměrný (neřízený) odtok srážkových vod z urbanizovaného území s cílem tyto vody v daném území zadržet a dále je buďto následně využívat anebo zasakovat do podloží a zvyšovat tak stále klesající hladinu podzemních vod.

2.1 SOUČASNÝ STAV HOSPODAŘENÍ SE SRÁŽKOVÝMI VODAMI

Vzhledem k celosvětové změně klimatu, která nejen v ČR vyvolává výskyt extrémních meteorologických jevů, současná urbanizovaná území čelí boji se suchem na straně jedné a s enormním množstvím přívalových srážkových vod na straně druhé. Tyto extrémní klimatické situace s sebou přinášejí nedostatek vody, sucho, vlny horka a bleskové povodně, přičemž všechny tyto faktory mají významný vliv nejen na kvalitu života obyvatelstva, ale také na funkčnost infrastruktury, přírodní ekosystémy apod. Tento stav se nejcitlivěji projevuje zejména v urbanizovaném území, kde je navíc umocněn stále se zvyšujícím stupněm urbanizace. Nejpalčivěji zde pak působí zejména kumulace přívalových srážkových vod, které vznikají v důsledku nedostatečné přirozené infiltrace těchto vod do podloží. Urbanizované prostředí sídel je oproti přirozené krajině tvořeno zpravidla enormním množstvím nepropustných ploch, které se vlivem urbanizace, často zcela neřízeně, zvyšují a způsobují tak přehlcení stokového systému, čistíren odpadních vod, rozvodnění menších vodotečí a vznik následných stále častějších bleskových povodní. Z těchto důvodů je zapotřebí zefektivnit stav hospodaření se srážkovými vodami v urbanizovaném území, což se v posledních letech ukazuje jako nevyhnutelné z důvodů měnícího se klimatického prostředí a s tím souvisejících následků sucha. Přestože jsou dnes lidstvu známy některé základní způsoby hospodaření s vodou, stále je absentováno jejich logické využití v praxi tak, aby působily komplexně a s vazbou na své okolí.

2.1.1 Praktické důvody řešení hospodaření se srážkovými vodami

Stav opatření pro nakládání se srážkovými vodami v urbanizovaném území v současné době dospěl do situace, která se již stává neúnosná a rychle se zhoršuje. Tato skutečnost je důsledkem dvou hlavních příčin, a sice změnou klimatu a především pak stupněm urbanizace.

Obr. 2. 1. Následky přívalových srážek v urbanizovaném území (autobusová točna, Petrovice  u Karviné, 2020) – Archív autora

Problematika změny klimatu významně ovlivňuje výskyt srážek a analogicky poté množství srážkových vod vyskytující se v rámci urbanizovaného území. Obecně však lze říci, že množství srážek je stále stejné (na tento fakt má vliv zejména omezené množství vody na Zemi, viz Kap. 1. 1.), mění se však jejich rozložení v čase a právě toto rozložení má vliv na enormní meteorologické extrémy, tedy přívalové deště, které v rámci urbanizovaného území způsobují často rozsáhlé komplikace (viz Obr. 2. 1.) a dále období sucha, jež mají za následek rapidní pokles hladiny spodních vod, snížení průtoků vody ve vodních tocích a logicky pak také nedostatek vody v rámci zdrojů pitné vody. Tyto meteorologické extrémy jsou způsobeny zejména oteplováním Země, přičemž vyšší teploty v zimním období mají vliv na snižování množství sněhových srážek a zároveň zvyšují územní výpar. Naopak v letním období vysoké teploty způsobují nadměrný výpar a tím snížení územního odtoku a pokles vodní hladiny řek i vodních ploch. Výsledkem těchto extrémních jevů je pak vzrůstající riziko bleskových povodní či záplav a období sucha [25].

Druhým, v rámci obcí a měst velmi významným faktorem, je stupeň urbanizace daného území. Stupeň urbanizace je nejčastěji vyjadřován procentem zastavění, respektive procentuálním poměrem nepropustných ploch k plochám propustným v daném urbanizovaném území. Lidská sídla jsou charakteristická velkou mírou zpevněných ploch (např. komunikace, střechy, apod.) nepodporujících přirozený cyklus vody, což výrazně ovlivňuje mikroklimatické podmínky daného území. Srážková voda, která dopadne na zpevněnou plochu, je co nejrychleji svedena do veřejné stokové sítě a následně odvedena pryč z urbanizovaného území. Z tohoto důvodu je výrazně ovlivněn přirozený vsak srážkových vod do podzemních vrstev či jejich výpar. V současnosti se stupeň urbanizace pohybuje na vysoké úrovni a dnešní města tak běžně dosahují 70 % i více ploch, které jsou pro vodu nepropustné (viz Obr. 2. 2.). Tento fakt významně ovlivňuje možnost přirozené infiltrace srážkových vod do podloží a jejich výpar, přičemž se pak až několikanásobně zvyšuje povrchový odtok těchto vod.

Obr. 2. 2. Rozdělení odtoku v závislosti na stupni urbanizace – Vlastní zpracování

2.1.2 Současné přístupy k řešení srážkových vod v ČR a ve světě

V dnešní době je lidstvu známo značné množství dílčích technických řešení, opatření či zařízení, která mají za úkol zadržet vodu v urbanizovaném území, a stejně tak existuje i celá řada výzkumů a postupů zabývajících se regulací odtokových poměrů či zadržením vody v krajině. Kombinace vlivu klimatické změny a stupně urbanizace však ve větších městech či obcích již vygradovala natolik, že stále častěji čelíme obdobím sucha nebo naopak bleskovým povodním. Tento fakt je způsoben absencí efektivního strategického plánu, jak jednotlivé dílčí kroky zaměřené na hospodaření se srážkovou vodou efektivně využít a provázat je tak, aby vzájemně tvořily jednotný a snadno udržitelný celek v rámci celého urbanizovaného území.

V tuzemském prostředí je problematika srážkových vod a jejich odtoku zejména v posledním desetiletí vnímaná, přičemž pro ni dokonce byly přijaty všeobecně využívané termíny „hospodaření s dešťovými vodami“, často zkracovaný do podoby „HDV“. Obecně lze však tento termín označit za ne zcela správný, a to z důvodu, že se zaměřuje pouze na vody dešťové a ostatní skupenství srážek (sníh, či kroupy) tak opomíjí. Současné územně plánovací podklady a dokumentace jednotlivých samospráv tuto oblast mnohdy neřeší, nicméně některé samosprávy tento fakt vnímají a zpracování této problematiky vítají. Některá města (Olomouc či Hradec Králové), případně povodí (Odry, Moravy, či Dyje) v současné době disponují již zpracovanými studiemi odtokových poměrů, ty však situaci řeší jen v obecné rovině (bez vazeb a interakcí v daném území a případného provázání např. na databází katastru nemovitostí, digitální mapy stokových soustav apod.) a zejména s přesahem na protipovodňová opatření, případně na nové rozvojové lokality. Problematika je však často diskutována a řešena v rámci jednotlivých stavebních objektů a souvisejících pozemků, přičemž požadavky na tato řešení jsou zakotvena také v tuzemské legislativě, zejména zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon) [22], zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon) [26], vše ve znění pozdějších předpisů.

Stavební zákon č. 183/2006 Sb., ve znění pozdějších předpisů se v konkrétních bodech odkazuje na prováděcí vyhlášku č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území, ve znění pozdějších předpisů [27], která mj. stanovuje dle § 20 odst. 5 písm.c):

„Stavební pozemek se vždy vymezuje tak, aby na něm bylo vyřešeno vsakování nebo odvádění srážkových vod ze zastavěných ploch nebo zpevněných ploch, pokud se neplánuje jejich jiné využití; přitom musí být řešeno:

• přednostně jejich vsakování, v případě jejich možného smísení se závadnými látkami umístění zařízení k jejich zachycení, není-li možné vsakování,
• jejich zadržování a regulované odvádění oddílnou kanalizací k odvádění srážkových vod do vod povrchových, v případě jejich možného smísení se závadnými látkami umístění zařízení k jejich zachycení, nebo
• není-li možné oddělené odvádění do vod povrchových, pak jejich regulované vypouštění do jednotné kanalizace.“

Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby, ve znění pozdějších předpisů [28] dle § 6 odst. 4 pak stanovuje: „Stavby, z nichž odtékají povrchové vody, vzniklé dopadem atmosférických srážek (dále jen „srážkové vody“), musí mít zajištěno jejich odvádění, pokud nejsou srážkové vody zadržovány pro další využití. Znečištění těchto vod závadnými látkami nebo jejich nadměrné množství se řeší vhodnými technickými opatřeními. Odvádění srážkových vod se zajišťuje přednostně zasakováním. Není-li možné zasakování, zajišťuje se jejich odvádění do povrchových vod; pokud nelze srážkové vody odvádět samostatně, odvádí se jednotnou kanalizací.“

Ačkoli by se mohlo zdát, že obě vyhlášky říkají ve vztahu k hospodaření se srážkovou vodou téměř totéž, zásadní rozdílem je skutečnost, pro koho jsou obě tato sdělení určena. Zatímco v rámci vyhlášky č. 268/2009 Sb. [28] je ukládaná povinnost dodržovat principy hospodaření se srážkovými vodami stavebníkovi, vyhláška 501/2006 Sb. [27] ukládá povinnost vymezit stavební pozemek tak, aby na něm bylo možné hospodařit se srážkovými vodami v rozsahu vyplývajícího z vyhlášky č. 268/2009 Sb. [28]. Lze tedy říci, že zodpovědnost je částečně přenesena i na samosprávu měst a obcí, které v rámci rozhodnutí o umístění staveb vymezují jednotlivé pozemky. Je tedy zřejmé, že problematiku hospodaření se srážkovými vodami je potřeba řešit již v rámci zpracování územně plánovací dokumentace daného území.

Tyto povinnosti dále doplňuje vodní zákon č. 254/2001 Sb., ve znění pozdějších předpisů [26], který dle § 5 odst. 3 stanovuje: „Při provádění staveb nebo jejich změn nebo změn jejich užívání jsou stavebníci povinni podle charakteru a účelu užívání těchto staveb je zabezpečit zásobováním vodou a odváděním, čištěním, popřípadě jiným zneškodňováním odpadních vod z nich v souladu s tímto zákonem a zajistit vsakování nebo zadržování a odvádění povrchových vod vzniklých dopadem atmosférických srážek na tyto stavby (dále jen „srážkové vody“) v souladu se stavebním zákonem. Bez splnění těchto podmínek nesmí být povolena stavba, změna stavby před jejím dokončením, užívání stavby ani vydáno rozhodnutí o dodatečném povolení stavby nebo rozhodnutí o změně v užívání stavby.“

Z výše jmenovaných legislativních předpisů vyplývá, že problematika srážkových vod, je v rámci tuzemské legislativy vnímána a vymáhána. Tento požadavek se však promítá pouze do výstavby v rámci jednotlivých stavebních objektů, avšak koncepční pojetí v rámci celého urbanizovaného území, případně alespoň jeho jednotlivých dílčích částí, řešeno není. V rámci Státní politiky životního prostředí České republiky 2030 s výhledem do 2050, v aktuálním znění [29], je však tato problematika zmíněna mezi základními strategickými cíli, především pak cíl 1.1.5. Efektivní využívání vody je zmíněno jednak, že: „Důležitým předpokladem pro rozšíření recyklace vod je oddílná kanalizace pro vody odpadní a vody srážkové.“, dále pak: „V urbanizovaném území musí být primární snahou zajistit maximální zasakování zde spadlé srážkové vody – tedy přeměna povrchů na propustné.“. Tento strategický cíl je pak dále rozšířen ve Specifickém cíli 1.6.3 o zavedení systému hospodaření s vodou, vč. vody srážkové v sídlech, který mj. zmiňuje, že: „Nezbytná je proto úprava jednotného kanalizačního systému na oddílný, který umožní srážkovou vodu akumulovat.“ [29]. Stěžejní principy hospodaření se srážkovými vodami jsou dále zakotveny také v podkladech normativního charakteru, zejména pak ČSN 75 9010 Vsakovací zařízení srážkových vod [30] a TNV 75 9011 Hospodaření se srážkovými vodami [31]. Tyto předpisy pak přímo popisují jednotlivé základní způsoby zadržování, vsakování a přímé užívání srážkových vod v rámci urbanizovaného území měst a sídel.

Z výše popsaných tuzemských přístupů a stavu poznání dané problematiky v rámci urbanizovaného území České republiky lze definovat čtyři stěžejní příčiny nekoncepčního přístupu k řešení srážkových vod:

• platná legislativa vnáší do problematiky velmi nekoncepční přístup, který v podstatě celou zodpovědnost a řešení přenáší prostřednictvím zákonů a prováděcích vyhlášek na stavebníky jednotlivých stavebních objektů v rámci měst a obci;
• současné normativní a technické předpisy jsou prakticky určeny pouze úzkému spektru odborníků (převážně vodohospodářů);
• nedostatečná vzájemná mezioborová komunikace a spolupráce, která by zajistila koordinaci jednotlivých opatření napříč všemi profesemi v rámci urbanizovaných prostor města a obcí;
• nedostatečná veřejná osvěta, tedy systematické šíření povědomí o dané problematice nejen mezi jednotlivé odborné profese, ale také mezi laickou veřejnost, které se tato problematiky nepopiratelně přímo dotýká.

V zahraničním prostředí je problematika srážkových vod v urbanizovaném území více diskutována a řešena nežli je tomu v tuzemských podmínkách [32]. Obecně lze shledat, že srážkové vody jsou více vnímány a propagovány mezi odbornou i laickou veřejností, avšak i zde (např. Německo, Rakousko, Polsko) se v praxi lze velmi často setkat převážně s projekty zpravidla menšího (lokálního) významu, ve kterých je problematika srážkových vod řešena. Mnoho takovýchto projektů lze dohledat také např. v Anglii, Švýcarsku, Skandinávii, ale i v např. v Maďarsku. Zpravidla se však i zde jedná o uplatnění v menším měřítku (převážně souvislost s revitalizací veřejných prostor) a s absencí zmapování rizikových prostor v rámci celého urbanizovaného území měst a obcí [33].

2.2 SRÁŽKOVÉ VODY V RÁMCI URBANISTICKÉ KONCEPCE MĚST

Dnešní urbanizovaná území jsou vhledem ke změně klimatu, masivnímu populačnímu růstu a s ním spojené urbanizaci v komplikované situaci, kdy na území těchto měst vzniká enormní množství srážkových vod. V současné situaci je převážná část povrchového odtoku těchto vod následně svedena do stokové sítě. Díky této situaci pak často dochází k mnoha problémům, mezi které patří zejména přetěžování čistíren odpadních vod, případně znečišťování recipientů odváděním směsí srážkových vod a vod splaškových z odlehčovacích komor na stokové síti. Současná urbanizovaná území se však potýkají s mnoha negativními projevy těchto faktorů, z nichž některé lze sledovat v ukázce v rámci Přílohy č. 1. Obecně lze však problematiku meteorologických extrémů, tedy extrémních přívalových srážek i období sucha, řešit právě efektivním hospodařením se srážkovými vodami. Z tohoto pohledu je jasné, že je potřeba srážkovou vodu v urbanizovaném území řízeně zadržet (tzv. retardace povrchového odtoku), a to formou snadno udržitelných povrchových vsakovacích a retenčních zařízení doplněných zelení, případně též výměnou nepropustných zpevněných povrchů za propustné. Těmito způsoby pak lze nejen řízeně zadržovat srážkovou vodu v území, ale také zvyšovat objem podzemních vod a zabezpečit tak kvalitnější a udržitelné prostředí, které dokáže meteorologickým extrémům odolávat. Proces hospodaření se srážkovými vodami v rámci urbanistické koncepce lze tedy označit jako problematika řízení městských srážkových vod.

2.2.1 Přínosy řízení městských srážkových vod

Řešení problematiky městských srážkových vod má pro urbanizovaná území mnohé výhody, které naplňují všechny tři základní pilíře udržitelného rozvoje sídel (ekonomický, ekologický a sociální). Z ekologického hlediska se při řízení této problematiky výrazně zkvalitňuje prostředí urbanizovaného území, které je uměle tvarováno tak, aby bylo možné eliminovat veškeré negativní vlivy urbanizace na odtok, vsak i výpar srážkových vod (viz Kap. 2. 1. 1.), a to za podmínek podobných jako je tomu ve volné krajině. Řízením a efektivním využíváním lze dále naplnit také ekonomický pilíř, který souvisí zejména s úsporou finančních prostředků na pořízení a výrobu pitné vody tam, kde lze stejně efektivně využít akumulované vody srážkové a zároveň tak lze docílit vyšší efektivity v rámci ČOV, které v případě řádného hospodaření se srážkovými vodami nejsou v období přívalových dešťů přetěžovány. Zároveň však řízení městských srážkových vod naplňuje také sociální pilíř, a to zejména v rámci využití přírodě blízkých opatření pro hospodaření se srážkovými vodami, která v rámci urbanizovaného území působí kladně na život obyvatelstva a zlepšují tak estetické, klimatické i urbanistické struktury daného území [34].

Mezi významné faktory, které přináší efektivní využívání a hospodaření se srážkovými vodami v urbanizovaném území dále může přinášet také účinnou regulaci (retardaci, či zpomalení) odtoku srážkových vod mimo zastavěné území a současně lze díky širším možnostem a kvalitnější připravenosti území na srážkové vody omezit hrozby bleskových povodní a záplav. Systémy pro hospodaření se srážkovými vodami dále mohou absorbovat městský hluk, snižovat účinky tepelných ostrovů a postupně tak zlepšovat klimatické poměry v území. Zároveň tyto postupy mohou významně posílit zásoby podzemních vod a pozitivně tak ovlivnit vodní zdroje využívané pro výrobu pitné vody. Významný vliv však systémy mají také na tradiční stokové systémy, zejména pak systémy jednotné stokové soustavy, které jsou často přetěžovány a nadměrně zatěžují ČOV i ekosystémy recipientů, do kterých jsou často přímo vyústěny přepady z odlehčovacích komor na jednotné stokové sítě obsahující směs srážkových a splaškových vod. Mimo tyto přínosy lze samozřejmě řadit také možnosti dalšího využívání srážkových vod, a to nejen pro zavlažování zeleně, ale i další využití (např. průmysl, požární voda apod. [35, 36].

Obecně lze tedy říci, že efektivní využívání, řízení a hospodaření se srážkovými vodami v urbanizovaném území má obrovský význam pro udržitelný rozvoj urbanizovaného území obcí a měst, přičemž je zapotřebí tyto procesy realizovat zejména z pozic samosprávy měst, respektive nástrojů územního plánování. Pouze těmito způsoby lze dosáhnout udržitelného rozvoje, který sníží současná zatížení životního prostředí, zvýší jeho udržitelnost a zároveň posilní vztahy mezi vodou, urbanizovaným územím i jeho obyvateli a vyrovná tak rychlý urbanistický růst obcí a měst.

2.2.2 Stupně znečištění srážkových vod ve vazbě na povrch

Problematika srážkových vod a potencionální využití či nakládání s těmito vodami v rámci urbanizovaného území má mnohdy svá úskalí, která je potřeba efektivně řešit. Veškeré opatření pro nakládání a hospodaření se srážkovými vodami se musejí nutně stát součástí urbanizovaného území, ve kterém se nacházejí, přičemž musí respektovat veškeré interaktivní vazby v rámci svého okolí. Je nutné zajistit, aby veškerá tato opatření pro adaptaci na změnu klimatu a stupeň urbanizace byla nastavena správně a nefungovala pouze jako nástroj pro alternativní odvodnění území, ale v rámci daného prostoru kvalitně a spolehlivě fungovala. Zároveň je nesmírně důležité dbát na zajištění kvality těchto opatření, zejména v ekologickém a pro své okolí šetrném smyslu.

Je tedy zapotřebí klást důraz na kvalitu srážkových vod, se kterou je možné v rámci daného opatření hospodařit. Při návrhu a řešení různých opatření (akumulace, využívání i vsakování) je nutné vnímat kvalitu srážkové vody, se kterou má být v rámci daného opatření nakládáno. Minimální kvalitativní požadavky srážkových vod významně ovlivňuje plocha, se kterou dané srážkové vody přišly do styku, a které mohou být více či méně kontaminované, viz Tab. 2. 1. Obecně lze říci, že hospodaření, ať už je jakékoliv, s významně znečištěnou srážkovou vodou musí být zcela odlišné od hospodaření s relativně čistou srážkovou vodou. V případě, kdy by byl tento fakt ignorován a opatření by i přes tuto skutečnost bylo improvizovaně umístěno v rámci území, mohlo by pak docházet i k rozsáhlým kontaminacím podzemních vod. Při návrhu opatření pro hospodaření se srážkovými vodami je tedy nutné znát alespoň orientačně případnou kontaminaci dané srážkové vody a na základě tohoto vědomí pak navrhnout příslušná opatření v podobě čištění či odstřeďování, případně odvádění znečištěných odpadních vod tradičně prostřednictvím stokové soustavy. Zpravidla riziko kontaminace souvisí s povrchy, kde dochází k častému pohybu či stání vozidel (úkapy naftových derivátů či oleje), naopak mezi nejméně znečištěné srážkové vody pak patří vody zachycené např. na komunikacích pro pěší či cyklisty [37, 38], viz Tab. 2. 1.

Tab. 2. 1. Orientační klasifikace znečištění srážkových vod v závislosti na druhu povrchu, ze kterých jsou tyto vody odváděny – Vlastní zpracování dle [31]

2.2.3 Kvalitativní požadavky a kontaminace srážkových vod

V případě přistoupení k problematice HSV je potřeba náležitě vyhodnotit kvalitativní požadavky srážkových vod. Samotná míra znečištění srážkových vod, respektive jejich složení, se odvíjí od dvou základních parametrů. Samotné srážkové vody mohou být znečištěny již před jejich dopadem na zemský povrch, a to díky kontaminaci mikročásticemi obsaženými v ovzduší. Zpravidla významnější je však kontaminace srážkových vod, která se odvíjí od případné kontaminace povrchu v dané lokalitě, na který srážkové vody dopadají. Kvalita srážkových vod se tak mění nejen po dopadu na povrch, ale i před ním. Obecně pak lze říci, že povrchový odtok srážkových vod a jeho případná kontaminace je pak přímo závislá na čase a množství (vydatnosti) srážek. Zpravidla nejvyšší podíl znečištění obsahují srážkové vody odtékající z povrchu v prvních minutách deště, což je způsobeno tzv. oplachem těchto povrchů. V rámci zemí EU je znečištění srážek před jejich dopadem na zem minimální (významně závisí na plnění emisních limitů) a prakticky tak srážkové vody z hlediska kvality a chemického složení splňují požadavky pro pitnou vodu [31, 39, 40].

Ačkoliv jsou zejména dnes opatření pro HSV v urbanizovaném území měst a obcí celkově doporučována a žádoucí, nesou s sebou tato patřičná rizika právě v možné kontaminaci srážkových vod. Zpravidla nejvyšší stupeň kontaminace v rámci veřejného prostoru lze identifikovat v místech vytížených pozemních komunikaci a hromadných parkovišť, kde se vyskytuje celá škála znečišťujících faktorů, jako jsou úkapy olejů či paliv, chemické ošetřování komunikací při zimní údržbě apod. [41]. Případnou kontaminaci povrchového odtoku srážkových vod je tedy potřeba před jejich dalším využitím (vsakování, akumulace pro další využití, vypouštění do recipientu) patřičně eliminovat. Samotná míra znečištění ve vazbě na jednotlivé plochy, ze kterých srážkové vody odtékají, je znázorněna v Tab. 2. 1. Tato tabulka je však dále rozšířena a v rámci TNV 75 9011 [31] jsou definovány typické znečišťující látky na jednotlivých typech ploch, včetně očekávaného znečištění srážkových vod (viz Tab. P2. 1. uvedená v Příloze č. 2). Ve vazbě na tyto podklady je pak žádoucí vyhodnotit vhodnost aplikace opatření případného sběru a hospodaření se srážkovými vodami z povrchů, kde může docházet ke kontaminaci těchto vod. Je zapotřebí si uvědomit, že vypouštění kontaminovaných srážkových vod do vodních toků, či jejich zasakování do podloží a dotování stavu podzemních vod může mít významný vliv na ekologické podmínky nejen v místě likvidace těchto vod, ale i v rámci jeho širších vztahů. Znečištěné vody srážkové je tedy před jejich likvidací nebo dalším využitím potřeba náležitě čistit, přičemž opatření pro takovéto čištění srážkových vod jsou uvedeny např. v rámci TNV 75 9011 [31], viz Tab. P2. 2., respektive Tab. P2. 3. uvedené v Příloze č. 2.

2.2.4 Výpočet množství srážkových vod ve vazbě na povrch

Návrhy vhodných opatření pro hospodaření se srážkovými vodami se vždy odvíjejí od množství těchto srážkových vod, které určují požadovanou kapacitu či rozsah daného opatření. Stanovením objemu srážkových vod se zabývá mj. technická norma ČSN 75 9010 Vsakovací zařízení srážkových vod [30]. V rámci výpočtu je dominantní stanovení tzv. regulované půdorysné plochy, ze které jsou srážkové vody odváděny, přičemž tato redukovaná plocha se vypočte dle vztahu 2. 1.:

\begin{gathered}
A_\text{red}=\sum_{i=1}^{n} A_\text{i}\cdot\psi_\text{i}\space[m^2]
\end{gathered}

Kde značí:
A_red celkový redukovaný půdorysný průmět odvodňovaných ploch 1 až n,
A_i půdorysný průmět odvodňované plochy [m²],
ψ součinitel odtoku srážkových vod pro danou odvodňovanou plochu, viz Tab. 2. 2.,
n počet odvodňovaných ploch určitého druhu.

Pro výpočet redukované plochy A_red je významný součinitel odtoku ψ_i, který se odvíjí od propustnosti daného povrchu, respektive jeho materiálu a určuje se v rozsahu 0 až 1, přičemž hodnota 1 představuje absolutně nepropustný (zpravidla nenasákavý) povrch, hodnota 0 naopak povrch maximálně absorpční, viz Tab. 2. 2.

Tab. 2. 2. Součinitele odtoku srážkových povrchových vod ψ – Vlastní zpracování dle [30]

Po stanovené velikosti tzv. redukovaných ploch lze dle vztahu 2. 2. stanovit množství srážkových vod odtékajících z redukované plochy, přičemž pro výpočet je zásadní součinitel q_s, představující tzv. intenzitu směrodatného deště. Tato intenzita představuje množství srážkových vod typické pro danou lokalitu za jednotku času, běžně se udává v l/s/ha a v rámci České republiky se pohybuje přibližně mezi hodnotami 110 až 140 l/s/ha. Celkové množství srážkových vod se v rámci dané odvodňované plochy stanoví [30]:

\begin{gathered}
Q_\text{cel}=A_\text{red}\cdot q_\text{s}\space[l/s]
\end{gathered}

Kde značí:
Q_cel celkové množství odváděných srážkových vod [m²],
A_red celkový redukovaný půdorysný průmět odvodňovaných ploch 1 až n,
q_s intenzita směrodatného deště uvažované periodicity v daném území [l/s/ha].

2.3 OBJEKTY PRO HOSPODAŘENÍ SE SRÁŽKOVÝMI VODAMI

Hospodaření se srážkovými vodami zahrnuje širokou škálu řešení a způsobů, kterými lze efektivně tyto vody zpracovat, odvádět či zadržovat v rámci urbanizovaného území měst a obcí. Obecně lze systémy hospodaření se srážkovými vodami rozdělit do dvou oblastí, a sice prostřednictvím jejich možného využití anebo naopak jejich likvidací, viz Obr. 2. 3. V rámci dalšího možného využívání srážkových vod je potřeba disponovat vhodně situovanými prostory, kde je možné srážkové vody akumulovat pro jejich případné využití (zálivka, splachování toalet, recyklace apod.). Z hlediska likvidace lze se srážkovými vodami hospodařit buďto jejich vsakováním, případně jejich odvedením do stokové sítě. V současné praxi se však setkáváme převážně právě se způsoby likvidace prostřednictvím odvádění srážkových vod do stokové sítě a z tohoto pohledu lze označit toto řešení za nejméně efektivní. Celkově však na výsledné způsoby hospodaření se srážkovými vodami má vliv celá řada faktorů, mezi které patří mimo uplatnitelných technických řešení také podmínky daného prostředí a v neposlední řadě také stupeň znečištění odváděných srážkových vod.

Obr. 2. 3. Způsoby nakládání se srážkovými vodami – Vlastní zpracování

V následujících podkapitolách jsou řešeny dva zásadní přístupy a opatření v rámci HSV, a sice akumulace a vsakování srážkových vod na území sídel. Likvidace srážkových vod prostřednictvím stokové sítě (jež je taktéž uvedeno v Obr. 2. 3.) se pak provádí dle postupů pro odvádění odpadních vod z urbanizovaného území lidských sídel a mezi něž patří i vody srážkové.

2.3.1 Akumulace srážkové vody

Akumulace srážkových vod a jejich následné využívání je zejména v posledních letech velmi aktuálním tématem. Využití srážkových vod patří k nejrozšířenějším způsobům obnovy a v běžné praxi se s ní často setkáváme v té nejjednodušší podobě – nádrže pod střešním žlabem pro zalévání zahrady. Existují však také další, důmyslnější systémy, umožňující využívat srážkové vody pro řadu dalších účelů. Takovéto systémy jsou využívány převážně v prostředí budov, kde jsou srážkové vody akumulovány za účelem jejich dalšího využití např. pro splachování toalet, zalévání zahrady, případně i k dalším účelům.

Ve veřejném prostoru urbanizovaného území se však lze rovněž setkat s akumulací srážkových vod. V rámci České republiky se mezi nejčastější opatření pro akumulaci srážkových vod ve veřejném prostoru využívá tzv. dešťových zdrží. Jedná se převážně o monolitické či prefabrikované nádrže z betonu či železobetonu, které dnes slouží k zachycení přívalových srážkových vod. Tyto dešťové zdrže se budují zejména v posledních letech jako doplnění odlehčovacích komor na jednotné stokové síti, přičemž jsou v nich po určitou dobu skladovány srážkové vody, které jsou poté v bezdeštném období odčerpávány zpět do stokové sítě k jejich vyčištění, případně jsou regulovaně vypouštěny přímo do recipientu. S takovýmito nádržemi se však lze setkat i historicky (V ČR převážně budovány mezi 30. a 80. léty 20. stol.), kdy tyto dešťové zdrže sloužily jako zásoba požární vody.

