Σάββατο, 20 Ιουλίου, 2024

ΑρχικήΘέρμανσηΔημήτρης Μαναγούδης*: Διατάξεις εξοικονόμησης ενέργειας και ελέγχου συστημάτων θέρμανσης

Δημήτρης Μαναγούδης*: Διατάξεις εξοικονόμησης ενέργειας και ελέγχου συστημάτων θέρμανσης

Η ύπαρξη της παγκόσμιας κοινότητας απειλείται από την κλιματική αλλαγή και την υποβάθμιση του περιβάλλοντος. Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή προωθεί –ίσως σε μεγαλύτερο βαθμό από οποιαδήποτε άλλη ήπειρο– μια αναπτυξιακή στρατηγική που θα την οδηγήσει σε μια σύγχρονη, αποδοτική ως προς τη χρήση των πόρων και βιώσιμη οικονομία.

Άρθρο του κ. Δημήτρη Μαναγούδη (έντυπο τεύχος Νοεμβρίου 2022)

Tο πλάνο της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (Ε.Ε.) για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής στοχεύει σε σχεδόν μηδενικές / καθαρές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου έως το 2050, με βιώσιμη ανάπτυξη, αποσυνδεδεμένη από τη χρήση των πόρων του πλανήτη, και με κανέναν άνθρωπο και καμιά περιφέρεια στο περιθώριο.

Με τη Συμφωνία του Παρισιού, όπως και με μια σειρά άλλων συμφωνιών, καθώς και με την πρόσφατη Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία, η Ε.Ε. θέτει το χάρτη πορείας για να επιτύχει τη βιωσιμότητα της οικονομίας της. Αυτό θα συμβεί αν μετατρέψουμε τις κλιματικές και περιβαλλοντικές προκλήσεις σε ευκαιρίες για όλους τους τομείς πολιτικής, καθώς και αν επιτύχουμε μια δίκαιη μετάβαση για όλους, χωρίς αποκλεισμούς.

Τα κτίρια κατέχουν κρίσιμο ρόλο στην επίτευξη των στόχων της Ε.Ε., καθώς η συμβολή τους στην κατανάλωση της ενέργειας, αλλά και στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, είναι πολύ σημαντική. Στην Ελλάδα, ο κτιριακός τομέας ευθύνεται περίπου για το ένα τρίτο των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και για το 36% περίπου της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης.

Συγκεκριμένα, στον οικιακό τομέα η κατανάλωση ενέργειας οφείλεται κυρίως (σύμφωνα και με το διάγραμμα 1) στη θέρμανση και στη λειτουργία οικιακών συσκευών (κουζίνα κλπ.). Όσον αφορά τη θέρμανση, η κατανάλωση ενέργειας εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως είναι η κατασκευή, η τυπολογία του κτιρίου, οι κλιματικές συνθήκες, τα χρησιμοποιούμενα συστήματα, οι υποδομές, η χρονική διάρκεια λειτουργίας των εγκαταστάσεων κ.ά.

Στη χώρα μας τα τελευταία χρόνια γίνεται μεγάλη προσπάθεια ανακαίνισης των συστημάτων θέρμανσης. Από το 2020, με το νέο πρόγραμμα «Εξοικονομώ – Αυτονομώ», με το πρόγραμμα του ΕΣΠΑ για την αναβάθμιση συστημάτων θέρμανσης με φυσικό αέριο (Φ.Α.), με την ενθάρρυνση για ανακαίνιση του υφιστάμενου κτιριακού αποθέματος αλλά και με τα νέα προγράμματα για τη στέγαση των νέων, γίνεται πλέον αντιληπτό ότι η μετάβαση σε συστήματα αποδοτικότερης λειτουργίας και σε αυτοματισμούς θέρμανσης είναι πλέον ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίηση.

Στο πρόγραμμα «Εξοικονομώ», από την πρώτη του έκδοση (2013) μέχρι και την τελευταία (2021), η παρέμβαση για «συστήματα αυτοματισμού θέρμανσης» επιτρέπει στους ωφελούμενους να αντικαταστήσουν το υφιστάμενο παλαιό ή ανύπαρκτο ορισμένες φορές σύστημα αυτοματισμού θέρμανσης, με σύγχρονα έξυπνα συστήματα και διατάξεις, που ελέγχουν και ρυθμίζουν την κατανάλωση θέρμανσης, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χώρου και του χρήστη. Ως τέτοια συστήματα μπορούν να χαρακτηριστούν, μεταξύ άλλων,  συστήματα αντιστάθμισης, έξυπνοι θερμοστάτες και θερμοστατικές κεφαλές, στα οποία αναφερόμαστε αμέσως παρακάτω.

