Hodnocení energetické náročnosti budov podle nových požadavků

Miroslav Urban

Počínaje rokem 2009 je v České republice povinností pro většinu nových budov a pro některé rekonstruované budovy prokázání splnění požadavku na množství celkové dodané energie do budovy. Tento požadavek podrobně upravuje zákon 406/2000 Sb., o hospodaření energií,  ve znění pozdějších předpisů a prováděcí vyhláška k § 6a tohoto zákona, vyhláška MPO č. 148/2000 Sb., o energetické náročnosti budov (ENB).

Základním hodnotícím ukazatelem ENB je v ČR celková roční dodaná energie, která je chápána jako množství energie dodané do budovy, vč. energie vyrobené - produkované, v budově obnovitelnými zdroji energie a spotřebované v budově. Celková dodaná energie představuje spotřebu energie pro vytápění, chlazení, vzduchotechniku a úpravu vlhkosti přípravu teplé vody, osvětlení a provoz zařízení zajišťujících provoz jednotlivých systémů. Jde o souhrn energetických spotřeb budovy vč. účinností technických zařízení a ztrát při transportu a spotřebované energie na provoz budovy. Doposud byly budovy hodnoceny podle legislativních požadavků prakticky pouze metodou zohledňující měrnou potřebu tepla na vytápění objektu. Jediným faktorem, který ovlivňoval výsledné hodnocení, byly tepelně technické vlastnosti budovy a k energetickým systémům budovy nebylo přihlíženo. Celkově energetickou náročnost jakékoliv budovy ovlivňují všechny systémy podílející se na spotřebě a výrobě energie. Do budovy je na její systémovou hranici dodávána energie, která je přeměněna ve zdroji energie a následně rozvedena do jednotlivých zón lišících se provozním zatížením.

Současné povinnosti

Hodnocení ENB je prováděno na základě výpočtu celkové dodané energie do budovy pro nové budovy a budovy rekonstruované uvedené v odst. 2 § 6a zákona 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů. Výjimkou jsou budovy uvedené v odst. 8 § 6a zmíněného zákona. Splnění požadavků dokládá stavebník, vlastník budovy nebo společenství vlastníků jednotek průkazem ENB, který nesmí být starší 10 let a je součástí dokumentace pro stavební povolení, nebo ohlášení stavby v následujících příkladech.

V první řadě při výstavbě nových budov, kdy zákon předpokládá, že součástí průkazu větší nové budovy s celkovou podlahovou plochou nad 1000 m² musí být i výsledky posouzení technické, ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů vytápění (kombinovaná výroba elektřiny a tepla, dálkové nebo blokové ústřední vytápění či chlazení, decentralizované systémy dodávky energie založené na energii z obnovitelných zdrojů, tepelná čerpadla).

V druhé řadě při větších změnách stávajících budov s celkovou podlahovou plochou nad 1000 m², které ovlivňují jejich energetickou náročnost. Větší změny by měly být využity jako příležitost k efektivnímu využití nákladů na úspory energie. Většími změnami stavby (opravy, rekonstrukce, modernizace) se rozumí takové, které se provádějí na více než 25 % celkové plochy obvodového pláště budovy, tzn. jak svislých, tak i vodorovných vnějších ochlazovaných ploch.

Jak je tomu s povinností disponovat průkazem ENB při prodeji nebo nájmu budovy?

Při prodeji nebo nájmu budov popř. jejich částí je nutné mít průkaz ENB pouze v případech, kdy pro tyto budovy nastala povinnost vypracovat průkaz energetické náročnosti podle předchozích dvou požadavků (tzn., jedná se o výstavbu nové budovy, nebo rekonstrukci stávající budovy). Souběžně je nutné v souvislosti s  vyhláškou č. 499/2006 Sb., o dokumentaci staveb zmínit požadavek na rozsah a obsah projektové dokumentace pro ohlášení stavby uvedené v § 104 odst. 2 písm. a) až d) stavebního zákona, k žádosti o stavební povolení podle § 110 odst. 2 písm. b) stavebního zákona a k oznámení stavby ve zkráceném stavebním řízení podle § 117 odst. 2 stavebního zákona. Pro tyto účely musí část projektové dokumentace D - dokladová část obsahovat stanoviska, posudky a výsledky jednání vedených v průběhu zpracování projektové dokumentace a právě zmíněný průkaz ENB podle zákona o hospodaření energií.