V současné době se lze s akumulací srážkových vod v rámci veřejných prostor setkat spíše v omezeném měřítku, a to z důvodu, že jsou dnes uplatňovány převážně vsakovací objekty osázené zelení. Přesto se v některých případech s akumulací srážek lze setkat, zejména pak tam, kde je zvýšený požadavek na přísun vody. V tuzemských podmínkách je využívána zejména akumulace srážek v rámci podzemních nádrží, přičemž akumulované srážkové vody slouží nejčastěji k závlaze, případně slouží jako zásoba vody pro různé vodní prvky (fontány, vodotrysky, případně jiné prvky). V zahraničí se však lze setkat s širším uplatněním dešťových zdrží v rámci veřejných ploch, viz Obr. 2. 4., kde je vyobrazeno multifunkční hřiště, jež je oproti okolnímu terénu mírně zapuštěno a v případě přívalových srážek slouží jako akumulační prostor. V bezdeštném období jsou pak tyto srážkové vody regulovaně odčerpávány do blízkého recipientu [42].

Obr. 2. 4. Akumulační prostor v rámci městského mobiliáře – multifunkční hřiště (Rotterdam, Nizozemsko). Vlevo prázdný akumulační prostor, vpravo zaplněn srážkovou vodou [42]

2.3.2 Přímá opatření pro vsakování srážkové vody

Přímá opatření a objekty jsou podpůrná opatření, sloužící především k redukci nebo prevenci povrchového srážkového odtoku. Tato opatření spočívají především ve využívání či případné výměně nepropustných ploch za propustné. Jedná se tedy o opatření bez jakéhokoliv retenčního prostoru. Úkolem těchto opatření je maximální možné umožnění přirozené infiltrace srážkových vod do podloží tak, aby se procentuální podíl vsaku srážkových vod co nejvíce přiblížil přirozenému (krajinnému) prostředí a to tak, jak je uvedeno v Obr. 2. 2.

Obr. 2. 5. Druhy přímých opatření pro HSV – Vlastní zpracování

Užití přímých opatření pro vsakování však v moderních městech z důvodu vysokého stupně urbanizace zpravidla nestačí, a plochy určené pro přímá opatření tak musí být dále doplněné a rozšířené o další sekundární opatření, viz Kap. 2. 3. 3. Mezi přímá opatření pro vsakování srážkových vod tak lze řadit objekty plošného vsakování, jako jsou propustné zpevněné povrchy, vegetační, zatravněné, či štěrkové plochy. Tyto přímé opatření pro vsakování srážkových vod se dělí na opatření zelené a opatření šedé, viz Obr. 2. 5., přičemž opatření zelená jsou tvořena nezpevněnými, zpravidla nepochozími plochami. Oproti tomu mezi opatření šedá patří plochy zpevněné, tedy plochy pochozí.

Zelená opatření HSV – propustné zelené povrchy pro plošný však srážkových vod

Nejrozšířenější a nejpoužívanějším povrchem jsou v globálním měřítku zatravněné plochy, jejichž základem je konsolidovaná ohumusovaná zemina, která je oseta odolnými travními druhy. Zatravněné plochy jsou z hlediska absorpce vody nejvhodnějším opatřením, jelikož v závislosti na druhu zeminy a saturaci podloží dokáží absorbovat až 100 % srážkových vod, které na takovouto plochu dopadnou. Alternativou zatravněných ploch jsou plochy s vrstvou štěrku (nejčastěji používán tzv. kačírek), případně štěrkodrtě. Základem štěrkových ploch je nosná vrstva zhutněné zeminy, která může být opatřena vodopropustnou folií, která zabraňuje prorůstání nežádoucí zeleně do krycí, štěrkové vrstvy. Štěrkové plochy mají zpravidla velmi podobnou absorpční schopnost jako plochy zatravněné a jsou schopny pojmout až 100 % srážkových vod. Mezi další plošná zelená opatření se řadí také zatravňovací mřížky (často označované jako voštiny), které jsou již prakticky přechodem mezi zelenými a šedými opatřeními. Jedná se o mřížové prvky (nejčastěji plastové, případně ocelové), viz Obr. 2. 6., s jejichž pomocí se armují (zpevňují) zatravněné či štěrkové plochy, aniž by došlo k výraznému snížení absorpce zeminy. Takto armované plochy mají výrazně vyšší únosnost oproti plochám nevyztuženým. Absorpční schopnost těchto armovaných ploch je až 90 % srážkových vod, které na plochu dopadnou.

Obr. 2. 6. Parkovací plocha zpevněná zatravňovací mřížkami (Kraków, Polsko, 2021) – Archív autora

Zelená opatření zahrnují také zeleň v podobě stromů a keřů, jež mají pro území hned několik přínosných funkcí. Zeleň efektivně přispívá nejen jako opatření HSV, ale plní také estetickou funkci, zvyšují hodnotu území a také výrazně zkvalitňují klimatické poměry ve svém okolí (funkce zastínění, ochranná zeleň apod.). Z hlediska srážkových vod tato zeleň působí v území velmi pozitivně a to z důvodu, že listy stromů a keřů zachycují část srážkových vod, a snižují tak množství vod dopadajících na zem.

Šedá opatření HSV – propustné šedé povrchy pro plošný vsak srážkových vod

Šedá opatření pro HSV tvoří převážně zpevněné pochozí či pojížděné plochy (chodníky, cyklostezky, parkoviště apod.), které umožňují alespoň částečnou absorpci srážkových vod do podloží a zajistí tak snížení povrchového odtoku. V současné době je nejrozšířenější betonová dlažba (zámková dlažba), která je však z hlediska HSV prakticky nevyhovující díky velmi malé absorpci vody – obvykle do 15 % množství srážkových vod.

Obr. 2. 7. Šedá opatření: vlevo vegetační tvárnice, uprostřed dlažba se zatravněnými spárami, vpravo porézní dlažba – Archív autora

Při obnově nepropustných ploch se nejčastěji využívají vegetační tvárnice (zpravidla betonové), viz Obr. 2. 7. vlevo. Tyto tvárnice jsou opatřeny otvory, které se po pokládce vyplňují zeminou a jsou osázeny travní směsí. Tyto plochy mají relativně velkou absorpční schopnost a umožňují propouštět do podloží až 50 % srážkových vod, které na tuto plochu dopadnou. Velmi často se jsou používané dlažby se zatravněnými spárami. Tyto speciální dlaždice jsou po svých stranách osazeny distančními rozpěrami, které při pokládce vytvoří spáru širokou až 60 mm, viz Obr. 2. 7. uprostřed. Tyto spáry jsou po pokládce osázeny travní směsí. Výsledná propustnost pro srážkové vody se pohybuje mezi 25 % až 40 %, dle šířky spáry. V praxi se lze zejména v zahraničí setkat užitím porézní, respektive vodopropustné dlažby, viz Obr. 2. 7. vpravo. Pro výrobu této dlažby jsou použity speciální materiály (porézní, nasákavý beton), díky které plocha na první pohled vytváří dojem standardní dlážděné plochy. Tyto speciální dlaždice však mají schopnost pomocí své pórovitosti propustit až 40 % dopadajících srážkových vod.

Obecně lze konstatovat, že při řešení HSV v urbanizovaném území měst a sídel by měl být brána v úvahu základní podstata, a to snižování povrchového odtoku pomocí výměny nepropustných zpevněných ploch za plochy propustné, či alespoň částečně propustné.

2.3.3 Nepřímá opatření a objekty pro vsakování srážkové vody

V posledních letech, kdy je problematika HSV velmi často řešena na všech úrovních rozvoje, se lze stále častěji setkat s rostoucím množstvím nepřímých opatření pro nakládání s HSV, které se postupně přesouvají do jednotlivých struktur urbanizovaného prostředí sídel. Tento nárůst je způsoben nejen současnými trendy budování přírodě blízkých opatření pro HSV zejména ve vazbě na současnou problematiku adaptace na změnu klimatu v urbanizovaném území a jejich udržitelný rozvoj. Nepřímá opatření pro HSV jsou dalším rozšířením přímých opatření, se kterými jsou zpravidla vzájemně provázaná. Samotné využití přímých opatření je zpravidla nedostatečné a je potřeba je tedy vhodně rozšířit tak, aby komplexně dokázala efektivně hospodařit se srážkovými vodami na území obcí a měst.

Obr. 2. 8. Druhy nepřímých opatření pro HSV – Vlastní zpracování

Základním vodítkem pro řešení a návrh jednotlivých nepřímých opatření může být technická norma TNV 75 9011 Hospodaření se srážkovými vodami [31], která se návrhem zařízení k akumulaci a využívání srážkové vody zabývá. Tento normativní předpis je navíc doplněn také o alternativní varianty HSV a příklady. Samotné vymezení podmínek využití nepřímých opatření často bývá součástí územně plánovacích podkladů, dokumentací, generelů odvodnění či rozvoje měst. Základní druhy těchto nepřímých opatření jsou uvedeny v Obr. 2. 8., z něhož je patrné, že nepřímá opatření pro HSV jsou koncipována jako objekty umožňující akumulaci a zasakování srážkových vod nejen z plochy daného opatření, ale slouží především HSV z blízkých ploch, kde tyto vody dopadají a pomocí usměrněných odtokových poměrů těchto ploch vody natékají právě do nepřímých opatření pro HSV [43].

Vsakovací průlehy

Vsakovací průlehy jsou velmi často využívané nepřímé opatření pro HSV, které slouží k zadržení přívalových srážek a jejich následné zasakování do podloží, viz Obr. 2. 9. Tyto objekty jsou označovány také jako mikrodeprese, bioretenční objekty a velmi často také jako tzv. dešťové zahrady.

Obr. 2. 9. Schéma vsakovacího průlehu s povrchovým přívodem vody – Převzato z [31]

Obecně se jedná o uměle vytvořené terénní prohlubně, které však díky svému ozelenění působí jako přírodě blízké. Tyto objekty jsou konstrukčně budovány často v zemním výkopu, který se v případě potřeby zaplní štěrkem a slouží jako retenční prostor. Tato vrstva se následně od horní krycí vrstvy, která je tvořena ohumusovanou zeminou pro následnou výsadbu rostlin, prokládá tzv. filtrační fólií. Po nátoku srážkových vod je voda filtrována přes vrstvu ornice do retenčního prostoru a následně přirozeně zasakována přímo do podloží. V případě vydatných srážkových vod, kdy je podloží nasyceno vodou se v místě průlehu tvoří vodní hladina, která vytváří příjemné klima a rovněž jako vodní prvek zvyšuje estetickou úroveň okolního prostoru. V některých případech lze tyto průlehy budovat s bezpečnostním přepadem do kanalizace, který zajistí, že srážkové vody v případě dosažení maximální hladiny odtékají mimo tento vsakovací objekt.

Vsakovací rýhy a příkopy

Vsakovací rýhy, často také označované jako vsakovací příkopy, jsou velmi podobné opatření jako vsakovací průleh. Zásadním rozdílem je však v prostorovém uspořádání, kde na rozdíl od průlehu je vsakovací rýha liniovým opatřením, které slouží pro vsakování srážkové vody do podloží. Vsakovací rýhy jsou budovány podobně jako průleh, kde je tedy podzemní prostor vyplněn kamenivem (nejčastěji praný štěrk), který je od okolního prostoru oddělen filtrační fólií (např. geotextílie). Takto připravená vsakovací rýha je ve své krycí vrstvě ohumusována a osázena zelení, viz Obr. 2. 10.

Obr. 2. 10. Schéma vsakovací rýhy s povrchovým plošným přítokem [44]

V některých případech, zejména u vsakovacích rýh s větší délkou, se pro efektivnější využití celého zemního tělesa využívá rozvod srážkové vody pomocí drenážního potrubí, které může být osazeno buďto na dně rýhy, případně také v její krycí vrstvě.

Poldry

Poldry, často označovány také jako retenční dešťové nádrže, jsou velkokapacitní prostory koncipované jako terénní deprese (viz Obr. 2. 11.), sloužící pro zachycení přívalových srážkových vod a následnému regulovanému odtoku těchto vod do recipientu. Podle konstrukčního řešení lze poldry dělit na suché a polosuché, které jsou budovány jako tůně či mokřady. Dle způsobu plnění lze poldry dělit na nádrže plněné z dešťové kanalizace, z vodního toku, případně z jiných zdrojů a přítoků srážkových vod (např. vsakovací rýhy, příkopy apod.).

Obr. 2. 11. Schéma suché retenční dešťové nádrže – Převzato z [31]

Tyto objekty se zpravidla budují jako zatravněné, které umožňují přirozeně vsakovat srážkové vody právě přes samotné těleso poldru, čímž se částečně odlehčuje následné množství vod vypouštěných přes regulovaný odtok poldru do recipientu.

Vsakovací koše (boxy) a vsakovací tunely

Vsakovací koše (boxy či bloky) a vsakovací tunely jsou opatření pro zachycení přívalových srážkových vod, která se instalují pod terén. Tyto objekty slouží k retenci srážkových vod a jejich následnému přirozenému zasakování do podloží. Zpravidla se jedná o stavebnicové, modulární prvky na bázi plastů, viz Obr. 2. 12., které se skládají do bloků potřebné velikosti a objemu. Tyto prvky se umisťují do zemního výkopu, který může být doplněn štěrkovou vrstvou.

Vsakovací boxy jsou tvořeny plastovými dílci ve tvaru kvádru, přičemž tyto jednotlivé dílce jsou armovány tak, aby měly dostatečnou únosnost po zahrnutí zeminou a případným dalším zatížením (pochozí či pojížděné plochy). Vnitřní prostor těchto dílců pak tvoří retenční prostor pro srážkové vody. Vsakovací tunely jsou stejně jako boxy převážně plastové dílce, které mají tunelový tvar (klenba), což zajišťuje volný vnitřní prostor pro retenci srážkových vod.

Obr. 2. 12. Vsakovací boxy (vlevo) a vsakovací tunely (vpravo) – Archív autora

Po instalaci boxů či tunelů do zemního výkopu je potřeba tyto objekty zabezpečit proti vniknutí mechanických nečistot a splavenin, zejména zeminy. Toto zabezpečení se provádí pomocí filtrační fólie (geotextílie). Po instalaci filtrační fólie jsou boxy či tunely napojeny na potrubí s přítokem srážkových vod, případně na bezpečnostní přepad do kanalizace či recipientu a dále zahrnuty zeminou. Po dokončení tak jsou tyto vsakovací objekty skryty po povrchem terénu a je možné je zatěžovat v závislosti na použitém modelu boxů či tunelů (pochozí, pojížděné do 3,5 t, atd.).

Sázecí boxy

Sázecí neboli vysazovací boxy jsou opatřením pro HSV, které jsou však v území využívány převážně z pohledu mobiliáře, kterého jsou součástí, viz Obr. 2. 13. Ve většině případů se s nimi lze setkat v místech pro posezení a relaxaci, případně jsou často využívány k rozdělení prostoru, případně vytváření kaskád (přechod mezi výškovými úrovněmi sousedních ploch). Obecně jsou vysazovací boxy definovány jako objekty různých tvarů (nejčastěji obdélník či čtverec) se svislými pevnými stěnami a otevřeným nebo uzavřeným dnem. Objem těchto boxů tvoří zpravidla nasákavé kamenivo (nejčastěji keramzit), které slouží jako prostor pro akumulaci srážkové vody. Svrchní část je pak ohumusována a osázena zelení. Přívod srážkové vody do vysazovacího boxu je proveden buďto vhodným vyspádováním přilehlých ploch přímo do boxu, a to v případech kdy vysazovací box vytváří tzv. kaskádu. V ostatních případech se zpravidla situují poblíž budov, kde slouží k odvodnění střech, přičemž jsou přímo do těchto boxů vyústěny dešťové svody z přilehlého objektu, tak jako na Obr. 2. 13.

Obr. 2. 13. Vysazovací boxy ve veřejném prostoru (Polsko) – Archív autora

2.4 MODROZELENÁ INFRASTRUKTURA V URBANIZOVANÉM ÚZEMÍ

Modrozelená infrastruktura (MZI), některými označována také jako zelená infrastruktura, je pojem, který zahrnuje aplikace objektů HSV (viz Kap. 2. 3.) v rámci veřejného prostoru urbanizovaného území obcí a měst. Na základě tohoto lze říci, že právě objekty a opatření pro HSV jsou náležitou součástí městské vodohospodářské infrastruktury a tvoří tak jeden samostatný segment vedle staveb pro zásobování pitnou vodou a stokových systémů v urbanizovaném území [45].

Světově používanějším pojmem je zelená infrastruktura (Green Infrastructure), nicméně v tuzemských podmínkách se častěji používá pojem modrozelená infrastruktura. Ta se vyznačuje přístupem a implementací opatření HSV (tzn. modrá jako voda) v urbanizovaném prostředí sídel, která jsou přírodě blízká (tzn. zelená jako zeleň). Jejím účelem je tedy jednak aplikovat opatření, která v maximální možné míře napodobují typické přírodní podmínky uvnitř zastavěného území obcí a měst a dále také chrání, obnovují nebo napodobují přirozený vodní cyklus (viz Kap. 1. 1.). MZI lze v obecném pojetí rozdělit do tří základních oblastí, které řeší nejpalčivější lokality z hlediska zatížení srážkovými vodami, a sice:

• zelené ulice;
• zelené parkování;
• zelené střechy.

V rámci Přílohy č. 3 jsou uvedené ukázky řešení modrozelené infrastruktury v urbanizovaném území měst a obcí zajišťující HSV.

Obr. 2. 14. Vizualizace aplikace modrozelené infrastruktury v urbanizovaném území [46]

Městská MZI je v dnešní době vysoce podporována jako přístup k reakci na hlavní městské, environmentální a sociální výzvy, jako je snižování ekologické stopy, zlepšování lidského zdraví, klimatická změna, či prosté zlepšení životních podmínek v urbanizovaném území. V tuzemském prostředí se pojem MZI začal objevovat teprve nedávno, nicméně ve světě je MZI vnímaná jako součást městských infrastruktur téměř dvě desetiletí. Na Obr. 2. 14. je zobrazena vizualizace MZI aplikovaná v rámci urbanizovaného území města Washington D. C. v USA, která byla zpracována v roce 2016. V rámci této studie byly aplikovány různé způsoby HSV na sebe navazující, přičemž centrální plocha parku tvoří retenční prostor pro dočasné zadržení srážkových vod o objemu až 1.850 m³ [46].

V rámci urbanizovaných území existuje celá řada různých typů zelených ploch, které představují např. pozůstatky původních přírodních oblastí, zemědělské půdy na okraji obcí a měst, urbanisticky navržené zelené plochy parků a další plochy, kde se zeleň postupně vyvíjela, často neřízeně a nesystematicky. Jejich nerovnoměrné rozložení v rámci celého zastavěného území pak nastoluje mnohé otázky sociální a environmentální spravedlnosti. Rozmanitá škála veřejných, institucionálních i soukromých vlastníků jednotlivých městských pozemků, kde se tyto zelené plochy nacházejí, však představuje pro případné plánování MZI komplikované a často zdlouhavé procesy. Při plánování rozvoje měst je potřeba brát v úvahu vývoj všech městských prostor, mezi které patří také nekoordinované zastavování volných, často zelených ploch. Je tedy vhodné, aby jednotlivá sídla prostřednictvím svých kompetencí, (zejména územně plánovací dokumentace, regulační plány apod.) vhodně, koncepčně a účelně vymezily plochy pro možnou implementaci MZI, díky které pak lze významně přispět k zachování a posílení biologické rozmanitosti, zlepšení kvality životního prostředí, snížení ekologické stopy, přizpůsobení měst změně klimatu a podpoře sociální soudržnosti. Kvalitně provedené a provozované městské MZI pak významně ovlivňují a posilují potenciál či rozvoj nejen městských částí, ve kterých se nacházejí, ale ovlivňují také komplexní územní rozvoj.

2.4.1 Zelené ulice

Zelená ulice je jeden z možných přístupů MZI, který komplexně řeší problematiku HSV v městském uličním profilu, viz Obr. 2. 15. Tento přístup zahrnuje zejména zeleň (trvalky, keře, stromy, atd.) a jejich provázaní na další inženýrská opatření pro HSV (např. propustné plochy, vsakovací objekty apod.), jejichž společným účelem je retardace odtoku srážkových vod z přilehlých nepropustných povrchů (např. ulice, chodníky).

Zelené ulice jsou navrženy tak, aby zachytávaly dešťovou vodu přímo u jejího zdroje (respektive povrchů, ze kterých voda stéká). Na rozdíl od tradičního uličního profilu, který je zpravidla navržen tak, aby veškeré srážkové vody byly odváděny stokovou soustavou, mimo zastavěné území, se v rámci zelených ulic usiluje o maximální možné zadržení všech srážkových vod v prostoru dané ulice a to tak, aby všechny srážkové vody neomezovaly provoz a hygienu daného prostředí, ale naopak aby území zkvalitňovaly.

Obr. 2. 15. Aplikace modrozelené infrastruktury – zelený uliční prostor (Madrid, Španělsko, 2023) – Archív autora

2.4.2 Zelené parkování

V dnešní době jsou všechna moderní města extrémně zatížena problematikou parkování. Zejména v posledních letech nastal velký nárůst nových velkokapacitních parkovacích domů, avšak jejich poměr vůči tradičnímu způsobu řešení parkovacích a odstavných stání je stále zanedbatelný. Tradiční parkování, tedy parkování nekryté, na povrchu však disponuje celou řadou nevýhod, které počínají obrovskými prostorovými požadavky, které jsou v porovnání s parkovacími domy mnohdy i desetinásobné. Velmi palčivý problém však představuje samotné zpracování povrchu parkoviště, kdy převážná většina dnešních parkovišť tvoří asfalt, případně jiné nepropustné plochy. Právě tento negativní stav řeší přístupy zeleného parkování, integrují do konstrukčního řešení různé druhy opatření HSV, viz Obr. 2. 16.

Na Obr. 2. 16. je uvedena ukázka instalace propustných ploch pro parkování vozidel, která je tvořena dlažbou s širokými spárami a dále zatravňovacími mřížkami. V rámci parkovacích ploch však lze aplikovat i další opatření pro HSV, jako jsou dešťové zahrady, vsakovací rýhy či průlehy. Tato opatření pak přinášejí nejen efektivní způsoby pro HSV, ale také např. zmírnění tepelných ostrovů, či kvalitnější a esteticky přijatelnější prostředí.

Obr. 2. 16. Aplikace modrozelené infrastruktury – zelené parkování u obchodního domu Lidl (Salzburg, Rakousko, 2019) – Archív autora

2.4.3 Zelené střechy

Zelené (vegetační) střechy jsou tvořeny plochami (plochými i šikmými), jež jsou pokryty vegetační vrstvou, která umožňuje infiltraci srážkových vod a následnou evapotranspiraci (výpar) těchto vod. Zelené střechy jsou dnes zejména ve velkých moderních městech velmi často k vidění (viz Obr. 2. 17.), a to zejména z důvodu, že velká urbanizovaná území nemají dostatek prostoru nejen pro zeleň, ale hlavně pro rekreaci. Jejich využití je tedy nákladově efektivní v hustě zastavěných městských oblastech, kde jsou vysoké hodnoty pozemků, případně v rámci rozsáhlých průmyslových či kancelářských komplexů, kde by vzhledem k velikosti ploch bylo komplikované nakládání se srážkovými vodami dopadajícími na střechy takovýchto stavebních objektů. Mimo snižování odtoku srážkových vod však zelené střechy plní celou řadu dalších doprovodných funkcí. Mají dobré izolační vlastnosti, kdy hlavně v horkých letních dnech účinně brání přehřívání prostor pod konstrukcí střechy, vegetační vrstva rovněž snižuje prašnost v městském prostředí, přičemž všechny tyto vlastnosti včetně vlastností pro HSV se pak zvyšují s intenzitou ozelenění dané střechy.

Obr. 2. 17. Aplikace modrozelené infrastruktury – intenzivní zelená střecha (Česká zemědělská univerzita v Praze, 2022) – Archív autora

ZÁVĚR

Voda byla vždy významným fenoménem, který determinoval podmínky pro osídlení a jeho rozvoj. Vodní toky a vodní plochy vždy velmi zásadně ovlivňovaly možnosti zástavby a dalšího rozšiřování měst. Je zřejmé, že je-li vodní plocha v intravilánu města, představuje plochu téměř nezastavitelnou, naopak vybízí k využití rekreačního potenciálu. Vodní toky svým liniovým tvarem zásadní problém pro výstavbu jako takovou nepředstavují, avšak je potřeba si uvědomit, že tvoří významnou bariéru zejména v provozu měst – vodní tok není možné příčně překonat kdekoli, ale vždy je potřeba speciální stavební konstrukce, nejčastěji most či lávka. Nezřídka se v našich sídlech lze setkat se situací, kdy se rozvoj města u břehu řeky zastavil a na břehu opačném zástavba chybí, případně má zcela jiný charakter. Jiným ilustrujícím příkladem mohou být současné uzavírky mostů např. kvůli stavebním úpravám a zejména v řídčeji osídlených oblastech může taková uzavírka důležitého mostu způsobit, že jsou řidiči nuceni zajíždět i několik kilometrů na most náhradní.

Voda tedy vždy byla, je zcela jistě i bude jedním z klíčových faktorů ovlivňujících život ve městech případně jejich další rozvojový potenciál. Ovšem stejně jako se mění městská zástavba, dopravní systémy, výrobní oblasti, využívají se nové moderní technologie apod., mění se i pohled městských inženýrů a urbanistů právě na vodu v intravilánech měst. Zatímco výše uvedené problémy dnes dokážeme technicky bez problémů vyřešit a řešení je často pouze otázkou finančních možností zadavatele, nově v sídlech řešíme otázky, které byly ještě před několika desítkami let zcela opomíjené, případně považovány za druhořadé. V důsledku současných klimatických změn, které způsobují častější a delší období sucha a které bývají přerušovány krátkodobými, ale o to intenzivnějšími srážkami, klesá kvalita života v urbanizovaných územích. Území se potýkají s bleskovými krátkodobými povodněmi, které střídají dlouhá bezesrážková období, rovněž je prokázaný dlouhodobý růst průměrných teplot, což v urbanizovaném území vede k přehřívání a vzniku tzv. tepelných ostrovů.

Podkladem pro správné plánování prvků modrozelené infrastruktury by měly být převážně kvalitní geodata, která dokáží přesně popsat situaci na povrchu území i pod ním, zejména možnosti vsaku dešťových vod, sklony terénu apod. Tato geodata by měla v první fázi vycházet z leteckých snímků území s vysokým rozlišením a s následným doplněním přesných pasportů. Samotné průzkumy jednotlivých povrchů a možnosti vsakování srážkové vody na nich by pak měly být dále zpodrobňovány např. průzkumy objektů, na nichž je do budoucna možná existence zelené střechy.

Procesy optimalizace (často používán také termín optimalizace dat) dnes hrají významnou roli v managementu správy a údržby nejen vodohospodářských staveb, ale i stavebnictví obecně. V dnešní digitální době, kdy téměř každý provozovatel disponuje alespoň základními SW nástroji pro digitalizace a pasportizaci dat a má tak k dispozici obrovské objemy dat, se kterými však často není efektivně nakládáno a data nejsou v maximální možné míře využita. Obecně lze říci, že proces optimalizace znamená maximalizaci využití veškerého obsahu datové základy (ať už se jedná o data prostorová, např. DTM, tak i data evidenční, popisná, či statistická) a to za účelem zefektivnění procesů správy, údržby a celkového provozu staveb. Těchto cílů lze dosáhnout alespoň s využitím obecných nástrojů managementu, případně Facility managementu, který nashromážděná data dokáže správně a rychle analyzovat, upravovat, editovat a využívat pro jejich další použití. Novým, avšak neméně důležitým nastupujícím konceptem, je digitální informační modelování měst – CIM (City Information Modelling/Management). Tato metoda velmi úzce navazuje na zkušenosti metody BIM, avšak posouvá ji do zcela větších rozměrů. S tím se váží určitá specifika a odlišnosti, a postupné bádání v této oblasti ukazuje i na mnohé zcela rozdílné principy. Doba digitálních informačních modelů v konceptu/metodě CIM bude jistě postupně přicházet a výzkum v této oblasti bude nadále podporován. Společným cílem těchto inovativních nástrojů je zlepšení kvality bydlení a života ve městech, dostupnost komfortnějších služeb, zajištění efektivnější správy a provozu města; tedy ekonomičtější a energeticky úspornější stavby, využití moderních technologií (IoT) a mnoho dalších segmentů městského inženýrství, které přímo vyvolávají další rozvoj a výzkum.

Autorský kolektiv komplexně představil procesy problematiky hospodaření se srážkovými vodami v urbanizovaném území. V období, kdy se setkáváme s extrémními obdobími sucha, je tato problematika velice žádaná, a dokonce se tento fenomén promítá i do legislativního prostředí. Pomocí nástrojů informačního modelování lze na základě exaktních dat modelovat různé simulace, které pokud jsou správně interpretovány, mohou výraznou měrou pomoci správcům území, staveb, apod. Díky efektivní správě dat a modelování nad prostorovými daty lze nejenom zefektivnit samotnou práci správců, ale zejména ušetřit nemalé finance, které jsou do správy měst investovány.

SEZNAM ZKRATEK

SEZNAM POUŽITÝCH INFORMAČNÍCH ZDROJŮ

[1] Kuda, F. a kol. Městské inženýrství nejen pro městské inženýry. 1. vydání. Praha: ČKAIT, 2022. 311 stran, 4 nečíslované strany obrazových příloh. Technická knižnice. ISBN 978-80-88265-39-9.

[2] Teichmann, M. et al. Hospodaření se srážkovou vodou v urbanizovaném území sídel Moravskoslezského kraje. První vydání. Ostrava: Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, 2023. 176 stran. ISBN 978-80-248-4704-7.

