Metodika kalkulačky:
data, vzorce a zdroje

1. Jak kalkulačka uvažuje

Kalkulačka simuluje celý rok, den po dni (365 dní), v zadané lokalitě. Pro každý den odhaduje tepelnou a elektrickou potřebu, výrobu fotovoltaiky a případné větrné energie a ověřuje, jak rozdíl pokrývají BioGS-1.0, elektrická akumulace a tepelná akumulace. Poté dimenzuje systém: počet jednotek BioGS-1.0, výkon fotovoltaiky, kapacitu baterie a objem pufferu.

2. Klimatická data

Referenční výroba fotovoltaiky. Kalkulačka si od PVGIS vyžádá výnos 1 kWp se systémovými ztrátami 14%. Výnos je vypočten na vodorovné rovině a poté upraven faktory expozice popsanými níže.

Klimatická normalizace (pouze vytápění). Denostupně typického roku (základ 20 °C) se vydělí denostupni roku 2023, a poměr, omezený na rozmezí 0,8 až 1,3, vynásobí tepelné ztráty. Je to nutné, protože rok 2023 byl v převážné části Itálie teplejší než průměr a nesmí vést k podhodnocení vytápění.

Korekce nadmořské výšky. Teplota z ERA5 se vztahuje na buňky o velikosti přibližně 30 km, jejichž průměrná nadmořská výška se může lišit od výšky lokality. Rozdíl výšky mezi buňkou a lokalitou, vynásobený gradientem 0,45 °C na každých 100 m, koriguje teplotu (korekce omezena na rozmezí od -4 do +8 °C).

Italská klimatická zóna. Pro lokality v Itálii proxy odvozuje klimatickou zónu (A-F, DPR 412/93) z denostupňů typického roku.

3. Tepelná potřeba

3.1 Vytápění prostor

Zjednodušená denní bilance, inspirovaná normami EN ISO 13790 a EN ISO 52016:

Q = max(0, H × 24 × (T vnitřní − T vnější) × klimatický faktor − η × (vnitřní zisky + solární zisky))

• H: měrná tepelná ztráta budovy, ve W/K = h_spec × plocha × tvarový faktor × výškový faktor.
• T vnitřní: 20 °C, nebo cílová teplota zadaná uživatelem.
• Vnitřní zisky: 3 W na m² plochy.
• Solární zisky: denní sluneční záření × 0,03 m² ekvivalentní solární plochy na m² plochy (okna přibližně 15% × solární faktor 0,6, se zohledněním stínění a orientace).
• η: činitel využití zisků, s parametrem a = 4 (budova se střední setrvačností).
• Výškový faktor: průměrná výška / 2,7 m, omezený na rozmezí 0,85 až 1,3.

Úroveň zateplení (h_spec ve W/m²K, kalibrováno na samostatně stojící dům o ploše přibližně 100 m² o dvou podlažích, s odkazem na TABULA/EPISCOPE a na italské a evropské zákonné limity):

Energetická třída APE (italský průkaz energetické náročnosti; pouze lokality v Itálii). Pokud je uvedena, má přednost před úrovní zateplení. Třída se vztahuje k referenční budově (DM 26/06/2015), takže h_spec = 1,1 × poměr mezi EPgl,nren dané třídy a referenční budovy (střed pásma), poté vynásobený faktorem klimatické zóny a omezený na rozsah úrovní zateplení.

Faktor zóny zohledňuje, že referenční budova APE má v teplých zónách mírnější požadavky (hodnoty U 2019/2021, DM 26/06/2015).

Typ budovy (podíl tepelně ztrátové obálky vzhledem k samostatně stojícímu domu):

Deklarovaná tepelná spotřeba. Pokud uživatel uvede vlastní roční tepelnou spotřebu, má tato hodnota vždy přednost před modelem a rozloží se na jednotlivé dny podle sezónního průběhu fyzikálního modelu.

3.2 Teplá užitková voda a spotřebiče

• Teplá užitková voda: 50 litrů na osobu a den, ohřátých na 45 °C, rovnoměrně rozložených během roku. Teplotní rozdíl vychází z teploty vody z vodovodní sítě, aproximované průměrnou roční teplotou vzduchu v lokalitě (omezenou na rozmezí 5 až 22 °C).
• Pračka a myčka: 100 a 150 cyklů ročně na osobu, 15 a 10 ekvivalentních litrů na cyklus, s průměrnou teplotou praní 50 °C. Předpokládá se, že voda předehřátá v pufferu je k dispozici do 40 °C: tento podíl je tepelnou zátěží, zbývající část zůstává elektrická.
• Počet osob: pokud není uveden, předpokládají se 3 osoby.