Συστήματα αντιστάθμισης λειτουργίας θέρμανσης

Κατά την εκπόνηση μιας μελέτης θέρμανσης, λαμβάνονται υπόψη οι δυσμενέστερες συνθήκες περιβάλλοντος (εξωτερικές) ώστε να μπορεί το εγκατεστημένο σύστημα (λέβητας, κυκλοφορητές, θερμαντικά σώματα) να αντεπεξέλθει σε αυτές. Στην πράξη, βέβαια, τις συνθήκες αυτές τις αντιμετωπίζουμε σπάνια κατά τη χειμερινή περίοδο, με αποτέλεσμα η ρύθμιση των συστημάτων με αυτή την παράμετρο να αυξάνει τη σπατάλη ενέργειας, καθώς και την κακή «θερμική άνεση» των χώρων. Η θερμική άνεση ενός χώρου εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία, την υγρασία και τον αερισμό.

Τα διάφορα συστήματα αντιστάθμισης (ελεγκτές) με τη χρήση κατάλληλων αισθητήρων ελέγχουν και αυξομειώνουν τη θερμοκρασία προσαγωγής στα θερμαντικά σώματα (ή σε άλλου τύπου τερματικές μονάδες), με τρόπο ώστε να προλαμβάνουν τις μεταβολές θερμοκρασίας, εξοικονομώντας παράλληλα ενέργεια.

Με λίγα λόγια, όταν έχει πολύ κρύο, π.χ. θερμοκρασία περιβάλλοντος 5οC, η θερμοκρασία προσαγωγής στα σώματα ρυθμίζεται ψηλά, π.χ. στους 85οC, ενώ σε πιο ευνοϊκές συνθήκες περιβάλλοντος, π.χ. στους 15οC, η θερμοκρασία προσαγωγής ρυθμίζεται πιο χαμηλά. Πρακτικά ο χρήστης απολαμβάνει την ίδια θερμική άνεση στο χώρο (εφόσον ο ίδιος διατηρεί τη θερμοκρασία του χώρου σταθερή), καθώς ο ελεγκτής αναλαμβάνει το ρόλο του θερμοστάτη – διαχειριστή.

Υπάρχουν διάφορα συστήματα αντιστάθμισης, ανάλογα με τις υποδομές στο υφιστάμενο σύστημα θέρμανσης. Ο ελεγκτής τοποθετείται συνήθως στο λεβητοστάσιο ή σε εύκολα προσβάσιμο σημείο όπου δεν επικρατούν ακραίες συνθήκες υγρασίας και θερμοκρασίας είτε άλλες παρεμβολές. Συνδέεται απαραιτήτως με τουλάχιστον δύο αισθητήρια, το εξωτερικό αισθητήριο περιβάλλοντος και το αισθητήριο στο νερό του λέβητα, ενώ το ιδανικό είναι να συνδέεται και σε τρίοδη ή τετράοδη βάνα, ώστε να επιτυγχάνεται κατάλληλη διαχείριση και ανάμειξη του νερού επιστροφής με το νερό εισαγωγής στα θερμαντικά σώματα. Έτσι γίνεται ακόμα μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας, αφού μέρος της απαιτούμενης ενέργειας καλύπτεται από το δίκτυο επιστροφής, με αποτέλεσμα να λειτουργεί λιγότερο το σύστημα καύσης και άρα να μειώνεται η κατανάλωση καυσίμου.

Τα αισθητήρια είναι ημιαγωγοί των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Έχουν ακρίβεια περίπου 0,5% και συνήθως η περιοχή μέτρησης κυμαίνεται από 20οC έως 100οC. Ο χρόνος απόκρισής τους είναι περίπου 10 δευτερόλεπτα, οπότε τα μετρούμενα μεγέθη κρίνονται ικανοποιητικά για την οικιακή χρήση. Προσοχή χρειάζεται στην ορθή χρήση τύπου καλωδίων, κυρίως σε περίπτωση που οι αποστάσεις των σημείων τοποθέτησής τους είναι αρκετά μεγάλες (π.χ. 30 μέτρα) σε σχέση με το σημείο τοποθέτησης του ελεγκτή. Επιπλέον, λόγω της χαμηλής τάσης, χρειάζεται προσοχή όταν η όδευσή τους είναι κοντά σε καλώδια υψηλής τάσης, καθώς υπάρχει κίνδυνος λανθάνουσας μέτρησης.