[3] Szeligova, N.; Faltejsek, M.; Teichmann, M.; Kuda, F.; Endel, S. Potential of Computed Aided Facility Management for Urban Water Infrastructure with the Focus on Rainwater Management. Water 2023, 15, 104. DOI: https://doi.org/10.3390/w15010104

[4] US U. S. Geological Survey Water Cycle Diagrams, 2022, [online]. Dostupné z: https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/water-cycle-diagrams

[5] H-ART. Koloběh vody, 2009, [online]. Dostupné z: https: https://www.h-art.cz/cz/reference/kolobeh-vody

[6] Davidson, A., Howard, G., Stevens, M., Callan, P., Deere, D., Barteam, J. Water Safety Plans. WHO/SDE/WSH/05.06. Revise Draft, World Health Organization, Geneva, 2005.

[7] World Health Organization – WHO (Světová zdravotnická organizace). Headquarters in Geneva

[8] Společnost Seznam.cz, a.s., © Seznam.cz, Mapy.cz

[9] Guikema, S. D. Natural disaster risk analysis for critical infrastructure systems: An approach based on statistical learning theory. Reliability Engineering and System Safety, 94(4), pp 855-860. ISSN: 0951-8320 DOI: 10.1016/j.ress.2008.09.003

[10] Rinaldi, S. M. et all. Identifying, understanding and analyzing critical infrastructures interdependencies, IEEE Control System Magazine, 21(6), 11-25, 2001.

[11] Maier, K., Čtyroký, J., Vorel, J., Franke, D. Územní plánování a udržitelný rozvoj. Praha: ABF, 2008. ISBN 978-80-86905-47-1.

[12] Maier, K. a kol. Udržitelný rozvoj území. Praha: Grada Publishing, 2012. ISBN 978-80-247-4198-7.

[13] Bártová, H., Růžička, M. Územní plánování a doprava. 1. vyd. Praha: ABF – Arch, 2008. 128 s.Stavební právo, sv. 3/2008.ISBN 978-80-86905-48-8

[14] Hirschmann, A.O. The Strategy of Economic Development; Yale University Press: New Haven, CT, USA, 1958; ISBN 0-8133-7419-7

[15] Liu, R., Gao, X.B., Li, C.P. Relationship between Urban Transport and Residential Location Choice. J. Urban Plan. Dev. 2018, 144, doi:10.1061/(ASCE)UP.1943-5444.0000430.

[16] Samuelson, P. Foundations of Economic Analysis; Harvard University Press: Cambridge, UK, 1947; ISBN 9780674313033.

[17] Goodall, B. The Economics of Urban Areas. Urban and regional planning series – Svazek 3. Elsevier Science & Technology: 1972, University of California. 379 s. ISBN: 9780080168920.

[18] Zákon č. 248/2000 Sb., o podpoře regionálního rozvoje. In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010-2021 [cit. 8. 3. 2021]. Dostupné z: https://e-sbirka.gov.cz/sb/2000/248?zalozka=text

[19] Ghebrekidan, A. Principles of Urban – Regional Planning and Development. University of Juba, 2018. ISBN: 9 789970 445851

[20] Ye, Xinyue, She, Bing, Li, Wenwen, Kudva, Sonali and. Benya, Samuel. Urban and Regional Planning and Development. Springer Nature: Switzerland, 2020. DOI: 10.1007/978-3-030-31776-8_1

[21] Ghebrekidan, Semehar, „Acculturation and Belongingness: The Keys to International Student Satisfaction“ (2018). Electronic Theses and Dissertations. 2949. Online: https://openprairie.sdstate.edu/etd/2949

[22] Zákon č. 183/2006 Sb., o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon). In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010-2021 [cit. 27. 9. 2023]. Dostupné z: https://e-sbirka.gov.cz/sb/2006/183?zalozka=text

[23] Teichmann, M., Szeligova, N., Kuda, F. Influence of Flash Floods on the Drainage Systems of the Urbanized Area. In: Advances and Trends in Engineering Sciences and Technologies III: Proceeding of the 3rd International Conference on Engineering Sciences and Technologies (ESAT 2018): 12th – 14th September, 2018, Tatranské Matliare, High Tatras Mountains, Slovak Republik. London, UK: Taylor & Francis Group, 2019, s. 623-628. ISBN 978-0-367-07509-5.

[24] Chen, W., Gao, S. 2019, „Research on Rainwater Management from the Perspective of Sponge City“, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. DOI: 10.1088/1755-1315/252/3/032064.

[25] Bruaset, S.; Sægrov, S. An Analysis of the Potential Impact of Climate Change on the Structural Reliability of Drinking Water Pipes in Cold Climate Regions. Water 2018, 10, 411, doi:10.3390/w10040411.

[26] Zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně některých zákonů (vodní zákon). In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010–2023 [cit. 3. 9. 2023]. Dostupné z: https://e-sbirka.gov.cz/sb/2001/254?zalozka=text

[27] Vyhláška č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území. In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010–2023 [cit. 3. 9. 2023]. Dostupné z: https://e-sbirka.gov.cz/sb/2006/501?zalozka=text

[28] Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby. In: Zákony pro lidi.cz [online]. © AION CS 2010–2023 [cit. 18. 9. 2023]. Dostupné z: https://e-sbirka.gov.cz/sb/2009/268?zalozka=text

[29] Státní politika životního prostředí České republiky: 2004-2010. Praha: Ministerstvo životního prostředí, 2004. ISBN 80-7212-283-5.

[30] ČSN 75 9010. Vsakovací zařízení srážkových vod. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2012.

[31] TNV 75 9011 Hospodaření se srážkovými vodami. Praha: Sweco Hydroprojekt a.s., Praha, 2013.

[32] Ballard, B. W., Wilson, S., Udale-Clarke, H. et all. The SuDS Manual, General Description [online]. London: Ciria, 2015, s. 387 [cit. 2017-03-26]. ISBN 978-0-86017-760-9. Available at: http://www.ciria.org/Memberships/The_SuDs_Manual_ C753_Chapters.aspx

[33] Butler, D. From Rainwater Harvesting to Rainwater Management Systems. MANNINA, Giorgio, ed. New Trends in Urban Drainage Modelling [online]. Cham: Springer International Publishing, 2019, 2019-09-01, s. 3-9 [cit. 2019-09-17]. Green Energy and Technology. DOI: 10.1007/978-3-319-99867-1_1. ISBN 978-3-319-99866-4. Available at: http://link.springer.com/10.1007/978-3-319-99867-1_1

[34] Echlos, S., Pennypacker, E. Artful rainwater design: creative ways to manage stormwater. Washington: Island Press, 2015. ISBN 978-1610912662.

[35] Šrytr, P. Veřejný prostor sídel zasažený povodní. In: Stadttechnik Karlovy Vary 2013: 18. Internationale Konferenz Stadttechnik Karlovy Vary 2013, Thema: Hochwasser und Stadt: Mezinárodní konference, téma: Povodeň a město. 7. červen 2013, Praha: Informační centrum ČKAIT. ISBN 978-80-87438-37-42013.

[36] VSA (2002). Regenwasserentsorgung – Richtlinie zur Versickerung, Retention und Ableitung von Niederschlagswasser aus Siedlungsgebieten, Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute, Zürich.

[37] Nařízení vlády č. 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, ve znění pozdějších předpisů

[38] Dierkes, C., Göbel, P. A., Coldewey, W.G. Entwicklung und Optimierung eines kombinierten unterirdischen Reinigungs-und Versickerungssystems für Regenwasser. Abschlussbericht Projekt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Az 18622. 2005. HydroCon GmbH.

[39] Asio Tech, spol. s.r.o. Hospodaření s dešťovou vodou a odvodnění pozemku – města a obce. [online]. Dostupné z: https://www.asio.cz/cz/hospodareni-s-destovou-vodou-a-odvodneni-pozemku-mesta-a-obce

[40] Pytl, V. a kol. Příručka provozovatele čistírny odpadních vod. Vyd. 2. Líbeznice u Prahy: Medim, 2012. ISBN: 978-80-87140-26-0.

[41] Steiner, M. (2010). Strassenabwasserbehandlungsverfahren – Stand der Technik. Dokumentation ASTRA 88002, Bern, 130 S.

[42] Bokern, Anneke. Water Square in Rotterdam by de Urbanisten. Uncube. 05 Jun 2014. Online: https://www.uncubemagazine.com/blog/13323459

[43] Lewellyn, C., Lyons, C. E., Traver, R. G., Wadzuk, B. M. 2016, „Evaluation of seasonal and large storm runoffvolume capture of an infiltration green infrastructure system“, Journal of Hydrologic Engineering, vol. 21, no. 1. DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001257.

[44] Filip, J. Zadržování dešťových vod v městském prostředí a rostlé zástavbě. In: Konference VODA 2020+. Praha, 2022, Český svaz stavebních inženýrů.

[45] Castonguay, A. C., Urich, Ch., Iftekhar, M. S., Deletic, A. Modelling urban water management transitions: A case of rainwater harvesting. Environmental Modelling & Software [online]. 2018, 105, 270-285 [cit. 2019-09-17]. DOI: 10.1016/j.envsoft.2018.05.001. ISSN 13648152. Available at: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S136481521630994X

[46] The Cultural Landscape Foundation (TCLF), 1711 Connecticut Avenue NW, Suite 200, Washington, D. C. 20009, United States

PŘÍLOHY

Příloha č. 1
Ukázky následků klimatické změny a míry urbanizace s vazbou na srážkové vody v urbanizovaném území sídel

Obr. P1. 1. Bleskové povodně v urbanizovaném území města, přívalové srážkové vody vyvěrají z jednotné kanalizační sítě na povrch (ul. Ostravská, Karviná, 2020) – Fotoarchív autora

Obr. P1. 2. Veřejná stoková soustava v havarijním stavu byla narušena vlivem přívalových vod, které vyplavily zeminu v okolí potrubí a podemlely chodník pro pěší (Lublin, Polsko, 2020) – Fotoarchív autora

Obr. P1. 3. Enormní přítok a tlak přívalových srážkových vod ve veřejné stokové síti část stoky ve špatném technickém stavu roztrhal a voda tak vyvěrala na povrch urbanizovaného území obce Zaječov, 2018 (iDnes.cz)

Obr. P1. 4. Přetížená stoková soustava vlivem enormního přítoku srážkových vod, naředěné srážkové vody a splašky vyvěrají z kanalizace na povrch v urbanizovaném území (Fulnek, 2016) – Fotoarchív autora

Obr. P1. 5. Přívalové srážkové vody stékají z veřejného uličního prostoru díky absenci stokového systému, případně dalších úprav pro HSV na soukromé pozemky (Karviná – Ráj, 2020) – Fotoarchív autora

Obr. P1. 6. Projevy sucha v urbanizovaném území – pokles hladiny vody ve vodním toku v řádu metrů, vysychá koryto, kolabuje vodní doprava (Ústí nad Labem, 2015) – Fotoarchív autora

Příloha č. 2
Míra kontaminace srážkových vod a možné způsoby předčištění těchto vod

Tab. P2. 1. Typické znečišťující látky na jednotlivých typech ploch a očekávané znečištění srážkových vod

Tab. P2. 2. Způsoby předčištění srážkových vod při vsakování a účinnost pro různé druhy znečištění

Tab. P2. 3. Způsoby předčištění srážkových vod při zaústění do povrchových vod a účinnost pro různé druhy znečištění

Příloha č. 3
Ukázky řešení modrozelené infrastruktury v urbanizovaném území sídel

Obr. P3. 1. Ukázka využití dešťové zahrady jako zelené opatření pro přirozené vsakování srážkových vod odváděných z parkovacích stání uvnitř bytového vnitrobloku (Gdaňsk, Polsko, 2019) – Fotoarchív autora

Obr. P3. 2. Zelená autobusová zastávka, vegetační střecha a stěna – zavlažováno srážkovými vodami, které dopadají na daný povrch (Siemiatycze, Polsko, 2018) – Fotoarchív autora

Obr. P3. 3. Ukázka zeleného opatření pro HSV – dešťová  zahrada, v rámci které jsou přirozeně zasakovány srážkové vody z přilehlých komunikací (Varšava – Marki, Polsko, 2017) – Fotoarchív autora

Obr. P3. 4. Aplikace zelených opatření v rámci tramvajového pásu, který je částečně dotován srážkovými vodami z přilehlých místních komunikací (Ostrava – Poruba, 2022) – Fotoarchív autora

Obr. P3. 5. Ukázka vsakovacího příkopu s akumulačním prostorem pro srážkové vody z přilehlých komunikací, vpravo dole je viditelný bezpečnostní přepad do veřejné stokové sítě  – Mineapolis, USA (MPR.news)

Obr. P3. 6. Aplikace dešťové zahrady (zelená vsakovací rýha / příkop) jako odvodnění přilehlých komunikací pro pěší v rámci uličního prostoru – Washington D. C., USA (DC.gov)

Stav: vydání 2022

Anotace: Obsahem pomůcky jsou informace pro postupnou náhradu zastaralých zdrojů vytápěcích systémů a přípravy teplé vody s nižší účinností a osvěta podpory instalací vlastních zdrojů výroby elektrické energie. Zpracovány jsou také jednotlivé možnosti energetické úspory v oblastech TZB systémů – klimatizačních jednotek a v chladicích systémech, umělé osvětlení vnitřní i venkovní, úsporné energetické řešení s pitnou vodou a zpětné získávání tepla při hospodaření s vodou, využití dešťových vod apod.

Upozornění k textu

Obsah

ÚVOD

Motto
Na nynější směřování Evropy je kladen prioritní důraz na ochranu klimatu a zároveň na uplatnění nových realizací atraktivních technologických řešení inteligentních sítí (Smart Girds).

Aplikace těchto řešení a systémů se může v budoucnu stát dobrým technologickým základem pro rozšíření platformy Smart Girds (inteligentní silové a komunikační sítě), což umožní monitorovat jednotlivé procesy, regulovat spotřebu a výrobu energie v reálném čase.

Zaměření pomůcky
Základním smyslem pomůcky jsou informace pro postupnou náhradu zastaralých zdrojů pro vytápěcí systémy a přípravy teplé vody s nižší účinností a osvěta podpory instalací vlastních zdrojů výroby elektrické energie.

Dále jsou zde zpracovány jednotlivé možnosti energetické úspory v oblastech technického zařízení budov (TZB) systémů – klimatizačních jednotek a v chladicích systémech, free-cooling, umělé osvětlení vnitřní i venkovní, úsporné energetické řešení s pitnou vodou a zpětné získávání tepla (ZZT) při hospodaření s vodou, využití dešťových vod apod.

Současné vysoké ceny energií
Hlavním faktorem, ovlivňujícím současnou vysokou cenu nakupovaných energonositelů, je vysoká cena zemního plynu, vysoká cena elektrické energie a systém emisních povolenek, tzv. Evropský systém pro obchodování s emisemi, který byl spuštěn v roce 2005.

Nejlevnější elektrická a tepelná energie je ta, kterou nemusíme vyrobit, která se uspoří!!!

1 ÚČEL ZPRACOVÁNÍ

Účelem zpracování pomůcky je předložit možné navržené opatření ke snížení energetických spotřeb na vytápění, přípravu teplé vody, spotřeby elektrické energie a potenciály úspor v automobilové dopravě.

Cílem pomůcky je přispět k hodnocení a přínosu vybraných souborů energetiky úsporných opatření. Hodnocení přispěje k dosažení úspor spotřeby energií (nakupovaných energonositelů pro elektrické a tepelné procesy), bude přínosem pro ekonomiku nových projektů a jejich stanovaných úsporných opatření.

Pomůcka sleduje trend ke komunální energetice, částečné decentralizace a lokální soběstačnosti energetiky.

Může sloužit při tvorbě koncepce nových nízkoenergetických staveb a nových energetických zdrojů, případě při obnovách a modernizacích systémů TZB s důrazem na nižší provozní náklady.

Hodnocení energetického potenciálu možností energetické úspory je provedeno v souladu se stávajícími platnými a závaznými předpisy v oblasti energetiky a životního prostředí.

2 ZKRATKY POUŽITÉ V POMŮCCE

3 ENERGETIKA – EFEKTIVNÍ ENERGETICKÁ ŘEŠENÍ PRO BUDOVY A TECHNOLOGIE

3.1 JAK SE DÁ OVLIVNIT SPOTŘEBA ENERGIÍ

Co nejvíce ovlivňuje spotřebu tepla v řešených stavbách a při provozu vytápěcích systémů:

• účinnosti tepelných zdrojů a doby jejich provozu;
• účinnosti tepelných rozvodů media (špatné izolace, absence odrazných fólií za otopnými tělesy, absence termostatické regulace na radiátorech v místnostech, kde jsou významné energetické zisky od slunce nebo od osob či vnitřního vybavení staveb);
• režim vytápění (prediktivní regulace s využitím předpovědi počasí, nastavená průměrná vnitřní teplota, noční útlumové teploty, přerušované vytápění apod.);
• zvýšení vnitřní teploty místnosti oproti výpočtové/nastavené referenční vnitřní teplotě;
• vliv nekvalitní regulace vytápěcího systému nebo absence jakékoliv regulace;
• lidský faktor – velice špatné energetické povědomí a chování uživatelů (otevřená okna v pokojích apod.);
• cirkulace teplé vody po budově;
• izolace potrubí rozvodů TV;
• izolace zásobníků teplé vody.

Ekonomiku provozu a návratnost nových progresivních technologií nejvíce ovlivňuje:

• cena kompletní investice (případně ceny reinvestic);
• cena případné úpravy (posílení kapacity) distribučního připojení při modernizaci technologie;
• cena nakupované elektrické energie (EE) od distribuce;
• cena nakupované energie (energonositelů) pro vytápěcí systémy (zemního plynu, dále ZP, lehkých topných olejů, dále LTO, topných olejů extra lehkých, dáleTOEL apod.) stávajícího dodavatele/distributora;
• provozní doby chodu technologie;
• hledání „optimálního“ instalovaného výkonu pro konkrétní provoz (vyvažování kapitálových výdajů, dále CAPEX a provozních výdajů, dále OPEX);
• výše podpory kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) v případech instalací kogeneračních jednotek (je stanovena každoročně cenovým rozhodnutím Energetického regulačního úřadu ERÚ, s platností na 1 rok).

Energetický management – praktické příklady:

• zvyšování energetické účinnosti na straně spotřeby, opravou nebo náhradou stejného typu spotřebiče nebo výměnou za vyšší typ spotřebiče (včetně rozšířené funkčnosti);
• optimalizace spotřeby energie (ve snímku časového dne);
• snižování energetických ztrát (využívání možného potenciálu budov);
• snižování provozních energetických nákladů – přímo závislé na nákupní ceně energie;
• využití energie z odpadů;
• využití energie z obnovitelných zdrojů;
• energetické konzultace a poradenství (předprodejní a prodejní poradenství);
• monitorování cen energií na energetické burze a u jednotlivých obchodníků s energiemi;
• kontrola a optimalizace cirkulace TV;
• využití odpadního tepla pro provoz budovy – z chlazení a z odpadní vody.

U realizace nových technologií je výhodné i realizovat základní monitoring tepelných zdrojů a výroben elektrické energie (EE), mimo jiné informace by měly být sledovány:

• denní přehledy vyrobeného tepla ze zdroje;
• denní přehledy vyrobené elektrické energie ze zdrojů EE;
• denní přehledy provozních hodin sledované technologie;
• přehledy o nastavených monitorovacích veličinách (teploty, vlhkosti, tlak apod.);
• současná cena vyrobené elektřiny a vyrobeného tepla.

Rozdělení kotelen podle ČSN 07 0703

Kotelny III. kategorie – kotelny se jmenovitým tepelným výkonem jednoho kotle od 50 kW do součtu jmenovitých tepelných výkonů kotlů 0,5 MW včetně a kotelny se součtem jmenovitých tepelných výkonů kotlů větším než 100 kW, i když ani jeden z nich nedosahuje jmenovitého tepelného výkonu od 50 kW.

Kotelny II. kategorie – kotelny se součtem jmenovitých výkonů kotlů nad 0,5 MW do 3,5 MW včetně.

Kotelny I. kategorie – kotelny se součtem jmenovitých tepelných výkonů kotlů nad 3,5 MW.

Povinnost kontroly
Kontroly kotlů a rozvodů tepelné energie je podle zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů a podle prováděcí vyhlášky č. 194/2013 Sb., o kontrole kotlů a rozvodů tepelné energie, ve znění pozdějších předpisů.

Kontroly klimatizačních systémů je podle zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů a podle prováděcí vyhlášky č. 193/2013 Sb., o kontrole klimatizačních systémů ve znění pozdějších předpisů.

3.2 JAKÉ JSOU MOŽNOSTI MĚŘENÍ A REGULACE, MONITORING PROCESŮ

HVAC (heating, ventilating, air-conditioning) je značně obsáhlá oblast, řešená v určitém rozsahu na každé stavbě. V našich klimatických podmínkách je pro udržení tepelné pohody nutné v interiéru instalovat otopný systém, případně chlazení, a obojí dimenzovat na mezní teploty (v zimě podle klimatických oblastí až -18 °C), které nastávají nebo jsou překročeny jen několik dní v roce. Celkový systém topení, větrání a klimatizace (HVAC) je tak co do kapacity předimenzován a většinu roku se musí jeho činnost regulovat jak z hlediska výkonu, tak pro celkovou ekonomičnost provozu.

Pro snížení provozních nákladů budov, úspory energií a zlepšení vnitřního prostředí je důležité správné provázání a komunikace HVAC systémů.

Klíčovou roli při zajišťování optimálního prostředí v budovách hrají čidla/snímače. Nejdůležitější snímače monitoringu a následné regulace jsou čidla teploty, termostaty, snímače tlaku a čidla koncentrací CO₂.

Regulace vodních vytápěcích systémů s možností úspor systémem IRC (Individual Room Control)

Princip individuální regulace
Dosažení nejvyššího komfortu vytápění při maximálně možných úsporách tepla lze zajistit individuální regulací teploty jednotlivých místností nebo zón (systémy IRC). Tato elektronická regulace teploty jednotlivých místností/zón je efektivní metodou pro dosažení maximálního komfortu vytápění a současně při kompletní instalaci dosahuje i více jak 10% úspory v nákladech na vytápění.

Jedná se o časově teplotní režim jednotlivých místností/zón se stejnými požadavky na vytápění jak z hlediska teploty, tak z hlediska časového režimu (místnosti jsou vytápěny jen po dobu užívání, ve zbývajícím čase je v nich udržována taková teplota, aby k jejich opětovnému vytopení na požadovanou teplotu nebylo potřeba neúměrného množství energie).

Individuální regulací teploty jednotlivých místností (IRC) se dosáhne vysokého komfortu vytápění při maximálně možných úsporách tepla. Tento způsob digitální elektronické regulace teploty jednotlivých místností je efektivní metodou pro dosažení maximálního komfortu vytápění.

Princip regulace: ve vybrané místnosti/zóně, kterou chceme teplotně a časově regulovat, je umístěno teplotní čidlo. Na každém radiátoru je chod termoregulačního ventilu ovládán elektronicky podle dosažené požadované teploty místnosti pro daný časový úsek – podmínky se programují individuálně pro jednu místnost/zónu nebo centrálně pro více místností/zón.

IRC systém nepřetržitě kontroluje stav vytápěných prostor. Nasazením tohoto systému lze dosáhnout velmi úsporného vytápění – nikde se nebude vyskytovat přetápění ani podtápět.

Konečné úspory vycházející ze seskupování aktuálních teplotních požadavků jednotlivých místností a ve sjednocování těchto požadavků při případném ovládání výkonu zdroje/kotelny (resp. při regulování přívodu tepla jednotlivých větví). Tento efekt je hlavní výhodou oproti např. regulaci zajištěné lokálními regulátory nebo regulaci podle referenční místnosti.

Specifikace základních požadavků a vlastností systémů IRC:

• optimální řízení systémů vytápění (digitální řízení na bázi mikroprocesoru);
• komunikace s prvky systému po sběrnici (bus) – příjem informací o stavu systému a příkazy k výkonu regulačních funkcí;
• možnost komunikace s PC (prostřednictvím zásuvky PC);
• ovládání prostřednictvím vhodného uživatelského rozhraní – grafický SW na PC stanici a fóliové klávesnice z řídicí jednotky;
• archivace a vyhodnocování údajů o naměřených teplotách;
• ruční nebo automatické zahájení/ukončení topné sezóny;
• možnost zálohy dat i při výpadku napájení (data zůstávají uložena v řídicí jednotce);
• v případě poruchy řídicí jednotky nebo sběrnice (bus) zajistit regulaci v místnostech/zónách autonomně jako lokální regulaci;
• v případě delších úseků/tras je možné použít „obousměrný opakovač sběrnice“ (zesiluje digitální signál);
• možnost manuálního zásahu do systému.

Funkce a vlastnosti navrženého systému

Možnosti řízení systému:

• Automatizované řízení teplot v budovách.
• Jedna řídicí jednotka může obsloužit až 512 míst (prvků systému). Regulace teplot v jednotlivých místnostech probíhá podle jejich individuálně nastavených vytápěcích režimů (jednotlivé prvky jsou adresovatelné – hexadecimální adresa).
• Zdroj tepla může být regulován v návaznosti na teplotní požadavky jednotlivých místností a na venkovní teplotu (ekvitermní regulace).
• Možnost přímého ovládání systému z PC (jednoduchý software EkoSoft).
• Možnost „přepnutí“ režimu vytápění nebo jeho částí do teplotního útlumu.
• Možnost přechodného snížení/zvýšení teploty (z řídicí jednotky nebo z místa pobytu – funkce „korekční tlačítko“ na interiérových prvcích).
• Možnost programového řízení teplé vody (TV).

Jednotlivé řízené místnosti:

• Možnost bezdrátového přenosu informací v místnosti je dána použitím prvků komunikujících prostřednictvím vysokofrekvenčního (VF) rádiového přenosu (vzdálenost od regulační jednotky v rámci místnosti neomezeně, komunikační dosah na přímou viditelnost je > 50 m).
• Možnost regulace teploty povrchu radiátoru s ohledem na to, aby radiátor zůstával vždy alespoň vlažný (eliminace mikroprůvanu od oken).
• Regulace výkonu radiátorů je zajištěna termopohony (možnost zapojení až tří termopohonů paralelně).
• Možnost připojení okenního kontaktu (umožní přerušení vytápění při otevřeném okně).
• Princip adaptivní regulace přispívá k plynulým změnám teplot a eliminuje teplotní překmity.

Zdroj/přívod tepla:

• Řízení zdroje tepla může být s vlastní typovou regulací nebo může být řešeno zpracováním na zakázku s kompletním zapojením a novým ekvitermním řízením pomocí řídicí jednotky.

Ostatní:

• Systém je vybaven mimosezónní ochranou proti „zatuhnutí“ ventilu.

Způsob realizace opatření:

• Vytápění budov pokrývající tepelné ztráty prostupem a infiltrací při nasazení systémů IRC zůstává stávající centrální teplovodní otopnou soustavou ze zdroje. Otopné plochy rovněž zůstávají se stávajícími radiátory.
• Regulace otopné soustavy zůstává stávající centrální – závislá ekvitermní regulace podle venkovní teploty. Na tuto základní stávající regulaci jednostupňovou by navázala dvoustupňová řízená regulace jednotlivých místností/zón.
• IRC systém umožní sledovat spotřebu tepla v daných místnostech. Monitorování a případné nastavování řídicího SW (názorná vizualizace na obrazovce) lze na pracovní stanici PC. Přes internet nebo pomocí telefonu se lze připojit ke sledovanému otopnému systému a zjistit aktuální stav, případně zadat příslušné instrukce a korekce. O mimořádné situaci může IRC systém informovat prostřednictvím SMS doručené na zadaný mobilní telefon. Automatické rozpoznání otevřeného okna (systém rozpozná otevřené okno, a tím i důsledek rychlého ochlazování místnosti). Automaticky přepne na tlumený provoz, aby nedocházelo k plýtvání tepelné energie. Po uzavření okna přepne na komfortní provoz.

IRC systém v současné době nabízí více systémů tuzemských i zahraničních, např.: Micronic Přerov s.r.o., Winterm, Trasco, AS Open, BMR, MER, PEVEKO a další, nebo zahraniční, např. společnosti JOHNSON & CONTROLS – řízení budov, METASYS, HONEYWELL, SIEMENS (Landys & Gyr), HEIMEIER, DANFOSS, HERZ a další.

Tento systém na základě své jisté „míry inteligence“ má zmapovány dynamické vlastnosti vytápěných konkrétních prostor a na základě těchto informací poměrně přesně ví, s jakým předstihem je potřeba zahájit vytápění, aby bylo dosaženo požadované teploty v nastaveném a předepsaném čase. To je opět velkou výhodou z hlediska optimalizace systémů vytápění a dosažení maximálních úspor při vytápění. Systémy IRC se dají řešit nadstavbou optimalizace soustavy ústředního vytápění (ÚT) na stávající systémy ÚT.

Uvedené systémy umožňují propojit i komunikační modul se zabezpečovacími obvody EZS (pro systémy Jablotron, Paradox, možno připojit i jiné systémy EZS, případně EPS).

V každé konkrétní nasazené aplikaci se musí prověřit jejich komunikační protokoly, případně využít spínaný binární vstup.

Tab. 3.1 Výstupní měrné ukazatele opatření IRC

Finanční úspora bude u navrženého opatření vždy závislá na měrné ceně nakupovaného energonositele pro konkrétní stavbu.

Doporučené podmínky pro provoz a pro rozvody UT

• HW – optimální hydraulické i termické vyvážení celé vytápěcí soustavy pro zajištění možnosti nastavení optimálních proměnných průtoků.
• Doporučení pro energeticky nejefektivnější řešení je použití tlakově nezávislých ventilů (např. Siemens).
• U nových návrhů otopných soustav používat regulační prvky s nelineární charakteristikou (např. ekviprocentní, tato je v přechodných obdobích na regulaci daleko citlivější než lineární charakteristika), autoritu regulačních prvků volit vyšší  nejlépe nad 0,5 (min. je 0,3), hodnota jmenovitého průtoku k_v by neměla být předimenzována, nově instalovaná oběhová čerpadla musí být označena značkou CE (musí být v souladu s požadavky indexu energetické účinnosti – EEI).
• Při výběru dodavatele dbejte na to, aby instalační firma disponovala proškolením od daného výrobce zařízení, a tím byla zajištěna znalost podmínek instalace a její kvalita. Pro uznání záruk je podmínkou odborné uvedení do provozu, které zpravidla provádějí specializované certifikované společnosti, které následně na Vámi zakoupeném zařízení vykonávají roční prohlídky a záruční i pozáruční servis.