3.3 Bazén a skleník

• Bazén: 200 kWh tepelných na m³ ročně, soustředěných do letních měsíců, plus 20 kWh elektrických na m³ ročně na recirkulaci a filtraci, rovnoměrně během roku.
• Skleník: fyzikální výpočet den po dni, kWh = U × plocha × (T cílová − T vnější) × 24 / 1000, kde U ve W/m²K činí 6,2 (jednovrstvá krytina), 4,0 (dvojitá), 3,4 (pevná), podle hodnot Rutgers Cooperative Extension.
• Pokud deklarovaná spotřeba již zahrnuje bazén nebo skleník, roční součet se nemění: model je používá pouze k tomu, aby graf získal správný sezónní průběh.

4. Elektrická potřeba

• Základní spotřeba: je roční spotřeba elektřiny zadaná uživatelem. Pokud není zadána, kalkulačka ji odhadne: 300 kWh plus 900 kWh na osobu.
• Osvětlení: 8% základní spotřeby se přerozdělí na jednotlivé dny úměrně skutečným hodinám tmy v lokalitě, vypočteným astronomickým vzorcem ze zeměpisné šířky a dne v roce (zvládá i polární den a polární noc). Denní faktor je omezen na rozmezí 0,3 až 3. Roční součet se nemění.
• Elektromobil: 0,18 kWh na km, rovnoměrně během celého roku, pokud již není zahrnut v deklarované spotřebě.
• Klimatizace: pouze pokud ji uživatel uvede a deklaruje chlazenou plochu. Potřeba chladu = 0,035 kWh na m² chlazené plochy na stupeň chladicího denostupně (práh 26 °C), vynásobená solárním faktorem lokality a vydělená SEER 3,2.
• Recirkulace bazénu: viz oddíl 3.3.
• Zemědělský podnik: v měsících květen až září se přičítají zátěže peletizace a sušení (viz oddíl 7).

5. Fotovoltaika, větrná energie a akumulace

Fotovoltaika. Denní výroba je výnos PVGIS pro 1 kWp vynásobený instalovaným výkonem a faktorem expozice:

Základní výnos je výnos PVGIS na vodorovné rovině a zisk ze sklonu se nezapočítává: je to opatrná volba, která má tendenci podhodnocovat výrobu na šikmé střeše o několik procentních bodů.

Pokud je uvedena dostupná plocha, je fotovoltaika omezena na 1 kWp na každých 5 m².

Větrná energie. Jde o volitelné doplnění: instalovaný výkon určuje uživatel. Výnos nevychází z historické řady větru, ale ze tří kategorií větrnosti lokality.

Elektrická akumulace. Kapacita je nejmenší, která vynuluje roční elektrický deficit, s minimem 5 kWh a maximem rovným menší z hodnot 60 kWh a dvou dnů průměrné spotřeby. Pokud je limit dosažen, výsledek na to upozorní.

6. BioGS-1.0 a denní simulace

Údaje o produktu použité ve výpočtu (reálné provozní podmínky):

BioGS-1.0 vždy kogeneruje teplo a elektřinu společně, v pevném poměru: oba výstupy nelze volit nezávisle.

Pořadí pokrytí potřeby pro každý den:

1. Fotovoltaika a větrná energie pokrývají jako první elektrickou potřebu.
2. Případný obnovitelný přebytek nejprve nabíjí baterii, až do její volné kapacity.
3. Zbylý přebytek se mění na teplo, až do tepelné potřeby daného dne a nikdy nad ni.
4. Chybějící teplo vyrobí BioGS-1.0. Zároveň vyrobí související elektřinu, která pokryje zbývající elektrický deficit. Počet provozních hodin je určen tepelnou potřebou (tepelná priorita), nebo elektrickou, pokud ta vyžaduje více hodin.
5. Případný zbývající elektrický deficit se vybíjí z baterie a pokud nestačí, zůstává jako odběr ze sítě.

Baterie přenáší svůj stav nabití z jednoho dne na další (je to jediné místo výpočtu, kde dny nejsou nezávislé), počínaje ustálenou úrovní získanou prvním průchodem rokem. Protože přebytek nejprve nabíjí baterii, menší část se mění na teplo a BioGS-1.0 pracuje o několik hodin déle.

Dimenzování.