Η εξοικονόμηση που προσφέρει ένα σύστημα αντιστάθμισης είναι μεγάλη σε σχέση με το συνολικό κόστος αυτής της εγκατάστασης. Συνήθως η εξοικονόμηση κυμαίνεται μεταξύ 7-12% και το κόστος της εγκατάστασης ποικίλλει –ανάλογα με την εφαρμογή και το πλήθος των εγκατεστημένων αισθητηρίων– από 450 έως 800 ευρώ περίπου (χωρίς ΦΠΑ).

Προς αποφυγή παρεξηγήσεων, πρέπει να επισημάνουμε πως η αντιστάθμιση δεν είναι χρονοδιακόπτης. Αν και μπορεί να ενσωματωθεί χρονοδιακόπτης για τη λειτουργία της, η αντιστάθμιση δεν έχει αυτό το ρόλο. Δηλαδή η αντιστάθμιση δεν απενεργοποιεί τη λειτουργία της εγκατάστασης θέρμανσης όταν βάσει χρονοπρογράμματος έχουμε επιλέξει ένα εύρος ωρών λειτουργίας.

Ο ελεγκτής σε αυτή την περίπτωση διατηρεί θερμό το νερό του λέβητα, ώστε να τον προστατεύσει από τον κίνδυνο διάβρωσης λόγω υγροποίησης των ατμών θειικού οξέος μέχρι τον κυκλοφορητή, διατηρώντας τη θερμοκρασία στο λέβητα στην επιθυμητή θερμοκρασία ασφαλείας.

Θερμοστάτης χώρου

Για την ορθή και οικονομική λειτουργία της οικιακής εγκατάστασης κεντρικής θέρμανσης, είναι απαραίτητη η τοποθέτηση θερμοστατών χώρου. Με τις διατάξεις αυτές η εγκατάσταση εκκινεί μόνο όταν υπάρχει ανάγκη θέρμανσης, και διακόπτεται όταν ο χώρος φτάσει στις συνθήκες θερμοκρασίας που έχει οριστεί στο θερμοστάτη από το χρήστη.

Ο θερμοστάτης τοποθετείται στον πιο αντιπροσωπευτικό χώρο, δηλαδή σε χώρο του οποίου οι συνθήκες αντιπροσωπεύουν μια «μέση τιμή» για όλο το οίκημα. Το σημείο τοποθέτησης πρέπει να μην είναι κοντά σε θερμαντική πηγή, ρεύματα αέρα, άμεση ηλιακή ακτινοβολία, πίσω από κουρτίνες, σε εσοχές τοίχου, κοντά ή πίσω από πόρτες κλπ. Το ιδανικό ύψος είναι τα 1,5 – 1,7 μέτρα από το δάπεδο. Ο θερμοστάτης συνδέεται με τον καυστήρα ή με άλλα όργανα αυτοματισμού και δίνει εντολή (χαμηλής τάσης κυρίως) για τη λειτουργία της θέρμανσης.

Διατίθενται τρεις βασικοί τύποι θερμοστατών ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους:

  1. Μηχανικοί – ηλεκτρομηχανικοί. Αποτελούν το πιο διαδεδομένο είδος στην αγορά. Η λειτουργία τους στηρίζεται στη διαστολή και στη συστολή που υφίσταται ένα διμεταλλικό έλασμα ή ένα υγρό με την αλλαγή της θερμοκρασίας του. Συνήθως το διαφορικό τους μπορεί να μετρήσει με βήμα 1οC και αυτός είναι ο λόγος που σε αρκετές περιπτώσεις δημιουργείται δυσφορία στο χώρο, καθώς, ενώ έχουμε ρυθμίσει τη θερμοκρασία στους 19οC, τελικά, λόγω του διαφορικού, η θερμοκρασία φτάνει σχεδόν στους 20οC. Βέβαια σε πολλές περιπτώσεις η δυσφορία αυτή σε μεγάλο βαθμό εξαρτάται και από τα επίπεδα υγρασίας αλλά και από τη γενικότερη αρχιτεκτονική.
  2. Ηλεκτρονικοί. Οι ηλεκτρονικοί θερμοστάτες που πλέον αντικαθιστούν τους παλιούς μηχανικούς, δεν έχουν το μειονέκτημα του μεγάλου διαφορικού. Το εύρος της ακρίβειάς τους είναι από 0,1οC έως 0,3οC. Η λειτουργία τους στηρίζεται στην ιδιότητα κάποιων υλικών να μεταβάλλουν την ηλεκτρική αντίστασή τους ανάλογα με τη θερμοκρασία τους (Thermistor).
  3. Προγραμματιζόμενοι χρονοθερμοστάτες. Οι ηλεκτρονικοί θερμοστάτες μπορούν να συνδυαστούν και με έναν ωρολογιακό μηχανισμό. Παρέχουν έτσι τη δυνατότητα να ρυθμίσουμε τη θερμοκρασία χώρου σε διαφορετικές χρονικές περιόδους στη διάρκεια της ημέρας (ημερήσιος προγραμματισμός) ή της εβδομάδας (εβδομαδιαίος). Επιπλέον, παρέχεται η δυνατότητα να ρυθμίζουμε δύο θερμοκρασίες, μια υψηλή και μια χαμηλή (π.χ. για τη νυχτερινή λειτουργία).