Zvýšené náklady z hlediska přetápění prostor
Pro vytápěné prostory hlídat, případně nastavit vhodné teploty, aby nedocházelo k přetápění těchto prostor.

Doporučení udržení lepší provozní účinnosti topných zdrojů a v topných systémech
Pravidelná údržba topného systému a zejména zdrojů pro ÚT a TV může ušetřit až 15 % nákladů na topné médium!

3.3 MODERNÍ INTELIGENTNÍ TECHNOLOGIE ŘÍZENÍ BUDOV (IQ – INSTALACE)

Efektivní využití energie obecně

BAT technologie (the Best Available Technology) – nejlepší dostupná technologie; BAT představuje nejlepší dosud vynalezené technologie dostupné z hlediska technického a ekonomického; o BAT se často hovoří v případě, že se jedná o řešení nějakého problému zasahujícího negativně do životního prostředí.

Systém výměny informací o technologii BAT řeší § 27 zákona č. 76/2002 Sb., ve znění pozdějších předpisů a informace jsou dostupné na portálech ministerstev MŽP, MPO a MZe.

Každá budova potřebuje perspektivně stanovit hospodárný a ekologický cíl provozního režimu. Odráží to změnu hodnot od konzumního přístupu v minulosti k zodpovědnému zacházení s energetickými zdroji v budoucnosti. Toto lze řešit vybavením a provozem budovy inteligentním SW systémem pro řízení budov. Systém automatizace a „inteligence“ budov v sobě zahrnuje systémy, sítě a součásti k optimalizaci řízení budov a energetických toků. Navíc systém řízení nabízí řešení vedoucí ke zvýšení kvality vzduchu v prostorách, sjednocení hlášení požáru a bezpečnostní techniky a také řízení osvětlení a zónové (fasádové) řízení při použití nejmodernějších komunikačních prostředků. Automatizovanými pochody s možnostmi přímého zásahu se provozovatelé budov dostávají do stavu, kdy mohou uživatelům nabídnout příjemné a bezpečné podmínky prostředí. Využití tohoto inteligentního řízení má následující možnosti:

Možnosti řešení v inteligentní budově – menší budovy:

• vytápění a chlazení – individuální nastavení vnitřní teploty pro každou místnost a denní dobu;
• stínění – stínicí technika v létě zajistí optimalizaci chlazení, v zimě pasivní vyhřívání místnosti;
• osvětlení – světelné scény, stmívání, ovládání jediným tlačítkem nebo dálkově;
• řízené větrání se zpětným ziskem tepla a s řízením dle kvality vnitřního prostředí, stále čerstvý vzduch nezávisle na ročním období;
• přístup – elektronický zámek a klíč nabízí nové možnosti využití;
• zabezpečení – propojení IQ instalací s alarmem a kamerovým systémem;
• energie – integrace fotovoltaiky a efektivní využití vyrobené elektřiny;
• monitoring – sledování teplot, zaznamenávání statistik a upozornění na události;
• ovládání – jednoduše přes tlačítka nebo pomocí mobilního telefonu, tabletu, počítače;
• více možností – s IQ instalací inteligentní budovy lze řídit a ovládat téměř vše v budově
• při chlazení optimalizovat využití odváděné energie pro provoz stavby.

Inteligentní regulace vytápění v kombinaci se stínicí technikou umožní spotřebovat jen nutné množství energií, jaké je aktuálně na vytápění nebo chlazení místností potřeba. Využít je možné i nastavení centrální funkce pro odpojení spotřebičů v době nepřítomnosti. Nové možnosti pak nabízejí integrace fotovoltaiky a efektivní využití vlastní vyrobené elektřiny.

V každé budově lze automaticky řídit a optimalizovat více technických systémů. Zde jsou uvedeny možné příklady, jak automatické funkce ideálně využít:

A) nepřítomnost
B) noční režim, pohotovostní režimy
C) regulace teploty

A) Pokud je budova mimo hlavní provoz, inteligentní instalace zajistí základní opatření v optimalizaci spotřeb energií a bezpečnosti:

• odpojí nepotřebné spotřebiče od elektrické sítě;
• automaticky sníží teplotu v budově na nastavený útlumový režim;
• dokáže spustit alarm v případě vloupání nebo požáru;
• v horkých dnech se samo ovládá stínění žaluzií podle slunečního osvitu. Lepší izolace pomocí automatických žaluzií sníží spotřebu EE. S IQ instalací lze rolety nebo venkovní žaluzie ovládat v závislosti na slunečním svitu, úhlu postavení slunce nebo intenzity teploty slunečního záření.

B) V nočním režimu je pochůzné a orientační osvětlení ztlumené např. jen na 30 %. Spotřebiče v pohotovostním režimu mají nezanedbatelný odběr elektrické energie (EE) a výše nákladů na EE se každým rokem zvyšuje pouze kvůli těmto zařízením i o tisíce korun.

C) Nejvíce tepla uniká a vniká do místností přes okna. Pomocí regulace stínicí techniky lze tento efekt jak v létě, tak v zimě redukovat na minimum.

Inteligentní instalace provádí ovládání teplot ve všech místnostech. Toto lze zabezpečit i pomocí automatizace stínicí techniky. V praxi to znamená, že se žaluzie samy spustí, když bude v pokoji vlivem pasivních zisků od slunce dosaženo požadované teploty.

Řízení inteligentní budovy
V IQ instalaci inteligentní budovy je všechno centrálně řízeno malým mikroprocesorem/miniserverem. Tím odpadnou oddělená řešení pro ovládání TZB systémů a běžných funkcí v budově. Běžná tlačítka a ovládání osvětlení jsou společně se stínicí technikou, topením, fotovoltaikou a dalšími prvky chytré budovy spojeny do jednotného komplexního fungujícího systému.

Ovládání je možné jediným tlačítkem nebo mobilním telefonem, či počítačem.

EcoStruxure – architektura aktivního řízení energií – větší stavby

Možnosti inteligentního řízení:

• regulace, hlášení stavu a poruch systémů větrání a klimatizace;
• regulace, hlášení stavu a poruch systémů topení;
• regulace chladicích systémů;
• regulace a optimalizace energetického systému – systémem pro efektivní nakládání s energií a energetickým zařízením – EMS (Energy Management Systems);
• regulace a optimalizace měřeného maxima;
• regulace a optimalizace osvětlení;
• možná regulace zastiňovacích prvků osluněných částí budovy;
• ovládání záskokového zdroje;
• ovládání a hlášení poruch výtahů;
• elektronický bezpečnostní systém (EZS);
• elektronický protipožární systém (EPS);
• systém televizních kamer (CCTV);
• přístupový (kartový) systém;
• evakuační rozhlas;
• hlášení o otevřených dveřích a oknech;
• systémy nepřetržitého sledování (hlášení o pohybu osob uvnitř budov i mimo budovy);
• provozně technická hlášení (oznamování důležitých a monitorovacích provozních stavů);
• technické poplachy;
• dozor nad obvodovými konstrukcemi budovy;
• dozor nad zásobníky záložních zdrojů a nádržemi nafty, topných olejů apod.

Jednotlivé systémy mají autonomní automatiku zajišťující optimální provoz zařízení s rozsáhlými možnostmi diagnostiky provozních a poruchových stavů. Automatika systémů je zpravidla založena na mikroprocesorové technice, prakticky každý takový elektronický výrobek má své vlastní rozhraní pro připojení sériové sběrnice pro komunikaci s osobním počítačem na pracovišti obsluhy, odkud lze efektivně řídit a monitorovat činnost zařízení.

Nejmodernější řídicí systémy v budovách pracují v prostředí tzv. „otevřeného protokolu“ (jsou to například systémy TAC, M-BUS, EIB (podle ENV 13 321-2), LON MARK 3.3, LONWORKS (podle ENV 13 154-2), BAC net (podle ENV 13 321-1).

Regulace zdroje tepla a jednotlivých topných okruhů bude podřízena regulaci celé stavby, která bude koordinovaně řídit chod celého technického vybavení. To umožní optimální a hospodárný provoz těchto zařízení.

Pro funkci budov jako celku je nutný přenos informací mezi jednotlivými systémy – např. při požárním poplachu se spustí požární ventilace, vypne ostatní vzduchotechnika, uvedou se do požárního režimu výtahy, osvětlí se evakuační trasy a odblokují únikové východy. Dalším řízením bude ovládání osvětlení vytypovaných hal/prostorů/pracovišť a klimatizace jednotlivých zón prostorů haly podle stavu jejich obsazenosti, který bude vyhodnocen přístupovým systémem. Řízena může být i aktivace příslušného okruhu alarmu při narušení objektu signalizovaném zabezpečovacím systémem EPS či CCTV. Přenos dat mezi systémy elektronickou cestou je operativnější a vzniká při něm méně chyb než při komunikaci pracovníků obsluhy jednotlivých systémů.

Vzhledem k tomu, že dominantní úlohu mezi systémy existujícími v budovách má obvykle řídicí systém technologických zařízení – nejčastěji vytápění nebo VZT a klimatizace(BAS – Building Automation System), přísluší úloha systémového integrátora právě dodavateli tohoto systému.

Řídicí algoritmy pro vytápění, chlazení a vzduchotechniku mohou být řešeny v decentralizovaném řídicím systému s inteligencí rozloženou do několika úrovní. Předností decentralizovaného systému je zejména:

• zvýšená odolnost proti poruchám systému – případná porucha v určité části systému má dopad pouze na omezenou část řízené technologie;
• snadná údržba a provozní kontrola systému – regulátory jsou umístěny v těsné blízkosti řízené technologie;
• zvýšená spolehlivost – díky zkrácení kabeláže k čidlům a akčním orgánům se snižuje riziko indukování rušivých signálů po trase, současně dochází k úsporám nákladů na montáž.

Regulace otopné soustavy může být navržena přímá mikroprocesorovým programovatelným regulátorem a rozdělením topných okruhů na jednotlivé zóny v kombinaci s termostatickými ventily na jednotlivých otopných tělesech v místech tepelných zisků.

K dosažení úspor energie u jednotlivých technologických zařízení budov je možné využívat následujících postupů:

3.3.1 Vytápění, chlazení, vzduchotechnika

• Vzájemné vazby v řízení vytápění a chlazení, které zabezpečují optimální součinnost těchto systémů (systémy nepracují „proti sobě“);
• řízením výkonu zdrojů tepla a chladu podle okamžité potřeby na odběr, rozložením celkového výkonu zdrojů tepla a chladu do více výkonových stupňů, aby bylo možné respektovat časově proměnné požadavky na jejich výkon;
• řízení vnitřního klimatu budovy s ohledem na vnitřní-technologické a vnější povětrnostní podmínky;
• řízení vnitřního klimatu jednotlivých místností/zón v budově s ohledem na výskyt osob (pohybová čidla jsou zapojena do systému akčních prvků);
• využíváním systémů s proměnným průtokem vzduchu podle skutečné potřeby ve větraných prostorech;
• snižování spotřeby pravidelným krátkodobým vypínáním zařízení, neboť většina zařízení je výkonově dimenzována pro nejhorší možný případ – např. ventilátory VZT jednotek mohou být vypnuty na 10 minut každou hodinu, aniž by se to projevilo na kvalitě prostředí.

3.3.2 Osvětlení – modernizace vnitřních a venkovních osvětlovacích soustav

Nedílnou součástí budov a také významnou částí spotřeby elektrické energie je umělé osvětlení. Mezi hlavní možnosti úspory ve společnostech patří modernizace zastaralých svítidel nebo výměna starých světelných zdrojů s nízkou účinností. Níže jsou uvedeny hlavní aspekty, výhody a nevýhody obnov vnitřních osvětlovacích soustav.

Hlavní zásady při celkových modernizacích nebo obnovách vnitřních osvětlovacích soustav:

• využíváním energeticky úsporných zdrojů – přechod na světelné systémy s LED zdroji;
• aplikací časových programů pro řízení osvětlení chodeb a schodišť, automatická regulace osvětlení podle intenzity denního světla;
• vytvořením více světelných okruhů v daném prostoru tak, aby mimo hlavní provozní dobu bylo možné prostřednictvím řídicího systému snížit úroveň osvětlení.

Podmínkou pro možnost požadovaného řízení osvětlení je samozřejmě vybavení příslušných napájecích vývodů v rozvaděčích spínacími prvky. Takové zapojení rozvaděče, stejně jako rozdělení svítidel do jednotlivých světelných okruhů, odpovídajících funkčním zónám budovy, musí být zabezpečeno již v příslušném projektu. Systémy osvětlení komfortních budov bývají realizovány jako kompletní funkční celek a vybaveny vlastním řídicím systémem, který je integrován do řídicího systému budovy.

U staveb s předpokladem vyššího standardu bude vhodné uplatňovat komplexní řešení, spojující regulaci osvětlení a ochranu proti oslnění v jednotlivých prostorách a místnostech budovy tak, aby v nich bylo dosaženo optimálního osvětlení konkrétního místa či pracoviště při maximálním využití denního světla, tam, kde je k dispozici.

Modernizace vnitřních osvětlovacích soustav

Tab. 3.2 Porovnání světelného toku a měrného světelného výkonu pro jednotlivé druhy zdrojů osvětlení

Z uvedené tabulky vyplývá obrovský rozdíl mezi klasickými, halogenovými nebo fluorescenčními žárovkami na straně jedné a LED žárovkami na straně druhé. Vhodnými záměnami dosáhneme nižší spotřebu a dosáhneme větší i svítivost (větší měrný světelný tok v lumenech).

Tab. 3.3 Vybraná minimální doporučená technická kritéria pro nová LED svítidla a LED světelné zdroje

Tab. 3.4 Přehled běžných typů zářivkových zdrojů

Tab. 3.5 Běžné teploty chromatičnosti lineárních zářivek a jejich kódy

Poznámka:
U světelných zdrojů bez spojitého spektra (kam světelné diody patří) je přesnější termín náhradní teplota chromatičnosti (CCT).

Při ověřováni pozměněné osvětlovací soustavy s LED trubicemi je třeba si uvědomit, že norma požaduje udržovanou osvětlenost. Jedná se o hodnotu, pod kterou nikdy osvětlenost nesmí klesnout. U všech osvětlovacích soustav, zvláště u světelných diod s dlouhou životností, dochází k postupnému snižování intenzity osvětlení vinou snižujícího se světelného toku a postupného zašpinění. Osvětlovací soustavy jsou tedy na počátku „přesvíceny“ o koeficient, který se nazývá „udržovací činitel“. Při požadavku např. 300 lx a udržovacím činiteli 0,75 musíme na počátku naměřit 400 lx (pro 500 lx je na počátku nutné naměřit 667 lx pro daný udržovací činitel). Vzhledem k relativně dlouhé životnosti LED trubic dochází obvykle ke snížení udržovacího činitele, a proto je nutné instalovat vyšší světelný tok proti lineárním zářivkám.

Jednostranné LED trubice se instalují do stávajících těles bez nutnosti jejich úpravy (stačí nahradit klasický startér LED startérem a vyměnit trubice).

Oboustranné LED trubice se instalují do těles k tomu určených nebo je nutné stávající těleso odborně upravit (odpojit startér i tlumivku, případně elektronický předřadník).

Pozor na přehřívání při výměnách klasických zářivek za LED trubice v uzavřených zářivkových tělesech.

Záměny a náhrady žárovkových zdrojů za výkonné LED osvětlení

V případě instalací zdrojů LED je spotřeba cca 5-7krát menší ve srovnání se spotřebou klasické žárovky. Lze nahrazovat jak patice E40, E27, tak i menší patice E14 a GU10, G 9, G23, G24, MR 11, MR 16.

Poznámka:
u záměn za nové LED svítidla a LED zdroje je nutné si prověřit v technických parametrech deklarovaný účiník, ten by měl být větší jak 0,95!

Návratnost investice při změně na LED osvětlení se, vzhledem k úspoře elektrické energie 60 % a více, neodvíjí až tak od velikosti samotné investice, ale od doby svícení (čím je doba provozu osvětlovací soustavy delší, tím je úspora větší, a tím bude i samotná návratnost rychlejší).

Příklad: v provozech s třísměnným provozem se návratnost investice pohybuje zhruba od šesti měsíců. V dalším období již nová soustava LED osvětlení vytváří čistý zisk formou úspory energie.

Modernizace stávajících – zastaralých osvětlovacích soustav

Nové osvětlení, které nahrazuje stávající zářivkové systémy, může být navrženo v lištovém systému LED (zářivková svítidla s elektronickými stmívatelnými předřadníky, zářivkové světelné zdroje, které ve spolupráci s řídicí jednotkou osvětlení zajistí další energetickou úsporu při maximálním využití denního světla přicházejícího z oken, prosklených konstrukcí nebo ze světlíků).

Nastavení řízení podle konstantní intenzity osvětlení, instalace čidel pohybu, kontrola přítomnosti osob

Stálá osvětlenost (FL) udržuje svítidla zapnutá jen na předem nastavené úrovni osvětlenosti. V případě požadavku je možné úroveň manuálně přizpůsobit. Pokud není zaznamenaná přítomnost během nastaveného časového intervalu, dojde po uplynutí přechodového času k automatickému vypnutí svítidel.

Jako příklad lze uvést Philips helvar (alt. Philips dynalite) – systém dálkové správy a ovládání osvětlení pomocí řídicích jednotek iDim (Dali).

Instalace spořičů elektrické energie (EE)

Další možností úspory na osvětlovacích soustavách (vč. venkovního osvětlení) je instalace spořičů elektrické energie (převážně se jedná o řízený regulátor napětí s doplňkovým volitelným příslušenstvím). Podle provedených konkrétních měření lze generovat úsporu 5 % pro řízené halogenové osvětlení (při sníženém napětí na 221 V) a 24,7 % na venkovním osvětlení.

(zdroj: časopis Energetika 10/2015)

Metody výběru řízení umělého vnitřního osvětlení:

• dostupnost denního světla;
• obsazenost;
• počet uživatelů;
• způsob využití (plné, proměnné, občasné využití).

Řízení osvětlení s využitím denního světla

Řídicí systém využívající denní světlo měří pomocí čidel množství přítomného denního světla a podle toho upravuje množství umělého světla. Čidla mohou být instalována buď centrálně a ovládat několik svítidel/sekce nebo je na každém svítidle individuální řízení. Instalace individuálního řízení každého svítidla je dražší, ale poskytuje přesnou regulaci hladiny osvětlení pro každou část dané oblasti – na toto řízení lze použit tzv. inteligentní svítidla.

V řízení se využívají dva typy řídicích systémů využívajících denní světlo:

• Automatické zapínání/vypínání. Je důležité zahrnout do řídicího systému časové prodlevy, aby se předešlo opakovanému vypínání, způsobenému rychle se pohybujícími mraky apod.
• Automatické stmívání zajišťuje, aby souhrn denního a umělého světla vždy dosáhl požadované úrovně osvětlenosti.

Stmívání poskytuje větší energetické úspory než zapínání/vypínání a je pro uživatele jednodušší na ovládání. Automatické zapínání či stmívání, využívající denní světlo, je výhodné především v místnostech s plnou obsazeností po celý den (v recepcích, na chodbách, v trvalé výrobě apod.).

Inteligentní svítidla mají svá vlastní ovládací čidla, která signalizují zapnutí/vypnutí, stmívání atd. Ovládání může být přepnuto na manuální pomocí dálkového ovladače. Svítidla mohou být naprogramována tak, aby poskytovala konstantní udržovanou osvětlenost v instalovaném osvětlovaném prostoru. Hladina osvětlenosti a časová prodleva, která se spouští, když čidlo obsazenosti přestane zaznamenávat pohyb, může být ručně upravena pomocí ovladačů na svítidle či řízena dálkově. Případně lze ovládat osvětlení fotobuňkami snímajícími intenzitu venkovního jasu.

Ovládání využívající čidlo obsazenosti

Automatické zapínání či stmívání, využívající denní světlo, je výhodné především v místnostech s plnou obsazeností po celý den, např. v recepcích a chodbách.

Pro nasazení jsou možné tři druhy čidel obsazenosti:

• PIR (pasivní infračervená) čidla obsazenosti reagují na pohyb osob (na podkladě infračervené energie či tepla produkované lidským tělem).
• Ultrazvuková čidla obsazenosti reagují na změnu v odražených zvukových vlnách v prostoru způsobenou pohybujícím se objektem. K detekci pohybu nevyžadují na rozdíl od pasivních infračervených čidel přímý úhel pohledu, neboť detekují menší pohyby. Ultrazvuková čidla pracují ve frekvencích nad lidskou citlivostí (20 kHz); běžné provozní frekvence jsou 25, 30, a 40 kHz.
• Čidla obsazenosti s duální technologií (hybridní) kombinují PIR a ultrazvukovou technologii. Udržují světla rozsvícená, pokud jedna z obou technologií detekuje pohyb, a zhasínají světla pouze tehdy, když obě technologie nedetekují žádný pohyb (anebo naopak). Tyto produkty jsou uživatelsky přívětivější, neboť snižují pravděpodobnost, že se svítidla zhasnou, pokud je prostor využíván.

Do budoucna je doporučen i systém KNX (mezinárodní standard a otevřený protokol) – „chytrý“ systém elektroinstalace v budovách (např. Gamma KNX stmívání osvětlení pomocí řídicích výstupů s 1 až 10 V a řízení střídavých motorů u stínicí techniky a pohonů odvětrávání), který přináší nové možnosti v oblasti řízení osvětlení, stínicí techniky – ochrany proti slunečnímu záření s ochranou vlastních žaluzií před větrem, deštěm a mrazem, ovládání provozu elektrických spotřebičů, hospodárného a komfortního provozu vytápění, větrání, klimatizace apod.

Při modernizaci původní zářivkové soustavy je možné počítat s dobou návratnosti cca 6-10 let. Dobu návratnosti samozřejmě zvyšuje započítání obnovy elektroinstalace a případné doplnění řídicího systému.

Modernizace venkovních osvětlovacích soustav

Hlavní formy úsporných opatření venkovního osvětlení (VO):

• Výměna svítidel za moderní nová – s vyšší účinností.
• Realizace záměn za kvalitní světelné zdroje.
• Realizace záměn stávajících předřadných přístrojů za kvalitní moderní nízkoztrátové elektronické předřadníky.
• Skupinová elektronická regulace osvětlení (centrální po jednotlivých větvích/celcích).
• Řízená elektronická regulace osvětlení s programovým časováním (např. systémem HDO kombinovaným s astronomickým spínacím kalendářem a soumrakovým čidlem).
• Řízená elektronická regulace vlastní spotřeby v režimu STANDBY (pohotovostní režim), hibernační režim. Jedná se o režim „spánku“, kdy rozvaděč VO v době nečinnosti sám sebe vypne a běží jen v pohotovostním režimu.
• Autonomní elektronická regulace osvětlení (po jednotlivých bodech).
• Zavádění skupinových výměn světelných zdrojů.
• Dimenzování osvětlení podle aktuální konkrétní komunikace (požadavky na osvětlenost).
• Maximální omezení svícení během dne provozováním noční údržby.
• Důsledná pasportizace a evidence všech údržbových zásahů soustavy VO v elektronické podobě.
• Odstranění vzrostlé zeleně, zakrývající osvětlovací plochy pod jednotlivými osvětlovacími tělesy.
• Optimalizace počtu rozvaděčů a jejich umístění – slučováním větví (to je vhodné provádět při rozsáhlých modernizacích VO, je sice poměrně náročné, pokud se však optimalizace provede dobře, sníží při stále stejné spotřebě náklady na elektrickou energii (méně odběrných míst, a tím méně paušálních poplatků).
• Výměna kabelů s nedostatečnou izolací (možnost dosažení úspory 5 %).
• Rovnoměrné zatížení fází (možnost dosažení úspory 1 %).
• Programové řízení nočních útlumů u moderních LED zdrojů (oboustranný přenos dat, možnost dosažení úspory 20-25 %).
• Programové skupinové řízení nočních útlumů u sodíkových zdrojů snižováním napětí na 210 V až 206 V (možnost dosažení úspory 20-25 %).
• Světelná soustava bez funkce CLO (zajištění konstantního světelného toku zvyšováním příkonu vlivem stárnutí zdrojů) má počáteční příkon zbytečně vyšší, neboť tento musí zahrnovat i ztráty dané postupným poklesem světelného toku (svítidla s funkcí CLO – úspora cca 5 %).
• Instalace fotovoltaických systémů na individuální nové vytypované/odlehlé stožáry.

V souvislosti s nastavením řízení jednotlivých větví VO se v rámci úsporných opatření nastavují i přesné časy zapínání a vypínání větví VO podle soumraku a svítání (s respektováním sezónních provozních dob zapnutí a vypnutí uvedených) přímo pro řešenou lokalitu.

U soumrakových spínačů je vhodné používat typy s nízkou vlastní spotřebou danou principem „nulové hystereze“ a s kompenzací vlivu spínaného svítidla, u případných spínacích hodin používat typy s astro funkcí a GPS databází pro místo instalace (např. přístroje společnosti Finder).

Používané regulátory by měly být s certifikací a přednostně při realizaci zvolit takové, které budou mít nejlepší energetické ukazatele pro snížení spotřeby EE.

Obr. 3.1 Princip regulace svitu

Tab. 3.6 Noční útlumy

3.3.3 Regulace ¼ hodinového maxima elektrického výkonu

K důležitým funkcím řídicího systému budovy patří sledování hodnoty technického maxima, smluvně dohodnutého s dodavatelem EE. Instalací tohoto systému bude zabezpečeno dodržování (nepřekročení) této hodnoty. Vzhledem k tomu, že porušení sjednaných podmínek je dodavatelem EE sledováno a finančně zohledněno, je tato funkce z hlediska provozních nákladů velmi významná. Systém porovnává ve stanovených časových krocích (řádově desítky sekund) skutečnou a ideální spotřebu a při překročení přípustné hodnoty odpojí podle předem definované tabulky priorit některý z určených spotřebičů.

Regulační algoritmy umožňují odpínání zátěží nejen podle okamžité spotřeby, ale též podle jejího trendu, tj. podle očekávané spotřeby na konci čtvrthodiny. Priority při odpojování zátěží mohou být trvale definovány nebo může být použito cyklicky se obměňující pořadí v jednotlivých časových intervalech, případně mohou být oba způsoby kombinovány.

Systém ovšem musí respektovat též specifické podmínky při ovládání některých spotřebičů, např. uvažovat dobu rozběhu a doběhu u větších pohonů, nepřerušitelnost určitých technologických procesů apod. Ideálními spotřebiči pro automatickou regulaci spotřeby jsou setrvačné spotřebiče s dlouhou časovou konstantou, na jejichž funkci nemá krátkodobé odpojení výrazný vliv ani je nepoškozuje – např. topidla, topné kabely, elektrické kotle a topné zdroje elektrických boilerů, vyvíječe páry, chladírny a mrazírny, čerpadla, ventilátory a kompresory. Vhodné jsou i spotřebiče, jejichž výkon lze redukovat ve stupních. Regulačním zásahem lze jejich výkon omezit při zachování funkce – např. sekce svítidel, topidel nebo jedno ze souboru čerpadel.

Naopak nepřípustné je automatické vypínání bezpečnostního osvětlení a větrání, zabezpečovacích systémů, výtahů, eskalátorů, počítačů a některých dalších pracovních strojů. U těchto spotřebičů lze příslušné výstupy regulačního algoritmu považovat za varování a pokyn k ručnímu vypnutí, které může při dodržení stanoveného postupu provést obsluha. Není účelné krátkodobě odpojovat ani drobné kancelářské spotřebiče, kdy přínos nebývá vyvážen potřebnými investicemi do elektroinstalace.

Je nutné si uvědomit, že tato regulace nepřináší absolutní úsporu elektrické energie. Krátkodobě odpojené spotřebiče odeberou většinou potřebnou energii později, ale úspora vzniká na platbách při nižším sjednaném technickém maximu odběru.

Regulace odběru je optimalizována podle zvolené regulační křivky a zadaného regulačního nebo technického maxima. Jestliže průměrný trend odběru směřuje k překročení nastavené hodnoty, jsou postupně odepínány podle zvolené priority jednotlivé stupně (el. spotřebiče). V případě, kdy trend odběru směřuje pod nastavenou hranici, regulátor zpět připíná dané okruhy.

Regulátory čtvrthodinového maxima jsou průmyslové automatizační přístroje, resp. decentralizované mikroprocesorové řídicí systémy určené pro přímé řízení technologických procesů.

Regulace ¼hodinového maxima elektrického výkonu může být provedena z hlediska HW – prostředky IT, např. soupravou DINOV typ UMJ – 2 (+ modulační relé pro UMJ-2, vysílač radiového přenosu VS-8K-R a optooddělovač nebo soupravou HM2006 společnosti BMR).

Přístroje/regulátory ¼hodinového maxima mají k dispozici standardní komunikační rozhraní RS485, které slouží k dálkovému připojení PC s vizualizací a monitoringem regulace.

Možnosti zajištění a výhody hlídání ¼hodinového maxima (T15):

• regulátor zabrání překročení sjednaného technického maxima (rezervovaný příkon/měsíční nebo roční rezervovaná kapacita), a tím i následné vysoké penalizace;
• vhodné nastavení umožní smluvní snížení výše odběru;
• regulace umožňuje více využít sjednaný odběr;
• 5 pulzních vstupů (činný odběr, jalový odběr, jalová dodávka, tarif nebo činná dodávka a měřicí perioda) a 6 releových výstupů (reléové přepínací kontakty 6A/250V AC);
• monitoring a interní paměť pro měřené hodnoty;
• diagnostika odběru a ovládání na PC (s vizualizací a monitoringem regulace).

Odběrové diagramy – profily spotřeby společnosti FAQ

Rezervovaný příkon (RP) – je hodnota průměrného čtvrthodinového elektrického příkonu, která je uvedena ve smlouvě o připojení (rezervovaným výkonem – hodnota připojovaného výkonu výrobny elektřiny sjednaná v místě připojení k distribuční soustavě v MW).

Rezervovaná kapacita (RK) – je smluvně sjednaná hodnota maximálního čtvrthodinového elektrického výkonu v kW, sjednává se buď měsíční (RKM) nebo roční (RKR).