• Jednotky BioGS-1.0: minimální počet, při kterém v každém dni roku požadované provozní hodiny nepřekročí 24, s baterií dimenzovanou pro tento počet jednotek.
• Fotovoltaika: minimální výkon, který při baterii v mezích autonomie vynuluje roční elektrický deficit (tolerance 0,05 kWh/rok), hledaný půlením intervalu. Kalkulačka uvádí také den v roce, který toto dimenzování určuje.
• Puffer: objem vychází z maximálního denního posunu mezi výrobou a poptávkou po teple. Používá se typický hodinový profil tepelné poptávky (podíl podle hodin dne): 30% mezi půlnocí a 6, 15% mezi 6 a 9, 15% mezi 9 a 18, 40% mezi 18 a půlnocí. Přebytek FV se soustředí mezi 11 a 15; BioGS-1.0 provede jediný nepřetržitý cyklus s časem spuštění zvoleným tak, aby se posun minimalizoval. Litry se získají s teplotním rozdílem 25 °C a 1,163 Wh na litr a °C.

7. Zemědělský podnik: od biomasy k peletám

Zemědělská cesta posuzuje, zda odpad z podniku stačí k provozu BioGS-1.0.

• Přepočet na ekvivalentní pelety: sušina = množství × (1 − vlhkost); pelety = sušina / 0,9, vynásobeno procesním výtěžkem 95% (mletí plus peletizace). Pokud je biomasa již ve formě pelet, je výtěžek 1.
• Mletí: štěpka 11 kWh/t (jemné drcení); špalky a větve 30 kWh/t (štěpkování plus jemné drcení).
• Lis: výkonnost 15 kg/h na instalovaný kW (66,7 kWh/t), 6 čistých pracovních hodin denně, nejmenší komerční velikost z řady 3, 4, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22, 30, 37, 45, 55 a 75 kW, která dokončí kampaň.
• Kampaň: sušení a peletizace v měsících květen až září, kdy je největší energetický přebytek.
• Sušení: do 14% vlhkosti, s 1 kWh tepla na kg odpařené vody. Uživatel volí, zda použije teplo z BioGS-1.0 (přičtené k tepelné potřebě), nebo přirozené sušení. Ventilátory sušárny odebírají 3% tepla.
• Skořápky a pecky: připravené k použití, bez mletí. Suší se pouze tehdy, pokud přesahují 10% vlhkost. Mohou tvořit nejvýše 40% celkového paliva (technické omezení BioGS-1.0).
• Směs: nejprve se použije vlastní odpad (při 2,4 kg/h) až do vyčerpání, poté nakoupené certifikované pelety A1 nebo A2 (při 2,2 kg/h) na zbývající hodiny. Kalkulačka uvádí také, jaká část hodin je pokryta vlastním odpadem.

Zdroje procesních dat: Forest Research UK (2011), „Wood pellets production“; MDPI Sustainability 17(1):140 (2024); MDPI Energies 16(13):4894 (2023); TCPEL, příručka „Biomass Hammer Mill“.

8. Biomasa, biochar a CO₂

Hodnota je potenciál sekvestrace a nikoli certifikovaný uhlíkový kredit. Nepoužívá se žádný faktor trvanlivosti uhlíku: bude doplněn, až budou k dispozici další analýzy.

9. Spolehlivost výsledku

Kalkulačka uvádí úroveň spolehlivosti podle tří skutečných údajů: spotřeba elektřiny, spotřeba tepla a přesná adresa (s ulicí nebo číslem popisným).

10. Omezení modelu

• jde o předběžný odhad, nikoli prováděcí projekt;
• pořadí pokrytí potřeby se řeší denně, nikoli hodinově; hodinový profil se používá pouze k dimenzování pufferu;
• klima je z roku 2023 normalizované pro vytápění, nikoli předpověď;
• vítr je průměrný výnos podle kategorie, nikoli historická řada;
• teplota vody z vodovodní sítě je aproximována průměrnou roční teplotou vzduchu;
• tepelná potřeba závisí na kvalitě zadaných údajů o budově;
• sekvestrace CO₂ je potenciál bez faktoru trvanlivosti.

11. Reference

PVGIS (JRC, Evropská komise);
ERA5 (Copernicus Climate Change Service, ECMWF);
Open-Meteo;
OpenStreetMap (Nominatim, Photon);
EN ISO 13790 a EN ISO 52016;
DM 26/06/2015 (energetická klasifikace);
DPR 412/93 (klimatické zóny);
TABULA/EPISCOPE;
Rutgers Cooperative Extension (krytiny skleníků).