 Θερμοστάτες ψηφιακής τεχνολογίας για μεγάλη ακρίβεια

Πλέον οι ψηφιακοί θερμοστάτες αποκτούν ολοένα και μεγαλύτερο μερίδιο στην αγορά, καθώς παρέχουν υψηλής ποιότητας ακρίβεια στη μέτρηση, είναι πιο φιλικοί προς το χρήστη κι έχουν μεγάλη οθόνη και μενού στα ελληνικά. Επιπλέον διατίθενται στην αγορά θερμοστάτες που έχουν τη δυνατότατα να προσαρμοστούν στη συμπεριφορά του εκάστοτε οικήματος λαμβάνοντας υπόψη την αδράνειά του.

Σε αυτή την περίπτωση, ο θερμοστάτης λειτουργεί όπως ένας κοινός ηλεκτρονικός θερμοστάτης για διάστημα 2 εβδομάδων, μέχρι να «διαβάσει» την αδράνεια του διαμερίσματος. Κατόπιν, αφού υπολογίσει σε αυτό το διάστημα τη θερμοκρασιακή συμπεριφορά του χώρου, ενεργοποιεί και απενεργοποιεί τη θέρμανση νωρίτερα είτε αργότερα, ώστε να επιτύχει τη σωστή θερμοκρασία. Έτσι εξοικονομείται καύσιμο, αφού μέσα από τον υπολογισμό της αδράνειας, ο θερμοστάτης απενεργοποιεί τη θέρμανση όσο νωρίτερα χρειάζεται, ώστε η τελική θερμοκρασία να μην ξεπερνά την επιθυμητή από το χρήστη.

Αυτονομία – διατάξεις θερμοστατικών κεφαλών

Η ανάγκη για αυτονομία θέρμανσης στις παλιές πολυκατοικίες έχει γίνει πια επιτακτική, καθώς οι απαιτήσεις θερμικής άνεσης ανά διαμέρισμα είναι πολύ διαφορετικές, με αποτέλεσμα να μη δίνεται η δυνατότητα σε μια «ενιαίας λειτουργίας» εγκατάσταση να καλύψει εξίσου όλους τους χρήστες. Επιπλέον, η συνήθως ανύπαρκτη υδραυλική εξισορρόπηση των δικτύων θέρμανσης έχει ως αποτέλεσμα την ανισοκατανομή της ενέργειας στο κτίριο, ανισοκατανομή η οποία πολλές φορές παρουσιάζεται με το φαινόμενο της υψηλότερης θερμοκρασίας στους χώρους κοντά στο λεβητοστάσιο (συνήθως στο ισόγειο, στον 1ο και στο 2ο όροφο) και της χαμηλής ποιότητας θέρμανσης στους πιο απομακρυσμένους χώρους (στους τελευταίους ορόφους της πολυκατοικίας).

Το αποτέλεσμα είναι η έντονη δυσφορία των χρηστών, η ανισοκατανομή των φορτίων και κάποιες φορές η αφορμή για πολύωρες συζητήσεις και συνελεύσεις χωρίς αποτέλεσμα. Έτσι η εγκατάσταση της κεντρικής θέρμανσης τίθεται σε πληθώρα περιπτώσεων εκτός λειτουργίας, καθώς πολλά διαμερίσματα ζητούν την αποκοπή τους από το κεντρικό σύστημα, και τελικά το αγαθό που ονομάζεται «θέρμανση» φαίνεται πρακτικά να μην μπορεί να αποδώσει για όλους το ίδιο.

Στην Ελλάδα, το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε πρώτα με την εμφάνιση της οικονομικής κρίσης, η οποία κατέστησε το καύσιμο ακριβό, και στη συνέχεια με την αλλαγή στις συνθήκες διαβίωσης, αλλά και με την εντατικοποίηση των περιβαλλοντικών ανησυχιών των ίδιων των πολιτών.