Mikrozdroj – zdroj elektrické energie a všechna související zařízení pro výrobu elektřiny, určený pro paralelní provoz s distribuční soustavou nízkého napětí se jmenovitým střídavým fázovým proudem do 16 A na fázi včetně a celkovým maximálním instalovaným výkonem do 10 kW včetně.

15minutový interval (T15) – jedná se o tzv. 1/4 hodinový výkon (příkon, maximum).

60minutový interval – údaj o výkonu v kW se číselně rovná spotřebě kWh (průběhy jsou vyrovnané, bez špiček, neobsahují potřebné detaily).

Base load – základní zatížení sítě je minimální úroveň poptávky po elektrické energii po určitou dobu, nejčastěji například denní.

Obr. 3.2 Peak load – špičkové zatížení je maximální úroveň poptávky po elektrické energii, Offpeak load – mimošpičkové zatížení

3.3.4 Regulace denního maxima odběru ZP (zemního plynu)

Regulace denního maxima odběru ZP může být provedeno z hlediska HW a SW, např. nabízenou službou konkrétního distributora (hlídání a monitoring je zajištěn osazením akčních prvků na možné odpínané spotřebiče, výstupními modulačními relé, vysílačů radiového přenosu, příslušné SW aplikace apod.).

Možnosti zajištění služby

• monitorování denní spotřeby zemního plynu;
• včasné varování v případě nebezpečí překročení sjednané rezervované kapacity;
• pokud je sjednána priorita a lze některé spotřebiče odpojit, pak automatické odpínání dohodnutých spotřebičů podle nastaveného pořadí priority.

Výhody regulace denního maxima

• vstupní měření a analýza odběru ZP zdarma provedena distributorem;
• detailní přehled o skutečné denní a měsíční spotřebě zemního plynu;
• úspora provozních nákladů za sjednané rezervované kapacity zemního plynu/sjednaná maxima.

Tuto službu nabízí někteří dodavatelé v rámci úspory nákladů formou snížení sjednané rezervované kapacity zemního plynu, případně eliminace poplatků za překročení této sjednané kapacity.

Výpočet ceny za denní rezervovanou pevnou klouzavou distribuční kapacitu ZP lze najít např. na portále Energetického regulačního úřadu (ERÚ).

Základní členění celkové ceny dodávky zemního plynu je členění na část regulovanou(provádí ERÚ a část neregulovanou, kterou si určuje „obchodník s plynem“, dodávající plyn do konkrétního odběrného místa.

Regulované složky ceny ZP (stanovuje ERÚ vždy ke konci kalendářního roku – cenovým rozhodnutím ERÚ a je stanoveno na období jednoho roku):

• cena za přepravu ZP;
• cena za distribuci ZP;
• cena za služby operátora trhu.

Neregulované složky ceny ZP (určuje dodavatel plynu):

• cena za odebrané množství ZP (komoditu);
• cena za obchod, za strukturování (flexibilitu dodávky) a další poplatky stanovené dodavatelem ZP.

Uplatnění možného řízení denní rezervované pevné měsíční distribuční kapacity platí pouze pro odběrná místa zákazníka s měřením typu A nebo B. Úspora je generovaná snížením ceny a hodnoty za denní rezervovanou pevnou měsíční distribuční kapacitu.

Podrobnosti o trhu se ZP jsou uvedeny ve vyhlášce č. 349/2015 Sb., o pravidlech trhu s plynem, ve znění pozdějších předpisů.

Efektivní řízení energetického hospodářství

Nezbytnou podmínkou efektivního řízení energetického hospodářství a nakupované kapacity jednotlivých energonositelů je úzká spolupráce energetika společnosti/uživatele, který musí při definování tabulky priorit a ostatních podmínek algoritmů řízení uplatnit vlastní požadavky na funkci jednotlivých technologických zařízení budovy.

Úroveň správy informací – operátorská pracovní stanice

Operátorská pracovní stanice bude díky decentralizované struktuře systému osvobozena od řídicích a dohlížecích funkcí. Úkolem této pracovní stanice bude předávat obsluze zpracované informace o řízeném objektu.

Mezi základní funkce pracovní stanice patří:

• zobrazení jednotlivých oblastí stavby formou dynamizované barevné grafiky;
• zobrazování textových informací o stavu řízené technologie;
• automatická alarmová hlášení s rozlišeným stupněm priority;
• možnost doplnění alarmové zprávy informací o posloupnosti činností vedoucích k vyřešení problému, automatické přepnutí do grafického režimu se zobrazením příslušné lokality;
• několikaúrovňový systém hesla umožňující rozlišit přístupová práva pro jednotlivé operátory;
• komunikace a obsluha v českém jazyce s možností přechodu při zadání hesla i do jiného jazyka.

V budově (při předpokladu vyššího standardu) bude vhodné uplatňovat komplexní řešení, spojující regulaci osvětlení a ochranu proti oslnění v jednotlivých prostorách a místnostech budovy tak, aby v nich bylo dosaženo optimálního osvětlení konkrétního místa či pracoviště při maximálním využití denního světla.

Následuje stručný výčet technologických možností, při přechodu z klasicky užívané budovy k inteligentnímu řízení, které mohou být zařazeny do investičních a provozních kalkulací do dalších období.

Cílem těchto snah by mělo být dosažení stavu, kdy budova – inteligentní budova automaticky reaguje na měnící se podmínky jejího využívání, přičemž hlavní důraz je kladen na:

• zvýšení vnitřní pohody prostředí, mající za následek zvýšení produktivity práce;
• větší flexibilitu budovy umožňující optimální přizpůsobení např. při nákupu sjednané kapacity jednotlivých energonositelů nebo změně využití některých technických provozů, změny využití místností;
• zvýšení transparentnosti složitých technických systémů budovy, umožňující efektivnější údržbu a spolehlivější bezporuchový provoz;
• snížení spotřeby energie v budově.

3.4 JAKÉ ELEKTROSPOTŘEBIČE POUŽÍVAT – ENERGETICKÝ ŠTÍTEK SPOTŘEBIČŮ – EŠ

Stanovení podle zákona č. 406/2000 Sb. ve znění pozdějších předpisů.

• Povinnosti spojené s EŠ jsou uvedeny v § 8 zákona č. 406/2000 Sb. (provedení a obsah energetických štítků a informačních listů, metody a postupy měření, určení třídy energetické účinnosti, podrobnosti obsahu technické dokumentace stanovuje prováděcí právní předpis, vyhláška č. 319/2020 Sb.nebo přímo použitelný předpis EU – Směrnice Evropského parlamentu a rady 2009/125/ES).
• § 8a zákona č. 406/2000 Sb. (požadavky na ekodesign, náležitosti označování CE, obsah ES prohlášení o shodě, postupy posuzování shody a předpoklad shody výrobků spojených se spotřebou energie, postupy ověřování požadavků na ekodesign, poskytování informací o výrobku spojeném se spotřebou energie a jeho užívání stanoví prováděcí právní předpis vyhláška č. 319/2020 Sb. nebo přímo použitelný předpis EU – Směrnice Evropského parlamentu a rady 2009/125/ES).
• Energetické štítky se vztahují především na jednotlivá zařízení/spotřebiče spotřebovávající nějaký druh energie (EE, ZP atd.).

3.5 NASTAVENÍ, SLEDOVÁNÍ A PASPORTIZACE V BUDOVÁCH

Tab. 3.7 Nastavení, sledování a pasportizace v budovách

Využití vhodného strukturovaného dotazníku pro budovy a jejich technické systémy pro podrobné zmapování výchozího stavu.

3.6 PARAMETRY PRO BUDOVY S TÉMĚŘ NULOVOU ENERGIÍ PODLE NOVÝCH PRÁVNÍCH PŘEDPISŮ

3.6.1 NZEB (budova s téměř nulovou spotřebou energie)

Budovou s téměř nulovou spotřebou energie se rozumí podle § 2 odst. 1 písm. w) zákona č. 406/2000 Sb., ve znění pozdějších předpisů „budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie by měla být ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů“. Parametrické požadavky definuje vyhláška č. 264/2020 Sb., o energetické náročnosti budov.

Plnění požadavků se prokazuje zpracovaným průkazem energetické náročnosti budovy podle vyhlášky č. 264/2020 Sb.

Tab. 3.8 Budovy s téměř nulovou spotřebou energie (NZEB) – požadavky

Tab. 3.9 Data platnosti požadavku na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v ČR

Povinnost navrhovat a realizovat budovy s téměř nulovou spotřebou energie – NZEB, která platí pro velké budovy vlastněné státem již od roku 2016, ale neznamená, že všechny novostavby budou muset být v pasivním standardu nebo že nebudou spotřebovávat téměř žádnou energii, případně že budou mít nulovou bilanci spotřebované a vyrobené energie.

Požadavky pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie po 1. 1. 2022, se označují NZEB 2022.

3.6.2 Zásady pro výstavbu energeticky úsporných budov:

• správná koncepční řešení stavby, orientace ke světovým stranám;
• progresivní nové a vysokoúčinné technologie TZB systémů;
• Smart Solutions (chytré řešení);
• ÚT – TČ nebo kombinace TČ/FVE, biomasa (vše s akumulačním zásobníkem);
• ÚT – v kombinaci se sálavými panely (nejrychlejší dynamické doplňkové topení); případně panely s parafínem (DuPont™ Energain®);
• radiátory s řízeným zatékáním, případně podlahové topení;
• TV s využitím OZE (kombinace TČ/FVE, termické solární systémy apod.);
• FVE pro částečné krytí vlastní spotřeby budovy (zálohované obvody);
• řízené větrání, vysoce účinné zpětné získávání tepla;
• vzduchotěsnost budovy;
• kvalitní izolace a kvalitní okna;
• konstrukce bez tepelných mostů a tepelných vazeb.

Obr. 3.3 Sedm kroků k pasivnímu domu

Obr. 3.4 Grafické znázornění průkazu energetické náročnosti budovy podle vyhlášky č. 264/2020 Sb.

Tab. 3.10 Charakteristické tepelně-energetické vlastnosti různých energetických stavebních standardů, Zdroj (Nagy, 2009, s.14)

3.6.3 Požadavek na součinitele tepelné vodivosti pro nové izolace

ČSN EN 12667 (73 05 69) Tepelné chování stavebních materiálů a výrobků – Stanovení tepelného odporu metodami chráněné topné desky a měřidla tepelného toku – Výrobky o vysokém a středním tepelném odporu a ČSN 72 7012-1 Stanovení součinitele tepelné vodivosti materiálů v ustáleném tepelném stavu. Metoda desky. Část 1: Společná ustanovení.

Tab. 3.11 Požadavek na součinitele tepelné vodivosti použitých izolací

Tab. 3.12 Normové hodnoty součinitele prostupu tepla U_N,20 jednotlivých konstrukcí podle ČSN 73 0540-2 pro referenční budovy novostaveb a pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Hodnoty jsou uvedeny pro rozsah teplot pro budovy s převažující vnitřní návrhovou teplotou 18-22 °C a v jednotkách [W/(m²·K)].

Pro budovy s převažující nižší vnitřní návrhovou teplotou vycházejí hodnoty U příznivěji a musí se přepočítat podle ČSN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Část 2

3.7 SEZNAMY PROVÁDĚNÝCH PROCESŮ VE SPOLEČNOSTI

Tab. 3.13 Seznamy prováděných procesů ve společnosti

Pro sběr dat a terénní práce je vhodné využití vhodných strukturovaných dotazníků pro jednotlivé mapované procesy a jejich technologické systémy pro podrobné zmapování výchozího stavu.

3.8 DOPRAVA – VOZOVÝ PARK VE SPOLEČNOSTI

V rámci sledování všech oblastí snižování energetických spotřeb ve společnostech a produkcích vytvořených emisí, se musí podle zákona č. 3/2020 Sb. (novela zákona o hospodaření energií č. 406/2000 Sb.) od 25. 1. 2020 hodnotit nově i spotřeba energie a emise z dopravy v rámci posuzovaného konkrétního energetického hospodářství. Kapitola je zaměřena na silniční dopravu (letecká, vlaková a lodní/vodní doprava je již nad rámec tohoto dokumentu), kde je zachycen i vliv dopravy na celkové emise a dokumentující evropský trend k jejich snižování.

U pozemní dopravy se hodnotí spotřebovaná roční energie přepočtená jednotně na MWh/rok a produkce emisí zejména oxid uhličitý (CO₂). Lze také hodnotit i ostatní emise typu TZL, NO_x, SO_x, PM_2,5, PM₁₀, NH₃, VOC.

3.8.1 Sběr dat, terénní práce, analýza a obsah zprávy o dopravě ve společnosti se provádí podle ČSN EN 16247-4 Energetické audity – Část 4: Doprava

V rámci veřejného sektoru (kraje, obce, příspěvková organizace státu, státní organizace založená zákonem, státní a veřejné vysoké školy apod. je hranice hodnocení (povinnost zpracovat energetický audit na své energetické hospodářství) od 500 MWh/rok. U podnikatelského sektoru je tato obecná hranice hodnocení od 5 000 MWh/rok.

Energetický specialista v rámci své činnosti musí tedy mimo jiné zmapovat vozový park dané společnosti, zjistit množství a typ nakupované pohonné hmoty ideálně v litrech za rok, podle zákona č. 406/2000 Sb., ve znění pozdějších předpisů, pak tato data vyhodnotit a zprůměrovat 2 roky po sobě jdoucí a rozhodnout, zda daný podnikatel či např. státní příspěvková organizace spadá do povinností zpracovat energetický audit.

Energetická bilance dopravy se stanovuje přes sledovanou roční spotřebu konkrétního vozidla, výhřevnost konkrétní pohonné hmoty se dopočítává k sledované spotřebě v MWh/rok a následně přepočtem přes všeobecné emisní faktory se provádí výpočet sledovaných emisí.

3.8.2 Emise a spotřeba pozemní dopravy

Hlavní emise v pozemní dopravě tvoří oxid uhličitý (CO₂), dále oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NO_x), prachové částice (PM), těkavé organické látky (VOC) a těžké kovy (např. olovo). Pozemní doprava produkuje zanedbatelné emise oxidů síry (SO_x). Největší podíl v produkci SO_x v dopravním sektoru má námořní doprava.

V aktuální environmentální politice je nejsledovanějším emisním parametrem CO₂. Produkce CO₂ je přímo úměrná množství spáleného paliva. Euro normy nestanovují limity pro emise oxidu uhličitého! Hodnoty produkovaného CO₂ jsou omezeny nařízením Evropské unie a jsou vztaženy k celé produkci automobilového koncernu, nikoliv ke konkrétnímu vozu. Emise CO₂ lze redukovat pouze snížením spotřeby paliva vozu. Při spálení 1 l paliva je vytvořeno 2,4 kg CO₂ (benzín) resp. 2,7 kg CO₂ (nafta).

Od roku 1992 byly v Evropské unii zavedeny Euro normy, které určují horní limity emisí vozidel. Euro normy jsou rozděleny do šesti kategorií, nejnovější Euro 6 byla uvedena v platnost v září 2015. Tato norma byla dále upravena aktualizacemi s podkategoriemi 6b/6c a 6d. Ke změně v hodnotách emisních limitů v rámci kategorií Euro 6 nedošlo, ovšem byl průběžně měněn systém měření emisí tak, aby více odpovídal reálnému provozu automobilů.

Pro vyhodnocení vozového parku byl vytvořen výpočetní nástroj PHMtool společnosti EnergySim s.r.o. Tento nástroj je primárně určen energetickým specialistům, pro výpočet energetické spotřeby a emisí dopravních prostředků.

Obr. 3.5 Výpočetní nástroj pro vyhodnocení vozového parku

V rámci této pasportizace je vždy zpracován seznam vozového parku ve společnosti s rozdělením na jednotlivé druhy vozidel – osobní vozidla, lehká užitková vozidla a těžká užitková vozidla (nákladní doprava), vlaková, lodní, letecká doprava:

Ze zpracované pasportizace je následně proveden SW výpočet vstupních podkladů energetického hodnocení dopravy a podkladů pro analýzu spotřeby energie v dopravě společnosti.

Tab. 3.14 Vstupy do SW výpočtu pro stanovení provozních parametrů vozového parku ve společnosti

Poznámka:
Vlaková, lodní, letecká doprava se ve společnosti neprovozuje (formou vlastnictví těchto dopravních prostředků).

Tab. 3.15 Jednotkové spotřeby energie a emise škodlivých látek

Tab. 3.16 Celkové spotřeby energie a emise škodlivých látek

Tab. 3.17 Sumární informace podle typu vozidel

Tab. 3.18 Sumární informace podle pohonné hmoty

Výpočetní nástroj má vlastní databázi spotřeb a emisí, v závislosti na typu a stáří vozů. Zároveň se nedoporučuje přebírat data z technického průkazu vozidel, jelikož nereflektují konkrétní styl jízdy ani technický stav vozidla.

Zdroj: Ing. David Staněk, EnergySim s.r.o.

Majitel společnosti takovouto podrobnou pasportizací může získat informaci, zda se na něj vztahuje povinnost zpracování energetického auditu, ale zároveň také kolik energie, emisí a peněz ušetří, vymění-li podnikový vozový park za novější, případně zkombinuje s nákupem nových elektromobilů. Z těchto údajů lze provést kvalifikovaný výpočet potenciálu úspory u vlastního vozového parku.

Tab. 3.19 Možná úsporná opatření v sekci doprava

Přehled jízd/sledování vozidel pomocí GPS – jedná se o opatření umožňující reálnou optimalizaci provozu autoparku a hlídání mimopracovních jízd (zde je nutné o této skutečnosti uvědomit řidiče tak, aby nemohlo docházet k nepřípustnému sledování jeho pohybu, zejména pokud má povoleno auto používat i k osobním účelům).

GPS-navigace také slouží k optimalizaci jednotlivých tras. Výhodou GPS monitoringu vozidel je i sledování vozidla při jeho odcizení. Orientační měrné náklady: 1 600-4 500 Kč/GPS lokátor.

3.9 ELEKTROMOBILITA A AUTA S PALIVOVÝM ČLÁNKEM

Novým trendem je postupná elektromobilita. Ta sice má nulové lokální emise (v místě svého provozu tyto mobilní prostředky nezanechávají emise), ale pro korektní vyhodnocení je nutné počítat s globálními emisemi, které v současném energetickém mixu České republiky nejsou vůbec příznivé. To, že se elektrická energie vyrobí v jiné lokalitě (převážně v dnešní době v uhelné nebo atomové elektrárně) nedělá z elektromobilu bezemisní vozidlo!

Pro korektnost ještě informace ohledně výroby (vysoce energeticky nákladná strojní těžba a zpracování vzácných kovů) a nákladná likvidace elektrobaterií: tyto výrobní procesy jsou vysoce neekologické!

Vyhláška č. 140/2021 Sb., o energetickém auditu, stanovuje hodnoty emisí CO₂. Hodnota současného všeobecného emisního faktoru CO₂ pro elektrickou energii je 860 kg/MWh. Je stanovena na základě energetického mixu ČR (při započtení všech instalovaných OZE je hodnota již mírně zkreslená a jako reálnější se jeví hodnota okolo 450 kg/MWh). Produkce CO₂ z elektromobilu by v tomto přepočtu byla oproti spalovacím motorům zhruba poloviční. Při současném energetickém mixu v ČR a současných platných emisních faktorech ČR není plná elektromobilita vhodné opatření z hlediska úspory emisí CO₂. Z environmentálního hlediska je vhodná náhrada starších dieselových automobilů za automobily hybridní.

Je pravděpodobné, že dojde k změně všeobecného emisního faktoru na EE a elektromobilita se stane vhodným opatřením i z tohoto hlediska. Její současnou nevýhodou je malý akční rádius elektromobilů. Elektroautomobil obvykle na jedno nabití ujede cca 150 až 480 km, a potom je nutné jej dobít (pozor – dojezdové vzdálenosti platí pro optimalizovanou jízdu, optimalizovanou rychlost, bez letního užití klimatizace, větrání, bez zimního topení, elektrického vyhřívání sedaček a volantů apod. – tyto spotřeby velice výrazně snižují skutečný dojezd). Nabíjení automobilu je poměrně zdlouhavé (s tímto prodlouženým časem je třeba počítat i při časech na plánování trasy, včetně naplánování kapacitně vhodných dobíjecích stanic) a v současné době je omezen i počet automobilů, které lze nabíjet současně (orientační příklad – akumulátor automobilu, který má kapacitu 50 kWh, musíme dobíjet při napětí 230 V proudem 200 A, abychom nabili akumulátor z 0 % na 100 %, trvá přibližně hodinu). Spotřeby EE se pohybují při kombinované jízdě v rozmezí 15-32 kWh/100 km.

Pro všeobecné porovnání elektromobilů se spalovacími motory je důležité upozornit, že spotřeba elektromotorů je daleko více ovlivněna stylem jízdy než spotřeba u spalovacích motorů. Např. při rychlosti 130 km/h je spotřeba cca 2krát vyšší než při optimální rychlosti okolo 50 km/h. Dále je spotřeba výrazně ovlivněna aktivitou topení, jelikož elektromobily, na rozdíl od klasických spalovacích vozů, nemohou využívat odpadní teplo z motoru. Spotřeba se zapnutým topením bude vyšší o desítky %. Není tedy dobré spoléhat se pouze na výrobcem udávané hodnoty spotřeby elektrické energie, ale brát v úvahu i reálný provoz.

Potenciál ke snížení spotřeby energie a redukci emisí CO₂ je při výměně vozů za nové velmi omezen. Snížení ostatních emisí, obzvláště oxidů dusíku a pevných částic, je možný v řádu desítek %. Z globálního pohledu spaluje elektromobil uhlí, jelikož je výroba elektrické energie z cca 57 % v ČR stále z uhlí.

Pořízení nových elektromobilů je z hlediska snížení spotřeby energie možné řešení. Emise CO₂ však při současném nastavení všeobecného emisního faktoru 860 kg/MWh se naopak navýší!!!

Je zarážející, že EE, určená pro elektromobilitu, je považována za „ekologickou“ a tatáž energie, když se použije pro vytápění, je považována za „špinavou“ a je klasifikovaná hůře než uhlí (např. EE je 2,44krát horší než hnědé uhlí tříděné podle stanoveného aktuálního emisního faktoru primární neobnovitelné energie pro elektřinu využitou v budově).

U elektromobility je nutné vzít v úvahu současné vysoké náklady na pořízení elektrických vozidel, jejich technická omezení a nedostatečnou technickou infrastrukturu pro elektromobily. Z těchto důvodů není 100% náhrada současných vozových parků za elektromobily vhodná.

Poznámka:
Automobilka Volkswagen Group v roce 2018 prodala 10,8 mil. vozů, což představuje historicky nejlepší výsledek této automobilové skupiny, do níž patří i Škoda Auto. Ovšem pouhých 55 tisíc (0,5 %) z tohoto velkého počtu bylo elektromobilů (důvod? – vysoká pořizovací vstupní cena a zcela nedostatečná infrastruktura na dobíjení elektromobilů!).

Tab. 3.20 Průměrné ceny klasických PHM v Kč/litr a alternativních paliv do 10/2021

Auta na vodík H₂ s palivovým článkem

Provoz na H₂ není v současné době v ČR možný, protože není vybudovaná síť plnících stanic. Vodík má navíc velkou nevýhodu, že je nutné jej uchovávat ve stlačeném stavu. Spalné teplo H₂ je 141,9 MJ/kg = 39,444 kWh/kg (12,760 MJ/m³ při 20 °C).

Jediné vhodné uplatnění do budoucna je spíše pro těžší vozidla s velkým nájezdem km (nákladní doprava, autobusy, vlaková doprava, tramvajová doprava, lodní doprava, ale i záložní zdroje nemocnic apod.).

Vodíkové palivové články mívají garantovanou životnost 20 000 hodin. Což je např. pro autobusovou dopravu málo, musí být provedena repase palivového článku v polovině životnosti vozidla.

Palivový článek z 1 kg H₂ při jeho 50% účinnosti vyrobí 20 kWh energie. Ovšem na stlačení kilogramu vodíku na 700 atmosfér je potřeba celých 6 kWh energie, což je poměrně hodně ztracené energie.

Tab. 3.21 Parametry současných/budoucích automobilů

Tab. 3.22 Nové emisní limity pro automobily v EU

3.10 SESTAVENÍ ROČNÍ ENERGETICKÉ BILANCE SPOLEČNOSTI

3.10.1 Energetické vstupy

Ucelené energetické hospodářství (UEH)

(možný příklad sestavení energetické bilance podle vyhlášky č. 140/2021 Sb., o energetickém auditu)

Tab. 3.23 Soupis základních údajů o energetických vstupech v MWh – energetický výpočet včetně nákladů bez DPH – průměr za poslední 2 (3) roky

Poznámky:
¹⁾ Obnovitelnými a druhotnými zdroji energie jsou považovány zdroje definované podle jiného právního předpisu.
²⁾ Bilance energetických vstupů je zpracována pro výchozí stav energetické náročnosti energetického hospodářství nebo ucelené části za období 12 po sobě jdoucích kalendářních měsíců. V případě pevných, kapalných a plynných paliv se použije výhřevnost udávaná jejich dodavatelem při obchodním styku.
³⁾ Údaje jsou výstupem z analýzy užití energie. Energie, která je exportována mimo hodnocené hranice (např. export elektřiny, tepla nebo chladu), je považována za poskytování služby a je zařazena do oblasti výrobního procesu.

Obr. 3.6 Procentuální rozložení [MWh/rok]

Obr. 3.7 Procentuální rozložení [tis. Kč/rok]

Vyhodnocení:
Z uvedeného přehledu energetického provozu je jednoznačně dominantní EE, která tvoří 67 %. Proto zaměření na hledání maximálního potenciálu úspor z hlediska nákladů jsou úspory na elektrospotřebičích.

Náklady na tepelnou energii vyráběnou v plynové kotelně tvoří jen 23 %.

Doprava tvoří 10 % z celkových finančních nákladů společnosti, takže není z hlediska potenciálu hledaných úspor tak významná.

3.10.2 Ukázka analýzy dominantního nakupovaného energonositele

Tab. 3.24 Přehled skutečné spotřeby EE v letech 2017 až 2019 (údaje o stávajících spotřebách za ucelené kalendářní roky)

Poznámka:
Ceny EE jsou za odebrané množství v MWh bez DPH včetně všech paušálních poplatků za výkon (velikosti jističů před elektroměrem, měsíční rezervované kapacity apod.).

Tab. 3.25 Analýza a podrobný přehled skutečné spotřeby EE po jednotlivých měsících

Tab. 3.26 Analýza vlastních skutečných spotřeb EE 2019

Z uvedeného přehledu vyplývá vyrovnaný odběr v jednotlivých měsících (výjimku tvoří vánoční období).

Obr. 3.8 Grafický přehled skutečných ročních spotřeb EE

3.10.3 Souhrn příležitostí pro snížení energetické náročnosti¹

Ucelené energetické hospodářství (UEH)

Tab. 3.27 Souhrnná bilance možností  snížení energetické náročnosti

Tab. 3.28 Vyhodnocenímožností snížení energetické náročnosti

Poznámka:
Tabulky jsou zpracovány vždy souhrnně pro celé energetické hospodářství. V případě, že je zpracovávána pouze na ucelenou část tohoto energetického hospodářství, jsou tabulky zpracovány pro tuto ucelenou část.
Celkové přínosy navržených možností jsou zkalkulovány tak, aby byly zohledněny možné synergické vlivy. Jedná se o maximální, technicky dosažitelný potenciál úspor souborem příležitostí.
Minimální úroveň snížení emisí a minimální úroveň úspory energie je stanovena v § 9 vyhlášky č. 140/2021 Sb., o energetickém auditu, na 10 %.

3.11 MOŽNOSTI ALERNATIVNÍHO FINANCOVÁNÍ MODERNIZACÍ TZB SYSTÉMŮ (SLUŽBY EPC, SLUŽBY EC, SPOLEČNOSTI ESCO)

EPC – Energetické služby se zárukou (Energy Performance Contracting) je komplexní služba zahrnující návrh, přípravu, zajištění financování a realizaci opatření převážně investiční a organizační povahy, které zajistí snížení provozních nákladů zákazníka zejména obecně na výrobu, distribuci a užití energie. Ušetřené provozní náklady slouží ke splácení investice, přičemž potřebné snížení nákladů je zákazníkovi smluvně garantováno. Tato metoda je možná doporučit jen pro navrhovaná opatření technického a organizačního charakteru s prostou dobou návratnosti T_s, která nepřekročí polovinu stanovené doby odpisu (z účetního hlediska příslušného hmotného majetku).

Metodou PEC se realizují energeticky úsporná opatření (na objektech, technologiích, otopných soustavách včetně tepelných zdrojů apod.) s výsledným efektem snížení spotřeby energie i dalších provozních nákladů.

Základní doporučené podmínky pro realizaci EPC podle metodiky:

T_s – prostá doba návratnosti souboru opatření zahrnutých do projektu EPC je rovna nebo nižší než 8 let.

CF – roční úspora dosažená aplikací souboru opatření zahrnutých do projektu EPC je minimálně 500 tis. Kč s DPH/rok, nebo pokud roční náklady na energie budovy před realizací projektu jsou vyšší než 2 mil. Kč s DPH/rok.

Roční úspora celkové energie dosažená aplikací souboru opatření zahrnutých do projektu EPC je rovna nebo větší než 15 % z potenciálu úspor po provedení všech energeticky úsporných opatření.

Pro doporučení realizace metody EPC by měly být všechny podmínky splněny současně.

EC – Energetický kontrakting (Energy Contracting) je dodávka energie se zárukou ceny, na klíč a bez investic zákazníka. EC je komplexní služba zaměřující se na opatření v modernizaci rozvodů a modernizaci zdrojů energie s výsledným zvýšením účinnosti výroby a rozvodu energie, nikoliv při její spotřebě a společnost těchto energetických služeb smlouvou zaručuje svým zákazníkům dodávky energie za smluvně sjednanou cenu energií.

ESCO – podstatou energetických služeb se zárukou je poskytnutí záruky za služby, které smluvní partner, společnost energetických služeb (ESCO – Energy Service Company) zákazníkovi zajišťuje.

Energetické služby, které zákazník firmě ESCO splácí, představují:

• návrh opatření řešící požadavky zákazníka na zajištění dodávek energie (tepla) do staveb;
• financování celého projektu;
• výstavbu „na klíč“ a zprovoznění zařízení;
• údržbu a provoz zařízení po dobu splácení projektu (tj. trvání smlouvy o energetických službách);
• dodávku energie (tepla) v souladu se smlouvou o dodávkách energie (tepla).