Obr. 1 – Grafické znázornění průkazu energetické náročnosti budovy

Podrobnosti výpočtu energetické náročnosti budovy

Hodnocení ENB se provádí na základě bilančního hodnocení, které představuje porovnání vypočtené bilance celkové dodané energie potřebné pro provoz budovy po jednotlivých časových úsecích ročního provozu (měsíc, den, hodina) a jejich porovnání s referenčními hodnotami stanovenými vyhláškou o energetické náročnosti budovy. Referenční hodnoty pro tyto budovy jsou v současné době definovány hodnotami měrné roční spotřeby energie v kWh/(m².rok), uvedené v příloze 1 vyhlášky o energetické náročnosti budov. Konkrétní ENB se stanoví bilančním hodnocením (výpočtovou metodou z návrhových veličin), což je vhodné pro účely vstupního hodnocení pro nové budovy i poprvé hodnocené stávající budovy a případně analytického hodnocení při přípravě změn dokončené budovy. V energetických systémech je dodaná energie přeměněna na užitečnou energii, která spolu s využitelnou částí tepelných zisků a ztrát zajišťuje množství energie potřebné pro splnění požadavků zón, energie dodaná na systémové hranici budovy. Výpočet ENB lze rozdělit na dvě výpočtové úrovně – na úrovni budovy a na úrovni energetických systémů.

Energetická bilance na úrovni budovy pro každou zónu zahrnuje:

·         tepelný tok prostupem mezi zónou budovy a okolním prostředím určeného tepelným gradientem mezi zónou a okolním prostředím;

·         tepelný tok větráním určený tepelným gradientem mezi zónou budovy a okolním prostředím;

·         vnitřní tepelné zisky od osob, vybavení a osvětlení zóny;

·         vnější tepelné zisky od solární radiace od průsvitných konstrukcí, solární radiace neprůsvitnými konstrukcemi je zanedbána;

·         využití tepelných zisků v konstrukcích budovy;

·         potřebu tepla na vytápění v časovém úseku, kdy je budova vytápěna a otopný systém dodává energii do zóny;

·         potřebu chladu na chlazení v časovém úseku, kdy je budova chlazena a systém chlazení dodává energii do zóny.

Energetická bilance na úrovni energetických systémů zahrnuje:

·         dodanou energii pro systémy vytápění, mechanického větrání, chlazení, klimatizaci, přípravu teplé vody, osvětlení včetně pomocných energií pro uvedené energetické systémy pro příslušné zóny,

·         produkci energie systémů využívající obnovitelné energie,

·         produkci energie systémů kombinované výroby elektřiny a tepla (kogenerace),

·         stanovení ztráty při výrobě (transformaci), distribuci a sdílení energie v rámci zón prostřednictvím příslušných energetických systémů.

Výpočetní postup předpokládá tepelné vazby mezi jednotlivými zónami. Dělící konstrukce mezi zónami může být v některých odůvodnitelných případech ve výpočtu uvažována jako adiabatická konstrukce. Výpočet ENB je prováděn jako stacionární výpočet pro jednotlivé časové úseky s maximální délkou jednoho měsíce a je proveden pro daný časový úsek v ustáleném teplotním stavu, dynamické vlastnosti jsou zahrnuty pomocí činitele využití tepelné kapacity budovy, účinností systémů technických zařízení budovy a účinností využití tepelných zisků.

Obr. 2 - Postup výpočtu vzhledem k toku energie

Prostředek pro výpočet

Výpočet ENB pro svoji komplexnost a kompikovanost již prakticky nelze provádět ručně a je nutná algoritmizace výpočetního postupu v podobě prostředku pro výpočet – výpočetního nástroje, software. Základní počet navzájem provázaných kroků je určen na základě multizónovosti budovy (každá budova může mít několik zón, pro které je třeba provést samostatný výpočet), variability energetických systémů, které mohou vzájemně zásobovat libovolnou skladbu zón a především na základě periodicity opakování cyklu (části výpočtu) v závislosti na časovém kroku, ve kterém je výpočet prováděn (hodina, měsíc). V současné době jsou dostupné dvě varianty prostředků pro výpočet.

První skupinu zastupuje pilotní volně šiřitelná výpočetní pomůcka NKN – Národní kalkulační nástroj. NKN byl vytvořen na katedře technických zařízení budov, fakulty stavební ČVUT v Praze a je stále rozvíjen. Výpočetní nástroj NKN ověřuje správnou interakci mezi navrhovanými výpočtovými kroky, které v této kombinaci dosud nebyly použity, ověřuje podmínkové vazby mezi jednotlivými kroky ve výpočtu, je řešen jako otevřený s možností zobrazení všech vazeb a vztahů ve výpočtovém algoritmu. Jeho používání je zdarma a je možno si jej stáhnout na adrese tzb.fsv.cvut.cz.

Druhou skupinu zastupují komerční výpočetní software, které z NKN vycházejí a čerpají. Jedná se o komerční software ENB firmy Protech Nový Bor a software Energie 2008 firmy Svoboda Software. V přípravě je třetí komerční SW - česká lokalizace rakouského SW ArchiPHYSIK.