Εδώ και περισσότερο από 100 χρόνια η τεχνολογία έχει αποδείξει ότι πλέον το πρόβλημα της ενιαίας κεντρικής θέρμανσης μπορεί εύκολα να επιλυθεί τοποθετώντας θερμοστατικές κεφαλές σε κάθε θερμαντικό σώμα της εγκατάστασης, διακόπτες με ενσωματωμένο έλεγχο διαφορικής πίεσης όπου αυτό είναι απολύτως αναγκαίο, καθώς και μετρώντας τις θερμικές αποδόσεις των σωμάτων στους χώρους με θερμιδομετρητές ή με τη χρήση ηλεκτρονικών θερμιδομετρητών γραμμής. Έτσι δίνεται η δυνατότητα στο χρήστη να εξοικονομεί ενέργεια από την παρέμβασή του (θερμικά) σε κάθε σώμα, να πληρώνει το κόστος που του αναλογεί χωρίς να επιβαρύνεται με δαπάνες άλλων που δεν μπορούν εύκολα να αποδειχτούν και, κυρίως, να κάνει χρήση της θέρμανσής του με τους όρους που ο ίδιος επιθυμεί.

Η θερμοστατική κεφαλή τοποθετείται σε κάθε θερμαντικό σώμα της εγκατάστασης, και μέσω του διακόπτη ρυθμίζει την κυκλοφορία του θερμού νερού στο σώμα ανάλογα με την επιθυμητή σε αυτό θερμοκρασία, ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιεί τη σπατάλη ενέργειας. Αντιθέτως, στο παραδοσιακό κεντρικό σύστημα θερμαίνονται εξίσου όλοι οι χώροι, ανεξάρτητα από το αν χρησιμοποιούνται τακτικά ή από τον προσανατολισμό τους και τις ιδιαίτερες συνθήκες που επικρατούν. Πλέον, στην αγορά διατίθενται και θερμοστατικές κεφαλές με χειρισμό μέσω τεχνολογίας Bluetooth.

Για τον έλεγχο και τον καταμερισμό των δαπανών θέρμανσης τοποθετείται ένας κατανεμητής (θερμιδομετρητής) σε κάθε θερμαντικό σώμα. Πρόκειται για μια ηλεκτρονική διάταξη η οποία είναι ακριβής και ικανή να ξεχωρίσει τη θερμότητα που προέρχεται από το σύστημα θέρμανσης ή από άλλες πηγές. Καταγράφει, δηλαδή, όλες τις εκπομπές θερμότητας, αλλά υπολογίζει την κατανάλωση και κοστολογεί μόνο τις εκπομπές που προέρχονται από το σύστημα θέρμανσης. Ο κατανεμητής προγραμματίζεται ανάλογα με την πραγματική ισχύ του θερμαντικού σώματος και φέρει ένα μοναδιαίο επταψήφιο (συνήθως) κωδικό για κάθε σώμα. Έχει μάλιστα τη δυνατότητα να διαπιστώνει κάθε κακόβουλη παρέμβαση ή παραβίαση, την οποία καταγράφει στη μνήμη του.

Το σύστημα αυτό έχει αποδείξει ότι χωρίς την αλλαγή νοοτροπίας του χρήστη (η οποία μπορεί να συνεισφέρει σε μεγάλο βαθμό στην εξοικονόμηση), μπορεί να επιφέρει μια εξοικονόμηση της τάξης του 20-30%.

Για την τοποθέτηση ενός συστήματος θερμιδομέτρησης είναι απαραίτητη η αντικατάσταση του υφιστάμενου κυκλοφορητή σταθερών στροφών με νέο τύπου inverter. Η παρέμβαση αυτή κρίνεται αναγκαία, καθώς η χρήση των θερμοστατικών κεφαλών δεν συνδυάζεται με κυκλοφορητή σταθερών στροφών, γιατί δεν επιτρέπει την εξισορρόπηση των δικτύων και επιπλέον δημιουργεί υδραυλικό πλήγμα, θόρυβο και καταπόνηση στις εγκαταστάσεις θέρμανσης.

Για μια τυπική εγκατάσταση σε ένα διαμέρισμα πολυκατοικίας με μονοσωλήνιο σύστημα και 5 θερμαντικά σώματα το κόστος ανέρχεται σε περίπου 400 – 500 ευρώ (χωρίς ΦΠΑ). Υπάρχει επίσης ένα πρόσθετο κόστος που επιμερίζεται στο διαμέρισμα για τις κοινόχρηστες δαπάνες στο σύστημα θέρμανσης (για τον κυκλοφορητή inverter, το κύκλωμα by-pass, τον έλεγχο αντιστάθμισης κλπ.).

*Ο κ. Δημήτρης Μαναγούδης είναι μηχανολόγος μηχανικός, MSc in Energy & Environmental Investments.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΤΕΛΕΥΤΑΙΑ ΝΕΑ