Garance obou stran jsou důležitou podmínku úspěchu

• Zákazník garantuje, že po dobu trvání smlouvy bude uvažovat se stejným rozsahem provozu (tj. odběrem minimálního množství energie (tepla) jako „před projektem“.
• ESCO garantuje, že bude dodávat energii (teplo) v množství a za cenu, která bude stanovena ve smlouvě s tím, že je znám princip dlouhodobého stanovování ceny dodávané energie (tepla).

4 NÁVRH NOVÝCH TECHNICKÝCH ŘEŠENÍ V NOVOSTAVBÁCH A V MODERNIZOVANÝCH BUDOVÁCH

Po provedení analýzy stávajícího stavu energetického hospodářství a aktuálních spotřeb nakupovaných energonositelů a jejich nákupních cen jsou navrhovány možné nové koncepce pro energetiku budov a jejich systémy TZB.

4.1 MODELOVÉ MOŽNOSTI PŘI REALIZACÍCH ZDROJOVÝCH A TZB SYSTÉMŮ A JEJICH PŘEDPOKLÁDANÉ INVESTICE

Hlavní zásady pro výběr tepelného zdroje/tepelného čerpadla:

• 1) stanovení správného technického a koncepčního řešení,
• 2) zpracovaní kvalitní projektové dokumentace,
• 3) výběr spolehlivého dodavatele a stavebního dozoru,
• 4) převzetí dokončené instalace,
• 5) optimalizace provozních režimů a přesné nastavení regulace.

ad 1) Toto je zásadní bod při volbě zdroje pro vytápění. Mezi tepelnými čerpadly s elektrickým kompresorem jsou velké rozdíly. Například systém vzduch/voda s radiátory na teplotním spádu 90 °C /70 °C má až o 50 % vyšší spotřebu elektřiny než systém země/voda s podlahovým topením.

ad 2) Kvalitní projekt je velmi důležitý. Systémy instalované bez projektu bývají preventivně předimenzované, a tudíž i zbytečně dražší. Předimenzovaný systém se špatně reguluje a některé komponenty (např. kompresor) pak může mít zkrácenou životnost.

ad 3) Tepelný zdroj je v TZB systémech velmi důležitá investice. Proto nutno vybírat podle kvality a zkušeností dodavatele a ne jen podle nejnižší ceny. Bezpečná volba je specializovaná dodavatelská společnost (s dostatečnými referencemi v historii), nikoliv běžné topenářské firmy nebo stavební firmy. Prověřte si, zda je v cenové nabídce kompletní montáž, elektroinstalace, systémy měření a regulace (MaR) a zda jsou povinné nějaké periodické/roční revize a prohlídky. Prověřte si místní prohlídkou a pohovorem s uživatelem alespoň jednu referenční stavbu vybraného dodavatele. Zjistěte si (v případě zdroje TČ), zda má tepelné čerpadlo Evropskou značku kvality Q. Kriticky zhodnoťte slibované záruky a schopnost společnosti slíbeným závazkům dostát. Zajistěte si kvalifikovaný a na dodavatelské společnosti nezávislý stavební dozor.

ad 4) Zjistěte si, kdo bude u vašeho topného zdroje provádět záruční a pozáruční servis.

ad 5) Vyzkoušejte si při převzetí způsob ovládání zdroje a systému regulace (ať jí pak energetik nemusí později nastavovat pracně podle manuálu). Zajistěte si při převzetí přímé kontakty na servis a uložte si je. Topnou křivku a teplotu vody v zásobníku (pokud je instalován) nastavte spíše níže a postupně je po malých krocích zvyšujte, pokud to bude potřebné. U novostaveb se v prvním roce chová dům odlišně než v dalších letech. Důvodem je vyšší vlhkost ve stavebních konstrukcích. Věnujte se proto správnému nastavení regulace i v druhé topné sezóně.

4.1.1 Instalace tepelných čerpadel TČ/ETČ – s kompresorem poháněný EE, možnosti systémů ústředního topení (ÚT) s těmito TČ

Obecně platí, že náklady na tepelné čerpadlo, instalované v rámci modernizace topného systému do již velice dobře zateplené stavby, mají delší dobu návratnosti než náklady na instalaci TČ do stavby špatně nebo průměrně zaizolované. V případě nedostatečně izolované obálky budovy, kdy se neuvažuje s revitalizací (zateplení, výměna oken), je instalace TČ vhodná a realizace má poměrně dobrou návratnost (v závislosti na ceně nakupovaných energonositelů).

Tepelná čerpadla vzduch/voda

Tepelná čerpadla vzduch/voda se dodávají na trh v provedení Kompakt nebo Split. Kompaktní jednotky mají v jednom boxu kompresor, kondenzátor i výparník. Splitové jednotky mají kompresorovou část v jednom boxu, výparník s ventilátorem je v samostatném opláštění.

V případě volby tepelného čerpadla vzduch/voda je třeba při výběru výrobce sledovat parametry při extrémních venkovních teplotách a hodnoty hluku. V průběhu roku se teplota venkovního vzduchu mění podle místa instalace v České republice od -25 °C až do 37 °C. Při volbě TČ je tedy velice důležité si ověřit, zda bude schopné pracovat při těchto venkovních teplotách vzduchu (pokud tedy není uvažováno se 100% dodatkovým zdrojem).

U kvalitně vyrobených zařízení není kompresor prakticky slyšet a ventilátory jsou také velmi tiché, nebývá u nich proto problém splnit požadované hlukové limity. Nevýhodou TČ vzduch/voda je, že výrazně reagují na změnu okamžité venkovní teploty změnou své účinnosti, a tím se mění i topný faktor.

Tepelná čerpadla země/voda

Tepelná čerpadla země/voda odebírají teplo nejčastěji ze svislých zemních vrtů nebo horizontálních výměníků. Podmínkou dlouhodobě dobře fungujícího zařízení je vhodně nadimenzovaný vrt nebo horizontální kolektor. Pokud není hloubka vrtu dostatečná, nepředá zemní výměník potřebné teplo a snižuje se teplota nemrznoucí směsi vstupující do tepelného čerpadla. Naopak předimenzování vrtu zvyšuje počáteční investici.

U těchto TČ je nutné provést kvalifikovaný návrh primární strany. Délky aktivní částizemních vrtů se počítají podle specifického výkonu odběru zemního tepla pro různé typy podloží. Empirické hodnoty dimenzování podzemních výměníků v různých horninových podmínkách jsou dostupné na webu Asociace pro využití tepelných čerpadel.

Výhodou TČ země/voda je poměrně stabilní teplota primárního okruhu. Tím je celoročně stabilní i topný faktor (změna teploty primárního okruhu o 1 °C, zvýší topný faktor o cca 2,5 %). Čím chladnější lokalita (nebo zimní vytápěcí sezóna), tím je rozdíl v provozních nákladech vzduchových TČ a zemních tepelných čerpadel vyšší.

Tepelná čerpadla voda/voda

Tepelná čerpadla voda/voda – se pro obnovy vytápěcích systémů obvykle navrhují velice zřídka (není převážně zajištěno dostatečné množství vody).

Výhodou TČ oproti přímotopnému vytápění přímou elektřinou je 2,5 až 4násobně nižší spotřeba elektrické energie. Velikost úspory nasazením TČ závisí na sezónním topném faktoru (SPF), který se liší podle typu primárního zdroje (země, vzduch a voda) a také podle druhu otopné soustavy (radiátory, konvektory, podlahové a stěnové vytápění). Dosahované hodnoty tohoto SPF jsou 2,5 až 4,5.

Instalace TČ do stávajících budov, kde je instalováno pouze elektrické přímotopné vytápění (tedy nejsou provedeny vodní rozvody ÚT), je poměrně nevhodná, jelikož obnáší kompletní investici do nových rozvodů ÚT a velice komplikovaný zásah do budovy. Proto u budov, kde je instalováno pouze elektrické přímotopné vytápění (a nechystá se kompletní přestavba budovy), se přechod a instalace na TČ nedoporučuje.

Pokud má investice do TČ dosahovat vyšších úspor, je nutné pořídit kvalitní tepelné čerpadlo a mnohdy ještě důležitější je dobře zpracovaný projekt.

Kvalitní tepelné čerpadlo může nevhodným zapojením a regulací dosahovat namísto například SPF = 3,5 hodnoty SPF = 2,5. Obliba TČ roste i díky pokročilým adaptivním regulacím.

TČ se doporučuje použít se speciálními celohermetickými kompresory, ve spojení s nízkoteplotními, ekologicky nezávadnými chladivy. Dále je vhodné TČ osadit číselným počítačem provozních hodin, např. ETS 429 S1L, společnosti ELVIS.

V poslední době je výhodná kombinace frekvenčně řízeného TČ s vhodně dimenzovaným fotovoltaickým systémem.

Dimenzování TČ

Pro koncepci nového zdroje je zásadní kvalifikovaný návrh dimenze TČ. Z hlediska ekonomie je kvalifikované nadimenzování TČ mnohokrát citlivější než navržení jiných zdrojů pro vytápění a přípravu TV!

Přesné dimenzování TČ znamená významnou úsporu při vstupní investici do zdroje a také úsporu v budoucích provozních nákladech!

U všech návrhů TČ je zásadní vhodně zvolit bod bivalence. Důležité pro ekonomiku provozu TČ je druh zdroje bivalence a jeho energonositel.

Bivalence – označení pro provoz TČ s přídavným, obvykle elektrickým zdrojem tepla v době, kdy jeho výkon nestačí pro pokrytí potřeby tepla. Opakem je monovalence, při níž TČ pokrývá celou potřebu tepla – otopná soustava nevyžaduje žádné další zdroje tepla.

Bod bivalence – venkovní teplota, při níž se vyrovnají tepelné ztráty budovy a výkon TČ.

Paralelně bivalentní provoz – TČ pokrývá celou potřebu tepla do bodu bivalence, předem stanovené teploty venkovního vzduchu. Poklesne-li teplota pod tuto hodnotu, připne další instalovaný tepelný zdroj. Vhodný provoz pro vytápění s teplotou topné vody do max. 65°.

Obr. 4.1 TBb (teplota bivalence)

Legenda: DZ – příkon dodatečného zdroje, B_B – bod bivalence

Dalšími bivalentními režimy u TČ jsou alternativně bivalentní provoz a částečně paralelně bivalentní provoz.

Dimenzování TČ se provádí podle ČSN EN 15 450 – Navrhování otopných soustav s tepelnými čerpadly. TČ vzduch/voda se obvykle dimenzují včetně přípravy TV na 80 %–95 % pokrytí potřeby tepla (zbytek je řešen bivalentním zdrojem). Ostatní systémy TČ se obvykle dimenzují včetně přípravy TV v rozmezí 60 %–80 %.

Obr. 4.2 Ukázka bodu bivalence u TČ země/voda

Zdroj: www.projektuj-tepelna-cerpadla.cz

Při návrzích je nutné zvážit, zda volit TČ s řízením výkonu (obvyklé rozsahy jsou od 15 % do 100 %) nebo TČ systému ON/OFF, tedy bez regulace kompresoru.

Při systému TČ s řízením výkonu většinou není potřebný akumulátor topné vody a systém je vhodný i pro kombinaci s fotovoltaickými panely.

Optimální provozní režim TČ je vhodné směřovat do období s nejvyšší spotřebou tepla.

Pokud je TČ předimenzované, pak se podstatně zkracuje jeho životnost a zvýší se spotřeba elektrické energie, zhoršuje se topný faktor (může nastat přetápění budovy).

Příprava teplé vody tepelným čerpadlem

Potřebný výkon TČ je nutné zohlednit i vzhledem k počtu osob, a tím i potřebu tepla pro přípravu TV (v zateplených novostavbách tvoří i více než 50 % celkové spotřeby tepla).

Běžný rodinný dům potřebuje pro přípravu TV navíc 0,75 až 1 kW výkonu.

Na 1 osobu se v rodinném domě obvykle počítá 0,25 kW potřebného výkonu TČ.

U větších staveb a systémů přípravy TV s TČ se provádí podrobnější výpočet na základě předpokládaného nebo skutečného odběrového diagramu spotřeby TV.

Důležité je i zohlednění současnosti provozu vytápění a příprava teplé vody.

Tab. 4.1 Základní druhy TČ

Obecně platí, že TČ vzduch/voda mají o cca 25-35 % vyšší provozní náklady než TČ země/voda a TČ země/voda frekvenčně řízená jsou úspornější cca o 5 až 10 % ve srovnání s TČ se spínáním ON/OFF.

Pokud je topný systém plánovaný jako podlahový – TČ pracuje v optimálním provozním režimu a s nejvyšším topným faktorem (SCOP/SPF – sezónní koeficient výkonnosti, Seasonal Performance Factor – ČSN EN 14511-1)

Při pohledu na budoucí provozní náklady je výhodné volit jako hlavní zdroj ÚT a TV kvalitní TČ (zejména tam, kde se uvažuje realizovat, nebo obnovit podlahové vytápění).

Podlahové vytápění se nejčastěji realizuje jako teplovodní s nízkou teplotou náběhové topné vody. Jako hlavní výhodu lze uvést velice úsporný provoz. Velkou výhodou teplovodního podlahového vytápění je nízká teplota otopné vody. Rozvody pro podlahové topení se navrhují na 35 °C. Díky tomu jsou podlahové topné systémy vhodné pro využití spolu s TČ nebo s kondenzačním plynovým kotlem.

Rozvody pro stěnové radiátorové topení (podkroví řešených budov) se navrhují na 55 °C.

Životnost TČ země/voda se pohybuje v rozmezí 15 až 20 let (při provozních hodinách 30 tisíc až 40 tisíc). Životnost TČ vzduch/voda se je řádově 15 let.

Obr. 4.3 Porovnání měrných investičních nákladů pro různé typy zdrojů

Tab. 4.2 Porovnání investičních nákladů pro RD s hodinovou potřebou tepla 10 kW

Zdroj: www.projektuj-tepelná-cerpadla.cz, aktualizovaná tabulka

Tab. 4.3 Měrné výdaje u realizací elektrických tepelných čerpadel

* Konkrétní měrné náklady jsou závislé na použité technologii TČ (vzduch/voda, země/voda, vrt/voda), způsobu umístění, instalace, způsobu regulace a pro konkrétní pracovní podmínky.

Energetická třída a energetická účinnost TČ

Energetická účinnost ηs:

• ηs = SCOP korigované o vliv regulace se zahrnutým koeficientem využití primární energie;
• zahrnuje všechny provozní režimy během roku;
• je povinně zveřejněna u všech TČ.

Rozdíly v účinnosti:

• nejúčinnější TČ mají hodnoty ηs nad 200 %;
• nejhorší kolem 100 % (chladicí jednotky vzduch/voda vyšších výkonů s funkcí tepelného čerpadla).

Obr. 4.4 Sezónní energetická účinnost vytápění

Nízkoteplotní = nedosahuje výstupní teploty topné vody min 52 °C při -7 °C.
Zdroj: www.projektuj-tepelná-cerpadla.cz

Jak hodnotit spotřebu elektrické energie TČ

• topný faktor COP – v praxi nepoužitelné, hodnota je ovlivněna různými otáčkami kompresoru, nejsou zohledněny spotřeby ostatních pomocných zařízení;
• průměrný roční topný faktor SCOP – ideální, ale většina výrobců/dodavatelů ho nezveřejňuje.

Sazba pro provoz tepelných čerpadel

Pro provoz TČ je vhodné zřídit samostatnou dvoutarifovou sazbu určenou pro systém vytápění s tepelným čerpadlem a operativním řízením doby platnosti nízkého tarifu po dobu 20 hodin. Podmínky pro provozování této sazby jsou dostupné u příslušného distributora EE.

Problematika hluku a tepelných čerpadel

Při kolaudaci realizace s TČ by mělo být doloženo měření hlučnosti – přesněji „hladiny akustického tlaku – A“ akreditovanou společností. Hygienické limity jsou uvedeny v Nařízení vlády č. 272/2011 Sb. o ochraně zdraví před nepříznivými účinky hluku a vibrací, ve znění pozdějších předpisů (celá problematika je dána zákonem č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů, ve znění pozdějších předpisů). Proto je v projektové fázi konkrétní instalace TČ vhodné provést tzv. studii hladiny akustického tlaku pro konkrétní návrh a umístění TČ.

Hygienické limity jsou v současnosti:

• 50 dB(A) ve dne a 40 dB(A) v noci pro RD;
• 40 dB(A) ve dne a 30 dB(A) v noci pro BD.

Důležité parametry při návrzích konkrétních TČ:

• Vyžádat si energetický štítek navrhovaného TČ!!!
• Prověřit, zda má tepelné čerpadlo Evropskou značku kvality Q.

Další důležité parametry:

• Hladina akustického tlaku – A (definování v určitém místě v prostoru, např. 1 m od instalovaného TČ) – výsledná hodnota je uváděna v dB(A).
• Hladina akustického výkonu (jde o vlastnost zdroje hluku, u TČ – definovanými otáčkami ventilátoru, průtokem, dopravním tlakem apod.) – výsledná hodnota je uváděna v dB(A).
  Nestačí sdělení výrobce, že hlučnost TČ je 50 dB(A) (pozor je to logaritmická stupnice!!!, např. zvýšení výkonu instalace TČ o 100 % – instalovány 2 ks, TČ v kaskádě znamená zvýšení akustického tlaku o 3 dB).

4.1.2 Chlazení tepelnými čerpadly – free-cooling

Přichlazování topnou soustavou je v dnešní době čím dál žádanější. Jeden systém snižuje investici, protože dokáže chladit, vytápět a případně i ohřívat teplou vodu. Chlazení tepelnými čerpadly bez zdravotních rizik a bez nepříjemného průvanu jako od klasických chladicích systémů.

V letním období lze TČ při celoplošném podlahovém, stropním či stěnovém kapalinovém vytápění (částečně i při radiátorových rozvodech do cca 18 °C) využít jako chlazení – reverzní chod. Budovu můžete příjemně ochladit bez hluku a průvanu od klimatizačních jednotek (ušetří se investice v budoucnu za klima jednotky, jejich údržby, pravidelné servisy, čištění a realizace odvodů kondenzátu).

U tohoto systému se není potřeba bát studených nohou, protože při chlazení podlahou má podlaha teplotu od 20 °C do 24 °C. Zdrojem chladu může být TČ vzduch/voda, nebo pokud použijete systém země/voda s vrtem, lze získávat chlad přímo ze země, aniž by TČ muselo zapnout kompresor, zapínají se pouze oběhová čerpadla do podlahového topení – tzv. free-cooling (volné chlazení). Zároveň se tímto systémem provozu TČ regenerují – ohřívají vrty pro budoucí zimní sezónu.

Free-cooling (volné/pasivní chlazení) – tato technologie využívá nízkých venkovních teplot pro výrobu chladu (chladicí vody) bez nutnosti používat kompresorové chlazení. Provoz free-coolingových jednotek je z energetického hlediska velice nenáročný, protože při tomto druhu chlazení jsou poháněny EE pouze ventilátory, které nasávají vzduch skrz lamelový výměník s nemrznoucí kapalinou, která své teplo odevzdává do vzduchu, a tím se ochlazuje, přičemž elektrický příkon ventilátorů bývá v porovnání s příkonem kompresorů pouze desetinový.

Výhody pasivního chlazení:

• při provozu TČ v režimu chlazení neběží kompresor;
• v režimu chlazení odpadá problém s hlučností a chladným prouděním, nevysušuje se vzduch;
• pouze jedna soustava pro předávání tepla a chladu;
• zlepší se celoroční COP (nižší provozní náklady).

Nevýhody pasivního chlazení:

• není možné dosáhnout nízkých teplot jako u aktivního chlazení ;
• pro potřebu chlazení jsou nutné poměrně velké přestupní plochy (zpravidla neodvede celou tepelnou zátěž);
• TČ musí být dovybaveno výměníkem pro pasivní chlazení a přepínacím 3-cestným ventilem (topení na chlazení);
• pro výkonnější systém pasivního chlazení je nutnost realizace vrtů.

4.1.3 Instalace plynových tepelných čerpadel (PTČ)

GAHP – Gas-engine Heat Pump – označení pro plynové absorpční tepelné čerpadlo.

PTČ je výjimečným řešením potřeb vytápění s vysokou přidanou hodnotou, protože odpovídá jak nejnovějším současným, tak budoucím požadavkům na energetickou účinnost při racionálním využití přírodních zdrojů a obnovitelné energie z nich.

Je všestranně vhodným řešením pro modernizaci nebo zefektivnění stávajícího vytápění budov, a to díky možnosti integrace do tradičního vytápěcího systému s ohřevem vody na vyšší teploty (radiátory). Je nejvhodnějším řešením pro novostavby, kde je plánovaný nízkoteplotní systém podlahového vytápění nebo ventilátorové konvektory (fancoily).

Funguje jednoduše převážně na zemní plyn stejně jako kotel, avšak poskytuje mnohem více. Je to tepelné čerpadlo o vysoké účinnosti, které využívá jako zdroj obnovitelnou energii z okolního vzduchu, který je stále k dispozici. Plynová tepelná čerpadla se vyznačují levnějším provozem v porovnání s elektrickými tepelnými čerpadly, ale mají nižší topný faktor (COP).

Je kompaktní řešení vše v jednom, které zásadně zjednodušuje instalaci respektováním všech technických norem. Při instalaci není nutné žádné složité sladění se stávajícím zdrojem, jako je tomu například při instalaci solárních systémů. Pouze malé množství mechanických komponentů vyžaduje pouze minimální údržbu. Na zařízení se nevztahují požadavky právních předpisů týkající se F-plynů, protože používá přírodní chladivo, které nemá vliv na globální oteplování či poškozování ozónové vrstvy.

Díky využití „odpadního“ tepla motoru a spalin se zvyšuje celková účinnost tohoto typu topení. Z ekologického hlediska hraje podstatnou roli rovněž využití zemního plynu nebo LPG, tedy paliv charakteristických velmi nízkými emisemi. Výsledkem je tak mnohem nižší elektrická zátěž vytápěných, případně chlazených budov. Z hlediska celkové úspory spotřebované a získané energie je důležitým parametrem takzvaný topný faktor tepelného čerpadla, přičemž jeho vyšší hodnota značí efektivnější a úspornější vytápění. Při provozu tepelného čerpadla je teplo uvolňováno nejen z chladicího okruhu sestávajícího z plynového motoru a kompresoru, ale také ze spalin, takže dochází k efektivnímu využití takzvaného „odpadního“ tepla, případně chladu.

Plynové absorpční tepelné čerpadlo využívá teplo okolí pro vytápění a přípravu teplé vody. Ve srovnání s kompresorovými tepelnými čerpadly má výrazně nižší topný faktor. Pro vlastní pohon nevyužívá elektřinu, ale zpravidla zemní plyn. Jmenovitý topný faktor se pohybuje obvykle okolo 1,6 až 1,7, průměrný sezónní topný faktor (za celou topnou sezónu) se pohybuje na hodnotě 1,2. To znamená, že plynové absorpční tepelné čerpadlo dodá o 20 % více tepelné energie, než kolik spálí zemního plynu.

Částečnou výhodou plynového absorpčního tepelného čerpadla je fakt, že není považován za kotel, tedy stacionární zdroj emisí, a tímto se na něj nevztahují povinné zákonné kontroly a posouzení, jako na plynové kotle.

Běžné návratnosti bez dotací se pohybují od 20 do 40 let.

Návratnost závisí především na době využití tepelného čerpadla, na teplotách výstupní vody z tepelného čerpadla (čím vyšší teplota vody, tím nižší topný faktor, tím delší životnost).

Na plynová absorpční tepelná čerpadla (jedná se o alternativní zdroj energie) lze využít dotační tituly pro instalaci OZE.

Obr. 4.5 Porovnání jednotlivých sezónních účinností plynových kotlů, plynového tepelného čerpadla, plynového absorpčního čerpadla a elektrického tepelného čerpadla

Možné typy pro doplnění stávajících vytápěcích systémů

Plynové tepelné čerpadlo K 18 systému vzduch/voda o výkonu 18,9 kW a příkonu hořáku 11,2 kW využívá zemní plyn a energii ze vzduchu pro vytápění a ohřev teplé vody.

Plynové tepelné čerpadlo GAHP-A INDOOR systému vzduch/voda o výkonu 38,3 kW. Účinnost spalování (%): 151 % (pracovní podmínky A7/W50) využívá zemní plyn a energii ze vzduchu pro vytápění a ohřev teplé vody. Spotřeba plynu: zemní plyn G20 2,72 m³/h. Hladina hluku: při minimálním výkonu 39 dB(A), při maximálním výkonu 42 dB(A) v 10 m.

Výhody nasazení PTČ:

• všestranné řešení pro modernizaci nebo zefektivnění stávajícího vytápění;
• vzdálený dohled nad tepelným čerpadlem je součástí programu ROBUR;
• podporovaná technologie v rámci možných dotačních programů.

Ceny jednotlivých instalací podle možných použitých tepelných výkonů

• 18 kWtep – 270 000 Kč bez DPH a 300 000 Kč bez DPH – provedení „indoor“;
• 38 kWtep (pracovní podmínky A7/W50) – 498 000 Kč bez DPH;
• 2 x 38 kWtep (pracovní podmínky A7/W50) – 945 000 Kč bez DPH.

Jednotlivé ceny jsou uvedeny včetně potřebného příslušenství, regulace DDC – digitální ovladač a komunikátor GPRS RS232 pro TČ a včetně nákladů na uvedení do provozu.

Tab. 4.4 Maximální (limitní) měrné výdaje u realizace nové jednotky – plynové tepelné čerpadlo na zemní plyn

* Technologie vzduch – voda a pro pracovní podmínky A7/W50

Finanční úspora se u těchto navržených opatření s TČ počítá vždy podle měrných cen nakupovaných energonositelů pro danou stavbu.

4.1.4 Možný návrh fotovoltaického systému (FVE), akumulace elektrické energie – BESS a řešení předehřevu u přípravy teplé vody – TV

Obr. 4.6 Možnosti umístění prvků FV systému na budovu (BIPV)

Realizace a uplatnění integrované fotovoltaiky do fasádních systémů (BIPV) spojuje hlavní výhody:

• fasáda vyrábí elektrickou/obnovitelnou energii;
• principiálně funguje jako skleněná fasáda;
• jedná se o výrazný architektonický prvek.

Ve spojení s vysoce tepelně izolovanými obálkami budov nabízí BIPV perfektní řešení pro naplňování rostoucích požadavků na udržitelné a energeticky účinné budovy. S BIPV mohou architekti, vývojáři a projektanti kombinovat inteligentní moderní technologie s vysoce kvalitní a progresivní architekturou.

Obr. 4.7 Barevná ukázka pro možné realizace fasády s použitím FVE a semitransparentní fasády

Další možné aplikace systému FVE:

• semitransparentní fasády a střechy (speciální FV moduly, Onyx Solar);
• skleněné výplně, izolační skla se zabudováním fotovoltaiky (semitransparentní);
• zastřešené kryté parkovací stání;
• skleněné zábradlí, lodžie u bytových domů;
• skleněné stříšky, semitransparentní stínění, zimní zahrady a atria;
• integrace místo střešní krytiny.

Obr. 4.8 Principiální blokové schéma řešení v hybridních systémech FVE se střídači a s akumulací do aku-baterií

Legenda:
(1) FV panel – střídač – síť
(2) FV panel – střídač – akumulátor
(3) Akumulátor – střídač – síť
(4) Síť – střídač – akumulátor

Konkrétní topologie, konfigurace a kapacitní velikosti FVE/AKU se dimenzují přímo na skutečné spotřeby EE ve společnosti a kapacitní možnosti umístění FVE.

Dnešní FVE i hybridní HFVE s akumulací se nenavrhují kapacitně na „velikost střechy – systémem co se tam vejde“, ale na maximální efektivní využití FVE (pokrytí elektrické spotřeby budovy z výroby FVE) s minimálními přetoky. Vždy záleží v konkrétní instalaci na rozložení spotřeby v čase a současného výkonu FVE, případně na snížení hodnoty rezervovaného instalovaného výkonu, či na snížení hodnot hlavního jističe před obchodním měřením!

Zásadní je optimalizovat velikost FVE (výrobu elektrárny) tak, aby odpovídala co nejvíc spotřebě elektrické energie v místě instalace.

Při realizaci vlastní FVE by měly být použity takové technologie a typy technického vybavení a topologie FVE, aby byly maximalizovány/optimalizovány zisky z instalovaného systému FVE (maximální měrný instalovaný výkon na plochu, vysoká provozní účinnost panelů a měničů, bezpečnostní a ochranné prvky apod.).

Při realizaci fotovoltaických panelů na střechy nedochází k podstatné změně vzhledu dotčených staveb ani nedochází ke změně způsobu užívání dotčených staveb a nová FVE nezhorší statickou odolnost stavby (je nutné zajistit v předstihu statické posouzení střechy s instalovanou FVE statikem s příslušnou autorizací ČKAIT).

Dále musí být respektována podmínka, že provedení celé FVE negativně neovlivní požární bezpečnost stavby (zajistit v předstihu požárně bezpečnostní řešení – PBŘ na novou instalaci FVE od příslušného specialisty).

Poznámka:
Všechny střechy, s dřevěnou nosnou konstrukcí jsou zařazeny do kategorie vysokého požárního zatížení podle ČSN EN 62 305-2 ed. 2.

Fotovoltaické systémy s akumulací elektrické energie (BESS)

Náběhy velkých točivých strojů a další vysoké odběrové špičky ve výrobních procesech potřebují vysoký špičkový výkon po krátkou dobu, např. náběhu. V běžné praxi se tato situace ve společnostech řeší instalací většího jističe před obchodním/fakturačním měřením, kterým si společnost zajistí dostatečně vysoký příkon, ale ne krátkodobě, nýbrž neustále, a to stojí peníze. Pokud si ale společnost pořídí akumulační baterii, zvládne tyto krátké špičky pokrýt s výrazně nižším příkonem z distribuční sítě. Stačí jí proto si z distribuční sítě sjednat nižší rezervovaný příkon, a platit tak menší měsíční paušál za tuto poskytovanou službu. Při současném instalovaném příkonu v řádu stovek kilowattů a vyšším může baterie ve společnosti přinést úsporu v řádu desítek tisíc korun měsíčně.