Volba výpočetního prostředku je na uživateli. Každý výpočetní prostředek má vlastní specifika, styl práce. Nicméně přístup k výpočtu ze strany uživatele by měl být vždy zodpovědný a s vědomím, že je to on, kdo z největší části zodpovídá za výsledek výpočtu. Věrohodnost výsledků záleží nikoliv na výpočetním nástroji, který je v tomto smyslu pouze vyjadřovací prostředek pro vytvořený model budovy, ale na zadávaných vstupech a kvalitě tohoto výpočetního modelu. V případě modelu budovy pak rozhoduje především odborná způsobilost, zkušenosti a také zodpovědnost zadávající osoby, která může výsledek negativně ovlivnit.

Hodnocení budovy

Po provedení výpočtu je ENB vyjádřena pomocí průkazu, který se skládá ze dvou částí. První část viditelnou a nejznámější představuje grafické znázornění třídy ENB, která zařazuje budovu do třídy ENB pomocí barevně odlišené stupnice. Druhou částí průkazu je protokol průkazu ENB, který popisuje formou vyplněného formuláře budovu jak po stránce stavební a jejích tepelně technických parametrů, tak po stránce jednotlivých energetických systémů, včetně tříd energetické náročnosti pro jednotlivé energetické systémy, pokud jsou v budově osazeny. Výsledné hodnocení představuje tzv. třída energetické náročnosti. Budova by celkově měla dosáhnout minimálně na třídu A-C, třída D-G je z pohledu splnění požadavku vyhlášky nevyhovující. Podle současného požadavku vyhlášky o ENB je zatřídění budovy prováděno podle pevně stanoveného rozsahu měrné roční spotřeby energie EP_A v kWh/(m².rok) a příslušné hodnoty jsou uvedeny v příloze vyhlášky. Měrná roční spotřeba energie v kWh/(m².rok) uvedená ve třídě C je pro vyjmenované druhy budov ve vyhlášce o ENB hodnotou referenční. Budovy jsou rozděleny do 9 kategorií druhů budov, které se odvíjí od provozu, činností a podobnosti jednotlivých budov. Specifikace druhů budov vychází z ustanovení směrnice EPBD o energetické náročnosti budov. Pro jiné budovy, zejména polyfunkční budovy se použije zařazení do třídy EN podle postupu uvedeného v technické normě ČSN EN 15217 - Energetická náročnost budov - Metody pro vyjádření energetické náročnosti a pro energetickou certifikaci budov. Třída EN se stanoví pomocí váženého průměru hodnocení jednotlivých provozních částí budovy.

Tab. 1 - Klasifikační třídy EN hodnocení energetické náročnosti budovy podle vyhlášky č. 148/2007 Sb

Obnovitelné zdroje energie v ENB 

Zvláštní část ve výpočtu ENB představují obnovitelné zdroje energie (OZE). V případě metodiky výpočtu ENB představují  OZE systémová řešení energetických systémů využívající energii získanou z OZE. Pro potřeby metodiky výpočtu se jedná o termosolární systémy vytápění a ohřevu teplé vody, fotovoltaické systémy, zdroje tepla v podobě tepelných čerpadel. Vzhledem k principu výpočtu, je energie vyrobená v objektu pomocí využití OZE a pomocí systémů kogenerace od výsledné spotřeby energie objektu odečítána, výslednou spotřebu dodané energie do objektu snižuje. Dodaná energie, a tedy ENB, je ve výsledku snížena o energii produkovanou zařízeními instalovanými v budově, které využívají OZE,  či  produkovanou ve zdroji kombinované výroby elektřiny a tepla, energii prodanou, tzn. energii, která je vyrobena v zařízeních instalovaných v budově a která není v budově použita pro krytí dílčích potřeb energií a může být tudíž prodána. Výpočet množství energie vyrobené z OZE zahrnuje vliv umístění zdrojů zpravidla mimo budovu, tj. uvažuje se jejich množství na vstupu do systémové hranice budovy, avšak pomocná energie, ztráty elektřiny a tepelné energie uvnitř budovy, případně využitelných zisků v budově jsou zahrnuty do výpočtu dodané energie.