Primární funkcí aku-baterií je tedy vyrovnávání krátkých špiček v odběru EE, aku-zařízení se nazývá SAS – špičkovací akumulační stanice.

Možnosti úsporných a provozních opatření při instalacích SAS:

• akumulace elektřiny;
• omezení čtvrthodinových maxim;
• snížení rezervovaného výkonu – regulace výkonu (nabíjení/vybíjení);
• provozní kapacitní záloha pro doběh technologií;
• možnosti ostrovních režimů – mikrosítě;
• zjednodušené plánování odběrového diagramu;
• filtrace a vykrývání mikrovýpadků z distribuce – a tímto minimalizace škod z odstavení výrobních technologií, zde jsou úspory násobně větší než optimalizace ¼hod. maxim;
• regulace kvalitativních parametrů dodávek EE.

UPQ – Uninterrupted Power Quality – nepřetržitá kvalita elektrické energie:

• režim ochrany napájení;
• ochrana kritických zátěží před poruchami napětí a výpadky napájení;
• vysoká účinnost (99 %);
• vynikající životnost (15 let);
• provozní režim kvality elektrické energie;
• zmírnění harmonických proudů a napětí;
• celková kompenzace jalového výkonu;
• zmírnění kolísání napětí a flicker efekt;
• flexibilní design;
• modularita umožňuje široký rozsah výkonu od úrovně nízkého až středního napětí;
• podpora spouštění motoru s přímým připojením (DOL);
• možnost ochrany společných napájecích systémů pomocí jednoho UPQ;
• neomezuje zkratový proud, což zaručuje provoz pojistek a selektivitu.

Posun od centralizovaně řízené energetiky k decentralizované energetice:

• starty „ze tmy“ při blackoutech a následný přechod do ostrovního provozu a po modernizaci sítě zpět na standardní napájecí soustavu;
• snižuje vlastní spotřebu EE;
• flexibilita stávajícího provozu;
• baterie zvýší rozsah regulačních schopností;
• eliminace působení opětovných zapnutí a krátkodobých podpětí či přepětí (baterie zajišťuje také vyšší kvalitu elektřiny dodávané do lokální distribuční sítě).

Tab. 4.5 Přehled parametrů současných nejčastějších baterií

Pro bateriový systém je doporučeno použití prismatických článků s pevným pláštěm nebo válečkové články (jsou odolné proti nafouknutí).

Použité baterie – doporučený typ LFP – LiFePO4 (nevytváří zkraty mezi anodou a katodou jako články cobaltové, např. LNMC) musí být kompatibilní s použitými střídači.

Použité baterie musí být kompatibilní s použitými střídači a opatřeny systémem BMS (battery management system), který zajistí provozování baterií v nastaveném intervalu. Zvolený systém BESS by měl zahrnoval i řízení výkonu z FV (dobíjení + vybíjení baterií) a dodávku výkonu – EMS řízení (energy management system). EMS si řídí kapacitu a stav nabití baterií (SOC – State Of Charge).

Systém nabíjení (vč. balancování) a vybíjení (aktivní/inteligentní balancování) musí být přes regulátor, který je pro použitý typ baterií určen (balancér je mimo balancování článků velmi důležitá ochrana proti nevratnému poškození baterie).

Všechny systémy BESS by měly být monitorovány (Modbus – protokol) přes Web a iOS/Android APP.Připojení přes ETHERNET, měření EE provádět přes kompatibilní elektroměr. Komunikace mezi BESS a příslušným střídačem v rámci dodávky do stavby probíhá převážně systémem CAN/RS485.

Systém BMS monitoruje a řídí:

• řídí nabíjecí a vybíjecí napětí (omezí špičky např. z významných indukčních spotřebičů);
• řídí nabíjecí a vybíjecí proud (omezí nadměrné vybíjení baterie);
• sleduje celkovou uloženou energii (hlídá úroveň nabíjení baterie SOC, omezí přepětí během nabíjení);
• sleduje celkovou dodanou energii (hlídá úroveň vybíjení baterie DOD, omezí podpětí během vybíjení);
• sleduje vnitřní impedanci článků (omezí přehřátí a podchlazení baterie);
• hlídá celkovou kondici baterie SOH, omezí přebití článků baterie mimo povolené provozní napětí, celkovou dobu provozu;
• BMS komunikuje s EMS systému přes rychlou CAN sběrnici;
• při špičce odběru dodá z AKU okamžitý špičkový výkon do zátěže;
• při nízkém odběru zajistí uložení EE do AKU.

Výhody kombinací FVE a bateriových systémů:

• kombinace nových špičkových technologií;
• použitím tří hybridních systémů lze vytvořit síť 400/230V, 50 Hz;
• využívání nového zdroje jako pojistky proti budoucímu růstu cen elektřiny z distribuční soustavy;
• zajištění dodávek elektřiny v případě blackoutu pro důležité provozní spotřebiče (dokončení výrobního procesu a výrobku, minimalizace zmetkovosti);
• zájem o dosažení vlastní energetické úspory;
• využití virtuální akumulace prostřednictvím distribuční sítě;
• budoucí využití „net meteringu“ (při řešení přetoků, výkupy EE za momentální (spotovou) tržní cenu, při obchodování s EE na burze);
• uložení přebytků EE vzniklých za víkend (spotřebuje se v pracovním týdnu);
• omezení špiček spotřeby, a to okamžitou dodávkou výkonu z AKU (peak shaving) klesající ceny fotovoltaických a bateriových systémů.

Předpoklad umístění AKU baterií bývá vedle rozvaděče FVE (podle následného zpracování požárně bezpečnostního řešení může dojít k tomu, že se pro BESS bude jednat o samostatný požární úsek!!!).

Příklad z praxe č. 1 – Baterie Li-Ion o výkonu 100 MW a kapacitě 129 MWh uskladní energii na pokrytí spotřeby zhruba 30 tisíc domácností po dobu jedné hodiny.

Příklad z praxe č. 2 – rozšíření stávajícího zdroje C-Energy v teplárně v Plané nad Lužnicí o fotovoltaickou elektrárnu o výkonu 520 kWp a bateriové úložiště o celkové kapacitě 2,5 MWh a výkonu 4,0 MW. Jedná se o unikátní spojení konvenčního zdroje tepelné a elektrické energie s obnovitelným zdrojem s akumulací. Je to v současné době největší bateriové úložiště v ČR. V kombinaci se stávající parní turbínou a plynovými motory je tak díky vysoce výkonným bateriím celý zdroj schopen poskytovat podpůrné služby přenosové soustavě v kategorii MZ5 (minutová záloha).

Obr. 4.9 Ilustrační foto: zdroj AES Energy Storage

Tab. 4.6 Průměrné měrné výdaje u realizace síťové FVE bez akumulace EE

* Cena je odvislá na použité konfiguraci FVE, její topologie a použitého konstrukčního systému pro uchycení panelů.

Tab. 4.7 Průměrné měrné výdaje u realizace akumulace/AKU EE z výroby FVE

* Cena je odvislá od použitých typů akumulátorů, systému BMS a jejich instalace a platí do kapacity 400 kWh (bez technologie chlazení). Nad tyto kapacitní výkony je cena vždy individuální podle druhu a topologie instalace BESS.

Fotovoltaické systémy s akumulací do vody

Obr. 4.10 Principiální blokové schéma předehřevu u přípravy teplé vody – TV

S klesajícími cenami fotovoltaických panelů se stává aktuální možnost ohřevu teplé vody pomocí fotovoltaiky. Ohřev vody pomocí solární elektřiny začíná být ekonomicky zajímavější než běžná termická solární technologie. Fotovoltaický ohřev vody výrazně zlepšuje ekonomiku ostrovního solárního systému, protože umožňuje snadno zužitkovat přebytky energie v letních dnech. Na trhu jsou již k dostání ohřívače s možností napojení na fotovoltaický zdroj energie. K ohřívačům jsou na trhu i levné měniče napětí s modifikovanou sinusovkou.

Instalace fotovoltaických panelů má největší efekt u staveb, kde se pro přípravu TV používá elektrická energie. Samotné panely nemusí nutně být přímo na řešené stavbě, může být instalována na přidružených stavbách typu nadstřešní, pergola apod., zapsaných v katastru nebo integrována do pevných konstrukcí spjatých se stavbou (předsazené fasády, zábradlí, slunolamy apod.). Vyrobená elektrická energie se jednoduše pomocí kabelu převede do místa spotřeby. Takto nevznikají náročné stavební zásahy do stávajících staveb jako v případě termických kolektorů.

V tomto úsporném opatření se jedná o menší/malý fotovoltaický systém pro výrobu a akumulaci vyrobené elektrické energie do vodních akumulačních zásobníků.

Sestava může být doplněná o nádrž na ohřev teplé užitkové vody a inteligentní regulaci iBoost Plus.

Inteligentní regulace iBoost Plus dokáže rozpoznat, kdy je elektřiny přebytek a tyto přebytky dokáže přesměrovat do ohřevu teplé vody ve stávajícím, nebo v dodaném akumulačním zásobníku. iBoost Plus maximalizuje využití vyrobené energie z FVE v objektu tím, že zabrání, aby elektřina odtekla do distribuční sítě nevyužitá. Regulace je bezdrátová. Není proto potřeba ve stávajících stavbách dělat razantní úpravy elektroinstalací.

Zásobník TV je možné použít dvojím způsobem – buď na předehřev vody, nebo jako primární zdroj teplé vody. V obou případech dochází k výrazným úsporám za energie.

Předehřev vody

Stávající, nebo dodavatelem dodaný zásobník TV je nahřívaný pouze pomocí energie ze slunce. Je předřazen hlavnímu již existujícímu zásobníku na TV, který je ohříván elektřinou, plynem nebo jiným energonositelem.

Ohřev vody

Stávající, nebo dodavatelem dodaný zásobník TV, je jediným zdrojem teplé vody pro budovu. TV je primárně ohříván energií z FVE, tedy ze slunce. Ale pokud je slunečního svitu nedostatek, třeba v zimě, použije se na dohřev vody např. elektřina ze sítě.

Sestava FVE obsahuje FV panely, inteligentní regulaci iBoost Plus, střídač a propojovací kabely.

Modulové řešení

Velikost fotovoltaické elektrárny – modulový příklad:

FVE o instalovaném výkonu 2,88 kWp – FV panely – 360 Wp – 8 ks.

Roční výroba EE – podle způsobu a umístění FV panelů (sklon a orientace k jihu, zastínění apod.) 2 600-2 900 kWh/rok.

Kapacita FVE podle konkrétních potřeb na přípravu TV v budově se dá modulově rozšiřovat.

Běžné účinnosti panelů: 16-21 %.

Optimální velikost zásobníku TV při ohřevu pomocí FVE: cca 80-120 litrů/1 kWp.

Orientační velikosti střech pro instalaci panelů (kopírující sklon střechy): 6-10 m²/1 kWp.

Průměrné měrné produkce pro střešní instalace:

Orientační roční produkce FVE (podle konfigurace a topologie FVE, lokality apod.):

880-1 050 kWh/1kWp.

1 m² FVE vyrobí cca 150-180 kWh/rok.

Důležitý poznatek z reálných provozů FVE:

Produkce FVE v měsících 04 až 08 tvoří 61 % z celkové roční produkce.

Zbylé měsíce 01-03 a 09-12 tvoří jen 39 % z celkové roční produkce.

Zimní denní produkce je cca 5-10krát menší než letní! Tedy pouze 10 až 20 % ve srovnání s letní produkcí!

Tab. 4.8 Průměrné měrné výdaje u realizace FVE pro předehřev přípravy teplé vody – TV

* Cena je odvislá na použité konfiguraci FVE, její topologie, použitého konstrukčního systému a použité aku nádoby a její velikosti

Povinnosti při realizaci FVE a parametry produkcí FVE v ČR podle právních předpisů:

• Do 10 kWp – mikrozdroje bez licence
  Vyhláška o podmínkách připojení k elektrizační soustavě č. 16/2016 Sb. (§ 3 – klasický proces připojení a § 16 – zjednodušený proces připojení mikrozdroje k DS), + PPDS, Příloha č. 4 aktualizovaná, aktuální cenové rozhodnutí ERÚ a další.
• Nad 10 kWp – NUTNÁ licence, registrace u OTE.
• Nad 20 kWp – NUTNÁ licence + stavební povolení, registrace u OTE.
• Nad 30 kWp – dtto předchozí + platí se daň z vyrobené EE, výkazy na OTE + řízení výkonu 0, 100 %.
• Nad 100 kWp – dtto předchozí + dispečerské řízení výkonu 0, 30, 60, 100 %.

Hlavní zásady před započetím prací na FVE/AKU v rámci přípravy:

• zpracování realistické studie proveditelnosti záměru realizace FVE/AKU;
• správně nadimenzovat velikost FVE (přetoky do DS výrazně prodlužují návratnost FVE);
• zajištění statického posouzení vytypovaných střech na budoucí zatížení FVE;
• respektování stávajícího požárně bezpečnostního řešení (PBŘ) a návaznost PBŘ na novou FVE;
• prověření připojitelnosti k distribuční soustavě (DS);
• prověření případného získání stavebního povolení;
• špatný (příliš optimistický), výpočet návratnosti FVE/AKU (např. budoucím dodavatelem FVE, bez zohlednění přetoků do DS).

Technická příprava na projektu FVE/AKU:

• projektová dokumentace;
• statický posudek na nové zatížení stávajících střech;
• zpracovat požárně bezpečnostní řešení (PBŘ);
• připojení k distribuční soustavě (DS).

Hlavní zásady, které ovlivňují návratnosti FVE/AKU:

• kvalitní příprava;
• pečlivě provedená analýza/profil spotřeby EE na odběrném místě v průběhu dne v porovnání s velikostí FVE/AKU;
• meziroční nárust ceny EE (nákup i výkup přebytků/prodej EE);
• meziroční inflace;
• střední životnost všech komponentů FVE/AKU.

Přehled normových zatížení větrem a sněhem pro stavební část FVE na střechách:

Tab. 4.9 Normové zatížení stavby větrem v ČR

* charakteristickou hodnotu určí příslušná pobočka příslušného hydrometeorologického ústavu

Tab. 4.10 Normové zatížení stavby (FVE) sněhem v ČR

Tato tabulka sněhových oblastí je přílohou ČSN EN 1991-1-3/Z1, která určuje normové zatížení stavby sněhem. Většina ČR se nachází v 1.-4. oblasti, kde je charakteristická hodnota zatížení sněhem od 0,7 do 2,0 kPa. V 8. oblasti určuje zatížení sněhem příslušný hydrometeorologický ústav (1 kPa = 102 kg/m²).

4.1.5 Hybridní moderní zdroje tepla – možnosti realizace a jejich investice

Hybridní zdroje tepla (kombinace více různých zdrojů, například kondenzačního plynového kotle a tepelného čerpadla, do jedné jednotky se společným řízením).

Dnešní doba nabízí mnoho způsobů a variant, jak vytápět a jakým tepelným zdrojem. Každý systém je nejefektivnější při jiných provozních a vnějších podmínkách. Například plynový kondenzační kotel funguje efektivněji při mrazivém počasí nebo při ohřevu vody. Tepelné čerpadlo je zase efektivnější v mírných podmínkách, tedy v období od jara do podzimu, ale také přijatelně funguje i při nižších výstupních teplotách.

V současné době jsou na trhu technologická zařízení, kde je možné oba systémy propojit v jedno zařízení, které umí efektivně vytápět v celém rozsahu venkovních teplot a daných klimatických podmínek. Výsledkem tohoto spojení je velmi výkonné hybridní vytápěcí zařízení.

VITOCAL 250S, topný výkon při – 7/35 – 13,3 kWtep – 330 000 Kč bez DPH vč. montáže(pracovní podmínky A7/W35). Tato jednotka je vhodná pro dodatečné vybavení již k existujícímu plynovému kotli pracujícímu do podlahového vytápění.

VITOCALDENS 222F, topný výkon při – 7/35 – 9,5 kWtep – 488 000 Kč bez DPHvč. montáže(pracovní podmínky A7/W35). Tato jednotka je vhodná pro novostavby a také pro modernizace. Jde o velmi výkonné a progresivní hybridní zařízení, tedy energetický mix v jednom. Vytápí plynem, nebo teplem z okolního prostředí a dosahuje maximální energetické účinnosti: třídy A+++. Hlavní součásti jsou splitové tepelné čerpadlo vzduch/voda, kondenzační kotel a zásobník pitné vody.

VITOCALDENS 222F má dva zdroje tepla a regulaci Vitotronic 200 s inteligentním řízením energie Hybrid Pro Control, které automaticky vybere nejvýhodnější a nejefektivnější způsob provozu. Venkovní jednotka odebere tak venkovnímu vzduchu teplo a převádí ho kompresorem na výstupní teplotu až 55 °C. Plynový kondenzační kotel se zapne pouze tehdy, když je třeba dodat vyšší teplotu nebo zajistit komfort teplé vody. Tímto principem jsou velmi nízké provozní náklady.

Vysoký komfort přípravy teplé vody díky 130litrovému nabíjecímu zásobníku v létě umožní velmi levnou přípravu teplé vody. Pokud je třeba vyšší potřeba vody, volitelně se zapne plynový kondenzační kotel, který zajistí odběr i při zásobování na více jak jednom odběrném místě. Hybridní tepelné čerpadlo VITOCALDENS 222F je již připraveno pro využití vlastní elektrické energie vyrobené fotovoltaickým zařízením.

Vzhledem k poměrně vysokým investičním cenám budou tyto vytápěcí moderní technologie vhodné pro koncepčně chystané novostavby nebo celkové přestavby/modernizace TZB systémů ve stávajících budovách.

4.1.6 Modelová studie nasazení kogenerační jednotky (KGJ) s fotovoltaickými systémy (FVE/AKU), nouzový/autonomní zdroj

Výhody technologického spojení KGJ + FVE/AKU

• Snížení provozních nákladů za nakupované energie.
• Snížení environmentálního zatížení.
• Vzájemně se technologie KGJ a FVE doplňují v zásadních ročních obdobích zima/léto.
• Možnost při vhodné konfiguraci zapojení/vyvedení výkonu jako nouzový/autonomní zdroj (prevence blackoutu, možné starty zařízení „ze tmy“).
• Možnost při vhodné konfiguraci zapojení/vyvedení výkonu ostrovního provozu.
• Využití přebytků vyrobené elektrické energie (EE) z FVE v létě do akumulace v zásobníku ÚT, provozovaný systém bude tedy bez přetoků do distribuční soustavy.
• Vysoká společná/synergická účinnost provozu výroby elektrické energie a tepla u KGJ (multivalentní systém).
• Garantovaná roční úspora formou zeleného bonusu za výrobu EE.
• Provedení „vše v jednom“ (Plug & Play) umožňuje kogenerační jednotku velmi snadno zapojit do tepelného systému budovy (díky vodou chlazenému generátoru nepotřebuje být jednotka ventilována, čímž odpadají složité stavební úpravy).
• Kogenerační jednotka pracuje díky sofistikovanému řídicímu systému zcela automaticky, je možné ji řídit/monitorovat i na dálku prostřednictvím počítače nebo mobilního telefonu.
• Možná úspora při použití této kombinace v dotačních titulech.

Kogenerace představuje vysoce efektivní princip současné výroby tepla a elektrické energie.

Teplo i elektrická energie vznikají navíc v místě své spotřeby, čímž odpadají náklady na rozvod i ztráty způsobené dálkovým rozvodem. Teplo z kogenerační jednotky je využíváno k vytápění budov, přípravě teplé vody nebo technologického tepla. Kogenerační jednotky se synchronním generátorem mohou rovněž plnit funkci náhradního zdroje elektrické energie v místech její nepřetržité potřeby. Pomocí absorpčního výměníku je možné vzniklé teplo využít i k výrobě chladu pro technologické účely nebo klimatizaci.

Navržení optimálního typu, výkonu a provozního režimu jednotky do značné míry ovlivňuje ekonomickou návratnost celé technologické investice. Výkon kogenerační jednotky nemusí plně pokrývat okamžitý elektrický příkon budovy, neboť kogenerační jednotka je provozována paralelně (v souběhu) se sítí distribuce. V době, kdy elektrický příkon budovy převyšuje instalovaný elektrický výkon kogenerační jednotky, je chybějící příkon odebírán ze sítě.

Kogenerační jednotka s funkcí nouzového zdroje (označení SPE) pracuje paralelně se sítí a v případě výpadku sítě napájí důležité obvody. V tomto případě je i možnost napojení např. pro evakuační výtah, důležité obvody, méně důležité obvody apod.

Tab. 4.11 Modelová ukázka sestavy KGJ + FVE/AKU

Předpokládaná velikost AKU nádrže: 2 x 5 m³.

Tab. 4.12 Přehled: Technicko-ekonomické výstupy pro uvedenou velikost KGJ

Vyvedení elektrického a tepelného výkonu z kogenerační jednotky

V rámci kompletní dodávky KGJ bude její osazení do prostoru kotelny a připojení jednotky na tepelný systém a případně na chlazení při nouzovém provozu. Zároveň součástí dodávky bude vyvedení elektrického výkonu do stávající elektroinstalace a dodávka systémů měření a regulace.

Měření a regulace (MaR)

V kotelně bude instalován nový mikroprocesorový řídicí systém, který zajistí automatický chod celé nové instalované technologie kotelny bez nutnosti trvalé přítomnosti obsluhy. Řízen bude chod KGJ (výroba EE, výroba tepla, řízení dodatkového zdroje ÚT – stávajících kotlů podle okamžité potřeby tepla). Teplota vody na výstupním rozdělovači v kotelně bude řízena podle vyšší požadované teploty topných větví a podle venkovní teploty/prediktivní řízení. Teplota topné vody na výstupu do topných větví bude řízena pro každou větev samostatně v závislosti na požadované nastavené teplotě.

Součástí MaR bude i koordinace výroby KGJ s akumulační nádobou a s FVE/AKU a plný monitoring celého technologického systému.

Kogenerační jednotka bude pracovat v režimu krytí vlastní spotřeby elektrické energie, a proto doporučujeme instalovat zařízení pro kopírování vlastní spotřeby, které je sestaveno se snímacích transformátorů a z převodníku na činný výkon, který poskytuje řídicímu systému KGJ informaci o příkonu objektu. Tepelný výkon KGJ bude využit na ústřední vytápění a přípravu teplé vody, případně na jinou technologii využívající teplo.

K předchozímu návrhu Micro T50 – 1 ks je doplněna instalace fotovoltaické elektrárny o instalovaném příkonu 50 kWp a akumulační bateriový systém 91,2 kWh.

Vzájemně se systémy KGJ + FVE + AKU můžou v období provozu celého roku efektivně doplňovat (v létě pracuje KGJ v menším útlumu – není potřeba vyrobit až tolik tepla – vyráběno je tolik tepla, jaká je potřeba pro přípravu teplé vody (TV), naopak jsou letní měsíce více kryty vlastní spotřebou elektrické energie z fotovoltaiky, v zimě to bude provozně zase naopak). Tato kombinace technologického a SW spojení výroby z KGJ a FVE má budoucnost i potenciál v nových energetických koncepcích.

FVE bude ve dvou sekcích s orientacemi

• FVE 1: jiho – východ 163°, sklon panelů je uvažován 15° na profesionální konstrukci.
• FVE 2: jiho – západ 253, sklon panelů je uvažován 15° na profesionální konstrukci.

Instalace bude na rovných střechách dvou ubytovacích pavilonů, bez vnějšího zastínění. Jednotlivá FVE nebudou svou zvolenou polohou zastíněny ani vzdáleným horizontem.

Instalace v těchto sekcích zajistí více rovnoměrnost vyrobené elektrické energie z FVE během celého dne (výhoda ve srovnání s přímou jižní orientací).

Základní technické údaje FVE

FVE je navržena o výkonu 49,5 kWp. Měniče budou pracovat paralelně se sítí a instalace FVE bude připojena do hlavního rozvaděče stavby.

Optimální dimenzování/topologie FVE znamená dosáhnout nejlepšího poměru investičních nákladů a maximálního podílu skutečného využití energie z produkce z FVE.

Tab. 4.13 Technická data FV panelů

V současné době je možné volit i panely s větším instalovaným výkonem. Díky využití větších formátů článků M6 jsou již nyní k dispozici „panely XL“, které disponují velmi vysokým výkonem 370-470 Wp s nadstandardními produktovými zárukami v délce až 25 let. Možný typ použitých měničů – FRONIUS ECO 25.0-3-S – 2ks.

Základní technické údaje AKU – bateriového systému

Baterie typu Storion Alpha / LiFePO4 jsou kompaktní bloky pro systém spolupráce s FVE. Jedná se o AKU systém (v technologii BESS – Battery energy storage system) s dlouhou životností baterií. Garantovaný počet cyklů je až 10 000 při 80 % DoD vybíjení 1C a podle provozních skutečných podmínek (nabíjecí a vybíjecí napětí, proudy, hloubky vybití, provozní teploty apod.).

Uvažovaný typ pro výpočet: AC cupling – měniče ALPHA ESS T30 + AKU blok 45,6 kWh – 2 ks, 48 V, 91,2 kWh

Maximální kapacita – celková: 91,2 kWh.

Systém nabíjení (vč. balancování) a vybíjení (aktivní balancování) musí být přes regulátor, který je pro použitý typ baterií určen! (balancér je mimo balancování článků velmi důležitá ochrana proti nevratnému poškození baterie).

Použité baterie musí být kompatibilní s použitými střídači a opatřeny systémem BMS (battery management system).

Systém BMS monitoruje a řídí:

• řídí nabíjecí a vybíjecí napětí (omezí špičky např. z významných indukčních spotřebičů);
• řídí nabíjecí a vybíjecí proud (omezí nadměrné vybíjení baterie);
• sleduje celkovou uloženou energii (hlídá úroveň nabíjení baterie – SOC, omezí přepětí během nabíjení);
• sleduje celkovou dodanou energii (hlídá úroveň vybíjení baterie – DOD, omezí podpětí během vybíjení);
• sleduje vnitřní impedanci článků (omezí přehřátí a podchlazení baterie);
• hlídá celkovou kondici baterie – SOH, omezí přebití článků baterie mimo povolené provozní napětí, celkovou dobu provozu;
• BMS komunikuje s EMS systémem přes rychlou CAN sběrnici;
• při špičce odběru dodá z AKU okamžitý špičkový výkon do zátěže (zde až 60 kW!);
• při nízkém odběru zajistí uložení EE do AKU až 90 kWh (nouzový chod např. 18 hod. při zálohování velmi důležitých obvodů s Pi = 5 kW).

Výhody kombinací FVE a bateriových systémů:

• kombinace nových špičkových technologií;
• využívání nového zdroje jako pojistky proti budoucímu růstu cen elektřiny z distribuční soustavy;
• zajištění dodávek elektřiny v případě blackoutu pro důležité provozní spotřebiče (dokončení výrobního procesu a výrobku, minimalizace zmetkovosti);
• zájem o dosažení vlastní energetické úspory;
• využití virtuální akumulace prostřednictvím distribuční sítě;
• budoucí využití net meteringu (při řešení přetoků, výkupy EE za momentální (spotovou) tržní cenu, při obchodování s EE na burze);
• uložení přebytků EE do BESS vzniklých za víkend (spotřebuje se v pracovním týdnu);
• možnost využití přebytků z FVE jako přímý předehřev AKU zásobníku pro přípravu TV;
• omezení špiček spotřeby, a to okamžitou dodávkou výkonu z AKU baterií (peak shaving);
• možnost nabíjení BESS v levnějším nočním/nízkém tarifu (NT);
• klesající ceny fotovoltaických a bateriových systémů;
• jednoduchá modulová možnost při budoucím rozšíření FVE/AKU, jeho optimalizace.

Tab. 4.14 Předpokládané investiční náklady

Tab. 4.15 Předpokládané garance účinnosti a životnosti jednotlivých použitých komponentů (předpokládaná obecná kritéria přijatelnosti pro chystané dotační tituly)

Poznámka:
Na jednotlivé komponenty FVE by mělo být po realizaci dáno ES prohlášení o shodě.

Obr. 4.11 Modelové ukázkové informativní principiální schéma ostrovního zdroje s kogenerací TEDOM Micro T50 SPI – tepelný výkon 88,5 kWtep., elektrický výkon 50 kWel., FVE – 50 kWp, baterie 91,2 kWh

Tab. 4.16 Měsíční modelové výstupy produkce EE, KGJ a FVE v MWh pro danou konfiguraci

Grafické výstupy

Obr. 4.12 Přehled výroby EE v KGJ, vlastních spotřeb a výroba z FVE

Obr. 4.13 Přehled výroby EE v KGJ – 50 kWel, vlastních spotřeb a výroba z FVE – 50 kWp

Z uvedených grafů je patrná vyrovnaná konečná vlastní spotřeba na úrovni 31 % (69 % vyrobí KGJ + FVE). Touto technologickou kombinací dojde k podstatnému snížení vlastní spotřeby EE z distribuční soustavy. Z grafů a průběhu vlastních spotřeb EE je také patrný potenciál na budoucí zvýšení instalovaného výkonu FVE.

Předpoklad hodnocení z hlediska přetápění prostor

Pro vytápěné prostory hlídat / případně nastavit vhodné teploty, aby nedocházelo k přetápění těchto prostor. Příklad – při přetápění o 3 °C nad potřebnou teplotu jsou náklady o 18 % větší než pro dostačující nominální hodnotu pro otopný režim!!!

Doporučení udržení lepší provozní účinnosti topných zdrojů a v topných systémech

Pravidelná údržba topného systému a zejména zdrojů pro ÚT a TV může ušetřit až 15 % nákladů na topné médium!

Ekonomické vyhodnocení opatření KGJ + FVE/AKU

Tab. 4.17 Výstupy ekonomického hodnocení jsou přehledně uvedeny níže

Poznámka:
Kalkulace investičních nákladů byla stanovena v CÚ 02/2021.

Pro modelové výpočty úspor jsou uvažovány ceny energií v době předpokládané realizace.

Ceny energeticko-investičních opatření jsou bez DPH.

Parametry ekonomického výpočtu:

• ekonomické hodnocení je bez poskytnuté dotace;
• doba hodnocení úsporného návrhu = 20 let;
• diskont: 4,00 %;
• meziroční nárůst cen nakupovaných energií: 4,0 %.

Přesnější ekonomické propočty návratnosti budou záviset na konkrétní konfiguraci FVE/AKU a způsobu instalace a provozu KGJ. Následně mohou být zpracovány formou CBA (Cost-Benefit Analysis) – analýza nákladů a přínosů.

Možné výhody budoucího způsobu energetického inovativního zajištění provozu s KGJ a komplexní řešení s FVE/AKU – systémy, které se vzájemně doplňují a synergicky podporují:

• flexibilita výroby EE a tepla v čase (možností je autonomní regulace pomocí definované charakteristiky);
• provoz KGJ i na částečný/snížený výkon v kombinaci s levnou výrobou elektrické energie z FVE;
• dobíjení bateriového systému (v případě vybití) v noci na levnější nízký tarif (NT) v provozované sazbě C26d;
• možnost provozu v základním diagramu i jako lokální nezávislost na rozvodné distribuční síti;
• v případě vhodně navržené konfigurace – možnost plně automatizovaného ostrovního/autonomního provozu;
• beznákladová výroba elektrické energie z FVE;
• výroba elektrické energie a tepla z vysoce účinné KVET;
• akumulace vyrobené energie (do akubaterií a do akunádrží do vody);
• zvolené priority záskokového vybíjení z BESS;
• nouzové zásobování EE „důležitých obvodů/spotřebičů“ z KGJ;
• nouzové zásobování EE „velmi důležitých obvodů/spotřebičů“ z AKU baterií;
• budoucí možnost využití tepla pro možnou klimatizaci;
• vzhledem k vlastní výrobě EE možnost snížení roční/měsíční rezervované kapacity EE, tím i výrazné snížení paušálních plateb za EE;
• vzhledem ke stále klesající ceně FV panelů a stoupající jejich účinnosti – možnost efektivního rozšíření instalovaného výkonu (zvýšení podílu samozásobení elektrickou energií).

4.1.7 Modelové energetické úspory při modernizacích VZT systémů, klimatizací a chladicích systémů

Snižování provozní energetické náročnosti klimatizačních systémů:

Možnosti snížení požadavků na chlazení u budov

• snížit zátěž slunečním zářením (odstínit „solární zisk“, clony pevné, pohyblivé, přesahy apod.);
• provést dostup. opatření pro snížení vnitřních tepelných zisků (od osob, osvětlení, technologie);
• používat venkovní chladnější vzduch, když to je výhodné (noční prostorové předchlazování, nachlazení akumulace do vnitřních hmot apod.);
• zlepšit účinnost distribuce chladu v místnostech:
  • vyhýbáním se chlazení za vnitřních teplot nižších než 25 °C;
  • zlepšením účinnosti lokální regulace (SW – inteligentní řízení chlazení);
  • zastavováním chlazení (i místních ventilátorů) během doby, kdy prostor není obsazen;
  • vyhýbáním se souběžnému chlazení a vytápění (např. centrální chlazení a místní vytápění, nebo směšování ohřátého a chlazeného vzduchu);
  • zlepšením tepelné izolace potrubí rozvodů chladu;
  • zvýšením teploty chlazené vody, pokud to je funkčně/technologicky možné;
  • snížením energie potřebné pro ventilátory, čerpadla (vypínáním během doby neobsazenosti, nebo když chlazení není potřebné, či použitím motoru s proměnnými otáčkami);
  • optimalizace budovy – přizpůsobení se změnám v používání nebo úpravám budovy (E-t křivky);
  • využití potenciálu a kvality odpadního vzduchu – ZZT ze strojoven chladu:
    běžné ΔT = 8K (odvod tepla)
    V = 0,5 ∙ Q, kdy Q je chladicí výkon;
  • náhrada zastaralých zvlhčovačů (el.) zamoderní ultrazvukové/adiabatické, pokud to provoz umožní;
  • účinnost výroby chladu závisí na údržbě (například nedostatek chladiva, čištění výměníkových ploch kondenzátorů, které u komerčních strojů nejsou od okolí nijak chráněny. Po několika týdnech provozu se tak na jejich povrchu začíná tvořit vrstva z nečistot, která brání přestupu tepla, snižuje účinnost stroje, zvyšuje spotřebu a snižuje maximální dostupný výkon apod.).

Při modernizaci technologie chladicích zařízení používat přednostně (tam, kde to technologicky lze):

• Free-cooling (volné chlazení) – tato technologie využívá nízkých venkovních teplot pro výrobu chladu (chladicí vody) bez nutnosti používat kompresorové chlazení. Provoz free-coolingových jednotek je z energetického hlediska velice nenáročný, protože při tomto druhu chlazení jsou poháněny EE pouze ventilátory, které nasávají vzduch skrz lamelový výměník s nemrznoucí kapalinou, která své teplo odevzdává do vzduchu, a tím se ochlazuje, přičemž elektrický příkon ventilátorů bývá v porovnání s příkonem kompresorů pouze desetinový.
• Suché chladiče – jedná se o velice efektivní a levné řešení, jak ochladit kapaliny. Nevýhodou je min. dosažená teplota výstupní kapaliny, která je o cca 2°K vyšší než teplota okolí.
• Chladicí věže – jsou schopny chladit vodu na +23 °C (léto).
• Kompresorové kondenzátory chlazené vzduchem patří mezi energeticky nejnáročnější chladicí zařízení.
• Pro Fan-Coil-FCU systémy ÚT/CH_L – použití 6cestných ventilů.
• V rozvodech ÚT/CH_L používat tlakově nezávislé ventily.
• Nové ventilátory již podle Směrnice ErP 2009/125/ES.
• Použití přímého a nepřímého adiabatického chlazení (odpařováním rozstřikované vody do proudu vzduchu dochází k ochlazení a vlhčení vzduchu).
• Při návrzích nové klimatizace použití HVAC IEQ (heating, ventilating and air conditioning);
• Integrovaný přístup.

Kontroly klimatizačních systémů

Pravidelné kontroly klimatizačních systémů vyplývají z požadavků zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů (zejména § 6, 6a – zákona č. 3/2020 Sb.) a ze současné vyhlášky č. 284/2022 Sb. o kontrole provozovaného systému klimatizace a kombinovaného systému klimatizace a větrání (účinnost: 15.10. 2022).

Pravidelné kontroly klimatizačních systémů vnitřních prostředí pro užívání osob (netýká se procesních technologických klimatizací) jsou na provozované klimatizační systémy se jmenovitým výkonem nad 70 kW.

4.1.8 Řešení energetické úspory na elektropohonech, elektrických motorech, kompresorech Modelová úspora

Elektrické motory a jejich účinnost, stanovení roční provozní úspory:

IEC 60034-30:2008 – definuje kategorie účinnosti pro elektromotory IE1, IE2 a IE3 do 1 000 V (o výkonech 0,75 až 375 kW);

IEC 60034-31:2010 – definuje kategorie účinnosti pro elektromotory IE1, IE2, IE3 a IE4:

• IE1: Standard – kompatibilní s EFF2, přizpůsobená novému způsobu určení účinnosti;
• IE2: High – kompatibilní s EFF1, přizpůsobená novému způsobu určení účinnosti;
• IE3: Premium – extrapolována z IE2 s menšími ztrátami o 10 až 15 %;
• IE4: Super – Premium – extrapolována z IE3 se ztrátami menšími o 10 %.

Poznámka:
Podle Nařízení Komise (ES) č. 640/2009 z 22. 7. 2009, kterým se provádí směrnice Evropského parlamentu a Rady 2005/32/ES, pokud jde o požadavky na ekodesign elektromotorů:

• od ledna 2015 motory se jmenovitým výkonem 7,5 až 375 kW musí vyhovovat třídě účinnosti IE3, anebo třídě účinnosti IE2 a být vybaveny plynulou regulací otáček;
• od ledna 2017 motory se jmenovitým výkonem 0,75 až 375 kW musí vyhovovat třídě účinnosti IE3, případně účinnosti IE2, avšak při současném vybavení pohonu s proměnnými otáčkami;
• výrobci motorů jsou povinni od 17. 6. 2011 označit svoje výrobky štítkem, na kterém je uvedena třída účinnosti;
• pro ventilátory s příkonem od 125 W do 500 kW platí nařízení ErP 2015.

U modernizace systémů VZT je vhodné již použití EC motorů (elektronicky komutovaný DC motor). Tyto motory mají rotor z permanentního magnetu a jeho konstrukce umožňuje plynulou regulaci.

Obr. 4.14 Třídy elektromotorů podle IEC (graf pro 4-poly a 50 Hz)

Výměna kompresorů v technologických modernizacích za účinnější

Běžná úspora se dosahuje záměnou kompresoru o nižším příkonu při stejném či vyšším výkonu stlačeného vzduchu.

Výměna kompresorů za účinnější je častým efektivním řešením úspory elektrické energie. Pro vyhodnocení efektivity záměny je nutné změřit výkon kompresoru na základě spotřeby elektrické energie pro výrobu stlačeného vzduchu, četnost spínání a zároveň je potřeba změřit i spotřebu stlačeného vzduchu u spotřebičů. Na základě těchto údajů lze provést modernizaci kompresoru.

Konkrétní návratnost je závislá na stávajícím stavu původního kompresoru, parametrech nového kompresoru a spotřebě stlačeného vzduchu návratnosti jsou cca od šesti měsíců a výše.

Ukázka výpočtu provozní úspory při náhradách starých motorů za nové moderní s vysokou účinností

Tab. 4.18 Srovnání původního a nového strojního vybavení

4.1.9 Úsporné energetické řešení s pitnou vodou a ZZT při hospodaření s vodou

Snížení spotřeby studené pitné vody a teplé vody

Renovace vodovodních baterií – vodovodní baterie má v co nejkratším čase smíchat studenou a teplou vodu na vodu o požadované teplotě. Baterie, u nichž vyteče relativně mnoho vody, než se namíchá na potřebnou teplotu, nepatří mezi úsporné. V místech, kde tyto starší nehospodárné baterie stále slouží, se postupně vyměňují za hospodárnější. Úsporné baterie umí velmi rychle smíchat studenou vodu s teplou a voda zbytečně neodtéká bez užitku.

Renovace výtokových armatur – úsporné perlátory/omezovače průtoku vody: stávající výtokové armatury v budovách jsou vybaveny buď většinou běžnými perlátory nebo jsou bez perlátorů. Standardní perlátor provzdušní proud vody a částečně také sníží její spotřebu. Úsporný perlátor kromě provzdušnění proudu výrazně omezí průtok vody armaturou. Tímto snížením průtoku lze dosáhnout úsporu až 45 % na TV.

V rámci terénní prohlídky lze u vytypovaných výtokových armatur navrhnout instalaci úsporných perlátorů, v případě potřeby včetně výtokového ramena. Těmito opatřeními je možné dosáhnout cca 10% úsporu teplé vody. Maximálních úspor dosahují baterie bezdotykové, které oproti těm běžným spoří až 60 %. Výhoda automatické technologie spočívá v poskytnutí přesně takového množství vody, které je nezbytně nutné pro aktuální potřebu, přitom svým snadným ovládáním uživatele nijak neomezují. Podle potřeby je možné nastavit i zpoždění vypnutí vody.

Instalace pákových baterií – doba nastavení požadované teploty vody je u pákových baterií přibližně o 6 sekund kratší než u baterií kohoutkových. Jejich výhodou je snadné nastavení teploty a průtoku vody a možnost jednoduchého přerušení průtoku vody s již namíchanou teplotou. V porovnání s klasickými míchacími bateriemi uspoří pákové baterie okolo 20 % vody.

Tam, kde je to vhodné, je doporučeno instalovat termostatické baterie – tyto pracují na bázi tepelné roztažnosti čidla. Roztažením nebo smrštěním tohoto prvku lze přesně nastavit požadovanou teplotu vody. Termální prvek reaguje jak na změnu teploty, tak i na změnu tlaku vstupní vody a požadovanou teplotu výstupní vody nastaví během asi 2 s. Teplotu lze regulovat v rozsahu 20 až 50 °C.

Tab. 4.19 Informativní porovnání úspornosti jednotlivých druhů baterií

Hlídání unikající/kapající vody z kohoutků, toalet a záchodů: včas nezjištěné úniky vody mohou být významné. Při dlouhodobě neřešeném úniku SV, kde toaleta protéká celý rok, to pak může být významná položka v úspoře pitné vody. Významné navýšení nákladů mohou ale přinést i trvale kapající kohoutky. Proto jsou nutné preventivní a pravidelné prohlídky těchto systémů.

Využití šedých vod

V průměru zhruba jen 3 % vody, kterou každý den spotřebujeme, musí mít atributy vody pitné.

Recyklovaná, tzv. šedá voda nabízí v poslední době poměrně velký potenciál úspor. Trend spočívá v centrálním shromažďování a filtraci šedé vody v rámci celého areálu. Nutným vícenákladem je realizace dvojích rozvodů vody.

Principy s využitím šedých vod

Hospodaření s vodou, které se dříve opomíjelo, se v poslední době dostává do popředí v energetických hospodářstvích. Proto je zde uvedeno pár zásad, jaký potenciál úspory v této komoditě lze nalézt.

Definice šedých vod:

Podle DIN 4045 (2003) je šedá voda komunální voda bez fekálií a moče. Např. jsou to vody z van, sprch, umyvadel a výlevek.

Základní rozdělení šedých vod:

• šedé vody myček, mytí aut a z kuchyní;
• šedé vody z umyvadel, sprch a van;
• šedé vody z praček;
• neseparované šedé vody.

V průměru zhruba jen 3 % vody, kterou každý den spotřebujeme, musí mít atributy vody pitné. Část lze využít pro technologické účely areálu, ale lze je užít i například na splachování WC, které na kvalitu vody není tak náročné. Prvním opatřením by měly být dvě splachovací tlačítka pro dvě množství vody – obvykle 3 a 6 litrů. Zajímavým spořičem vody je pak její recyklace.

Recyklovaná, tzv. šedá voda nabízí v poslední době poměrně velký potenciál úspor. Trend spočívá v centrálním shromažďování a filtraci šedé vody v rámci celého areálu. Nutným vícenákladem je realizace dvojích rozvodů vody.

Lze využívat i možnost jímání kapacity dešťové vody z vhodných střech přes filtrace do zásobníků odpadních/retenční nádrže šedých vod s následným využitím těchto vod pro náhrady pitných vod.

Konkrétní možná realizace systému využití šedých vod musí být nejdříve navržena projektantem TZB systému a na základě navrženého řešení bude možno spočítat vyvolanou investici a celkový energetický přínos.

Největších ekonomických efektů se dosáhne použitím těchto systémů u společností a budov s velkou produkcí a hlavně velkou spotřebou bílých vod.

Závěr k úspoře odpadních vod

Z dostupných studií proveditelnosti se ukazuje, že u podniků či budov s větší spotřebou vody lze získat (tedy vyčistit šedou vodu) bílou vodu za cenu kolem 2,5 EUR/m³ – při započtení všech provozních i investičních nákladů. Velmi důležité je si uvědomit synergický efekt, že šetříme nejen náklady na nákup pitné vody, ale i za její vypouštění (úspora za stočné). Šetření s pitnou vodou je výhodné již i při dnešních cenových relacích za nákup komodity. V budoucnu, kdy se počítá s nárůstem ceny za vypouštění odpadní vody(stočné na cca 100 Kč/m³), pak ekonomické vyhodnocení vyjde ještě příznivěji.

Využití tepla šedých vod – odpadní voda jako zdroj tepelné energie – zpětné využití tepla – (ZZT)

Šedé vody jsou vody ze sprch, umývadel a výlevek, případně z van a praček. Složení a množství těchto vod je silně závislé na typu zařízení, které ji produkuje a na stylu použití jednotlivých pracovníků. Teplota těchto vod je proto různá a je závislá na mnoha faktorech v rámci těchto zařízení (např. kapacitní návštěvnost těchto zařízení, směnnost provozu apod.). Energetické využití z těchto odpadních vod se v současné době začíná využívat. V konkrétních případech je to nutno posoudit (z různých hledisek) a propočítat vhodnost nasazení (velikost stavebních úprav u modernizací a stávajících zařízení) a ekonomické přínosy. Ekonomičnost bude lepší tam, kde je větší produkce odpadních vod, tam, kde se vypouští voda s vyšší teplotou a kde je i vyšší cena za ohřev užitkové vody a cena za komoditu/vodné.

Pro zpětné získávání tepla z odpadní vody pro ohřev studené vody se používají rekuperační výměníky voda – voda. Mohou být instalovány centrálně v technické místnosti (u velkých systémů) nebo lokálně v místě odtoku, např. pod sprchovým koutem. Takový lokální systém zpětného získávání tepla využívá odpadní vodu aktuálně odtékající ze sprchového koutu při sprchování a teplo z ní přenáší přes teplosměnnou plochu do vody studené, která ve stejném okamžiku přitéká do vodovodní baterie. Protože se ve výměníku studená voda ohřeje na vyšší teplotu, pro dosažení požadované teploty smísené vody pro sprchování je potom zapotřebí menšího přítoku teplé vody ze zdroje do vodovodní baterie pro smísení s vodou studenou (předehřátou). To funguje automaticky za předpokladu osazení termostatickou vodovodní baterií s nastavitelnou teplotou, kterou zajišťuje vestavěný termostatický člen. Rekuperační výměníky tedy spoří odběr teplé vody ze zdroje (jako jsou akuzásobník, kotel, výměníková stanice, rozvod teplé vody).

Příklad

Realizace výměníků pro rekuperaci odpadní vody ve sprchách (do max. tlaku vody 16 bar a teploty 90 °C).

Pro běžné sprchování se používá voda 37-40 °C teplá. Z této teplé vody použijeme pro vlastní sprchování asi 5 °C, to je necelých 10 %. Zbytek vody teplé kolem 35 °C končí bez využití v kanálu.

To znamená, že se nezužitkuje 90 % energie, kterou jsme pro ohřátí vody spotřebovali.

Úsporu lze realizovat sprchovým výměníkem NELA. V odpadním systému dokáže tyto ztráty velmi účinně snížit. Celých 45 % energie dokáže využít pro předehřátí studené vody, a tím značně snížit spotřebu vody teplé.

Pracovní část výměníku – absorbéru je tvořena profilovanými deskami z leštěného nerezového plechu. Studená voda z vodovodního řadu mívá teplotu kolem 10 °C. Od odpadní 35 °C teplé vody odebere 12-14 °C, tím dochází k úsporám a zpětnému využití tepla – ZZT při provozu TV.

Výrobek sprchový výměník NELA má certifikát s ověřením teplotní účinnosti výměníku 40,5 %. Měření proběhlo podle kritérií vydaných Institutem PHI – Passive House Institut Darmstadt. Měřením se prokázalo, že s klesajícím průtokem odpadní vody roste teplotní účinnost sprchového výměníku. Při použití úsporné sprchové hlavice s průtokem 6 l/min se účinnost pohybuje v rozsahu 42 až 48 %.

Další možnost rekuperace je pomocí centrálního tepelného rekuperačního výměníku společnosti Akiretherm.

Závěr k využití ZZT z odpadních vod

K vyhodnocení konkrétní investice je vždy potřeba mít následující údaje: spotřeba teplé vody (m³/rok), spotřeba tepla na ohřev teplé vody (kWh/rok, nebo GJ/rok), fixní složka ceny tepla (Kč/kW), variabilní složka ceny tepla na přípravu teplé vody (Kč/kWh) a konkrétní cenu investice realizovaného opatření.

Největšími zdroji tepelné energie v rámci vodního hospodářství jsou mimo čistíren odpadních vod také zejména výrobní společnosti, administrativní budovy, lázně a nemocnice, rehabilitace s vodním provozem, wellness centra, bazény, ale také hotely, školy, restaurace, ubytovny, blokové prádelny a další veřejná zařízení.

Energetické úspory a možnost využití energie při úpravě a čištění vod

Energetická optimalizace všech prvků u těchto systémů se stává v poslední době nutností. Efektivní a ekonomický systém čištění odpadních vod by měl být proto v kontextu energetických úspor založen na třech hlavních základech:

• zajištění energeticky soběstačného čištění odpadních vod (opětovné použití vyčištěné odpadní vody v technologických i jiných procesech, produkce bioplynu);
• minimalizace množství energie potřebné na čištění odpadních vod (využití energetických zisků a jejich zpětného využití k výrobě elektrické energie, tepla nebo i chladu – tepelná čerpadla, kogenerace, ORC turbíny, absorpční chladiče apod.);
• snížení negativního dopadu čištění odpadních vod na okolní životní prostředí.

Hospodaření se srážkovou vodou v nemovitostech je podrobněji zpracováno v systému PROFESIS, v pomůcce TP 1.20.

Základní zákonná ustanovení, která požadují omezení odtoku srážkové vody z nemovitosti, jsou ve vyhlášce č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby a ve vyhlášce č. 501/2006 Sb., o obecných požadavcích na využívání území, ve znění pozdějších předpisů.

5 ENVIRONMENTÁLNÍ ASPEKTY PŘI MODERNIZACÍCH TZB SYSTÉMŮ V BUDOVÁCH, PŘI NASAZENÍ OZE A V DOPRAVĚ

5.1 VÝPOČET LOKÁLNÍHO HODNOCENÍ ÚSPORY EMISÍ CO₂ PRO JEDNOTLIVÉ ENERGETICKÉ ÚSPORY

Výpočet emisí CO₂

Všeobecné emisní faktory CO₂ jsou stanoveny podle metodiky dané vyhláškou č. 140/2021 Sb. Příloha č. 8.

Tab. 5.1 Všeobecné emisní faktory pro výpočet emisí CO₂

Výsledný emisní faktor zahrnuje oxidační faktor.Ostatní emisní faktory jsou stanoveny podle § 12 odst. 1 písm. b) vyhlášky č. 415/2012 Sb., ve znění pozdějších předpisů.

Místně specifické emisní faktory oxidu uhličitého – vzorec pro výpočet emisí CO₂ ze spalování fosilních paliv:

(hmotnost paliva) x (výhřevnost paliva) x (emisní faktor uhlíku) x (1 – nedopal)

kde:

• emisní faktor uhlíku (t CO₂/MWh výhřevnosti paliva) je stanoven na základě složení místního paliva, které je používáno pro zabezpečení energetických potřeb konkrétního projektu; standardně doporučené hodnoty pro nedopal jsou:
  • 0,01 pro kapalná paliva;
  • 0,005 pro plynná paliva.

Faktory energetické přeměny [kWh/kWh] pro globální hodnocení (faktory primární energie aktuální podle přílohy č. 3 k vyhlášce č. 264/2020 Sb.):

• Úspory EE se počítají pro systémové elektrárny, přepočet na primární EE je upraven od 1. 9. 2020 na koeficient EE = 2,6.
• Přepočet na primární/globální hodnocení tepelné energie je uvažován koeficientem pro ZP = 1,0.

Emise z automobilové dopravy – využití programu MEFA pro stanovení produkce emisí z automobilové dopravy (ATEM nebo nové metodiky MŽP, CENEST apod.).

V současnosti probíhají v mnoha zemích včetně ČR rozsáhlé emisní studie, které budou podkladem pro zpracování nové sady emisních faktorů se zapracováním zvýšených emisí v reálném provozu na komunikacích. Se zapracováním stárnutí vozového parku v rámci emisní třídy, teplé emise (TE, g/kg), studené více emise ze studeného startu (SVE, g/start), zahrnutí vlivu teploty, vliv doby stání – vychládání motoru apod.

Hlavní emise v pozemní dopravě tvoří oxid uhličitý (CO₂), dále oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NO_x), prachové částice (PM), těkavé organické látky (VOC) a těžké kovy (např. olovo). Pozemní doprava produkuje zanedbatelné emise oxidů síry (SO_x). Největší podíl v produkci SO_x v dopravním sektoru má námořní doprava.

5.2 FAKTORY PRIMÁRNÍ ENERGIE Z NEOBNOVITELNÝCH ZDROJŮ ENERGIE HODNOCENÉ BUDOVY A EMISNÍ FAKTORY CO₂

Tab. 5.2 Příloha č. 3 k vyhlášce č. 264/2020 Sb.

Tab. 5.3 Příloha č. 8 k vyhlášce č. 140/2021 Sb.

¹⁾ Emisní faktory v [t CO₂/MWh] jsou vztaženy k výhřevnosti paliva.

5.3 EMAS – SYSTÉM EKOLOGICKÉHO ŘÍZENÍ A AUDITU

EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) je systém řízení organizace z hlediska ochrany životního prostředí. Je dobrovolným programem environmentálního řízení, který byl vyvinut v roce 1993 Evropskou komisí. Umožňuje organizacím posoudit, řídit a neustále zlepšovat své životní prostředí. Systém je globálně použitelný a otevřený pro všechny typy soukromých a veřejných organizací. K registraci v systému EMAS musí organizace splňovat požadavky nařízení EMAS. EMAS tvoří nadstavbu normy ISO 14001.

Přístup spočívá ve vytvoření, zavedení a udržování vhodně strukturovaného systému managementu a jeho validaci nezávislým ověřovacím orgánem.

5.4 IPPS – INTEGROVANÁ PREVENCE A OMEZOVÁNÍ ZNEČIŠTĚNÍ

IPPC (Integrated Prevention Pollution Control) je integrovaná prevence a omezování znečištění.

Řídí se podle zákona č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci a o omezování znečištění, o integrovaném registru znečišťování a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů. Zákon je základem harmonizace českých právních předpisů v oblasti životního prostředí s právními předpisy Evropské unie. Zákon implementuje Směrnici Rady č. 96/61/EC, o integrované prevenci a omezování znečištění, kodifikované znění této směrnice pod označením 2008/01/ES. V roce 2010 vyšla Směrnice Evropského parlamentu a Rady pod označením 2010/75/EU, o průmyslových emisích (integrované prevenci a omezování znečištění) – IED.

Zákon č. 76/2002 Sb., o integrované prevenci, ve znění pozdějších předpisů, představuje tržně kompatibilní nástroj, který slučuje výhody individuální motivace podniků a jejich vlastníků s možností efektivní účasti odborné i laické veřejnosti v rozhodovacích procesech. Tím podněcuje proces samovolného a dobrovolného zvyšování nároků v oblasti energetické a materiálové úspornosti podniků, environmentální šetrnosti výrobních procesů, výrobků a produkce znečišťujících látek. V oblasti právních předpisů a jejich implementace je jedním z pilířů snahy Evropské unie o směřování k trvale udržitelnému rozvoji. Příloha č. 1 zákona stanovuje kategorie průmyslových činností, na která se vztahuje jeho působnost. V této příloze jsou zastoupeny téměř všechny kategorie činností – nakládání s odpady, energetika, chemický průmysl, zpracování kovů, velkochovy hospodářských zvířat apod.

Informace k novele zákona o IPPC:

• Informační systém IPPC MŽP.
• Stránky MPO k IPPC.

Tab. 5.4 Specifické emisní limity pro kotle a teplovzdušné přímotopné stacionární zdroje

Poznámky:
¹⁾ Na spalovací stacionární zdroje spalující hnědé uhlí, provozované nejvýše 3 200 provozních hodin ročně, se vztahuje specifický emisní limit 2 000 mg·m^-3.
²⁾ Pokud provozovatel prokáže, že nelze této hodnoty z technických důvodů dosáhnout použitím nízkoemisních hořáků, platí specifický emisní limit 200 mg·m^-3.
³⁾ Platí v případě spalování biomasy ve stacionárních zdrojích s výjimkou spalování výlisků z biomasy.
⁴⁾ Vztahuje se na spalování těžkého topného oleje a jemu podobných kapalných paliv.

6 PROPOJENÍ PROCESU A VÝSTUPŮ PENB + EA + ČSN EN ISO 50001/50002 A ČSN EN 16247-1 AŽ 5

7 AKTUÁLNÍ VÝVOJ PRÁVNÍCH PŘEDPISŮ PRO REALIZACI ÚSPORNÝCH OPATŘENÍ A JEJICH FORMY A MOŽNOSTI FINANCOVÁNÍ

Možnost využití provozních dotací na podporu kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) při splnění právních předpisů pro kombinovanou výrobu:

• zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů;
• zákon č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích, ve znění pozdějších předpisů, připravuje se novela zákona;
• zákon č. 165/2012 Sb., o podporovaných zdrojích energie a o změně některých zákonů, ve znění pozdějších předpisů, připravuje se novela zákona;
• zákon č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší, ve znění pozdějších předpisů;
• vyhláška č. 37/2016 Sb., o elektřině z vysokoúčinné kombinované výroby elektřiny a tepla a elektřině z druhotných zdrojů, ve znění pozdějších předpisů;
• zelené bonusy – výše podpory zelených bonusů je každoročně vyhlašovaná Energetickým regulačním úřadem (ERÚ) – Cenové rozhodnutí ERÚ.

Možnosti financování jednotlivých energetických úsporných opatření:

• aktuální výzvy OPŽP, OPPIK, IROP a chystaný OPTAK na programové období 2021-2027, NPO a modernizační fond;
• aktuální výzvy lze také dohledat na stránkách MPO, MŽP, Státního fondu životního prostředí ČR a v případě fotovoltaických systémů na stránkách Solární asociace.

8 INFORMAČNÍ ZDROJE

• technické normy, závazné zákony, vyhlášky a technická literatura;
• vlastní zpracované energetické audity, energetické posudky a energetické koncepce nebo studie;
• u převzatých částí např. výpočtové aplikace pro řešení dopravy, obrázky apod. je uvedený zdroj čerpání.

POUŽITÉ ZÁKONY, VYHLÁŠKY, PŘEDPISY A NORMY

Další informace lze nalézt na stránkách Energetického regulačního úřadu.

9 ZÁVĚR

Zhodnocení výsledků navržených opatření:

• A. Nasazení nových progresivních energetických systémů při modernizacích je vhodné a obecně generuje provozní energetickou i finanční úsporu.
• B. Např. uvedené spojení nasazení KGJ se současnou realizací FVE s akumulací do baterií umocňuje synergický efekt vzájemné podpory těchto progresivních energetických systémů.
• C. Při realizaci nových energetických systémů je potřeba zohlednit vždy konkrétní možnosti nasazení v dané stavbě, jejich vzájemné výkonové nadimenzování na stávající energetický provoz a jejich provozní podmínky a tento provoz SW řídit, monitorovat, vyhodnocovat a optimalizovat.