Příklad výpočtu

Pro případ ilustrace výsledku výpočtu a uchopitelnosti výsledků byl zvolen běžný rodinný dům. Investor je rozhodnut o materiálovém řešení stavby a její koncepci, ale váhá nad řešením energetických systémů. Otázkou je, která z potencionálních variant může být přijatelná. Rodinný dům se nachází v druhé teplotní (klimatické) oblasti, jednoduchého geometrického tvaru, je určen pro jednu rodinu, má dvě nadzemní podlaží a konvenční dispozici. Stavebně je objekt řešen tradičně pomocí zděné konstrukce z tepelně izolačních cihel s monolitickými stropy a plochou střechou. Objekt je dodatečně zateplen pomocí kontaktního zateplovacího systému. Součinitel prostupu tepla jednotlivých konstrukcí splňuje požadavky na vlastnosti stavby podle ČSN 73 0540:2 (2007) v úrovni lepší než požadované. Souběžně je předpokládáno, že jsou splněny všechny požadavky na užívání a provoz objektu. Objekt rodinného domu je rozdělen do dvou základních zón pro výpočet ENB. Jednu zónu představuje obytná část objektu a druhá zóna je tvořena prostorem temperované dvougaráže a technické zázemí. Rozdělení na dvě zóny určuje rozdílná vnitřní teplota a rozdílné podmínky užívání budovy.

Tab. 2 - Základní popis členění rodinného domu

Základní variantou možného koncepčního řešení energetických systémů je následující řešení. Zdrojem tepla je plynový kotel o výkonu 20 kW v provedení turbo, který zajišťuje vytápění objektu a ohřev teplé vody. Ohřev vody je řešen v zásobníku o objemu 350 l, ten je napojen na solární soustavu umístěnou na střeše objektu. Solární systém je sestaven z 5 m² solárních kolektorů se selektivním absorbérem v trvalém sklonu 45° a jižní orientace a slouží pouze pro přípravu teplé vody. Otopná soustava je  běžná teplovodní dvoutrubková s nuceným oběhem, s teplotním spádem 75/55 °C. Na ni jsou napojena ocelová desková otopná tělesa typu ventilkompakt se spodním připojením opatřená termostatickou hlavicí s předpokladem jejího správného umístění. Větrání obytné části objektu je zajištěno přirozeně a je závislé přímo na uživateli objektu.

Obr. 3 - Rodinný dům – první nadzemní podlaží

Obr. 4 - Rodinný dům – druhé nadzemní podlaží

Pouze větrání hygienického zázemí a kuchyňského koutu je zajištěno nuceně pomocí odtahového ventilátoru, resp. přímého odvodu par pomocí digestoře. Osvětlení objektu je řešeno v souladu s hygienickými požadavky a není znám příkon osvětlovací soustavy. Tolik stručný popis rodinného domu, který je  typickým představitelem uvedeného segmentu výstavby jak z hlediska stavebního řešení, tak z hlediska energetických systémů.

Druhou potencionální variantu, kterou investor zvažuje, představuje řešení, kdy je rodinný dům místo plynového kotle doplněn tepelným čerpadlem typu země-voda, které je hlavním zdrojem tepla a orientačně kryje spotřebu tepla na vytápění z 80 %. Zbývajících 20 % je ve špičkových odběrech kryto doplňkovým elektroohřevem. Ostatní koncepce energetických systémů zůstává zachována. Otopná soustava byla přizpůsobena na nízkoteplotní otopný spád 55/45 °C.

Třetí variantou je řešení, kdy základní varianta obsahuje navíc pouze řízené větrání s rekuperací. Větrání objektu obstarává větrací jednotka zajišťující hygienicky nezbytnou doporučenou výměnu vzduchu, průměrná účinnost výměníku ZZT je 70 % a jednotka neumožňuje cirkulaci odváděného vzduchu. Větrání je zajištěno pouze v zóně 1 – obytné části.

Vyhodnocení jednotlivých variant je uváděno tabulkovým výčtem absolutních hodnot a poté je možno provést optimalizaci návrhu výsledného řešení, případně použít jinou variantu. Popisně je komentována pouze základní varianta. Pro celkové hodnocení objektu je rozhodující celková roční spotřeba dodané energie do objektu, kterou spotřebují všechny energetické systémy, je kalkulována roční spotřeba dodané energie na vytápění, na ohřev teplé vody, na osvětlení budovy, na provoz systému vytápění a ohřevu teplé vody, energie vyrobená v budově prostřednictvím solárních kolektorů. V celkové bilanci je celková roční spotřeba energie pro základní variantu 87,80 GJ/rok, kdy dílčí hodnoty ročních spotřeb jsou uvedeny níže. Vliv spotřeby energie jednotlivých subsystémů (energetických systémů budovy) na celkové zařazení domu do třídy ENB přímo závisí na těchto dílčích hodnotách. Například zvýšení účinnosti užití energie na přípravu teplé vody má k celkové výši spotřeby energie menší vliv, než zvýšení účinnosti užití energie potřebné na vytápění budovy. Na základě výše jednotlivých spotřeb energie, resp. na základě celkové spotřeby dodané energie, je budova celkově zařazena do třídy ENB.

Tab. 3 - Roční dodaná energie výchozí varianty 1

Při shrnutí jednotlivých variant se vzhledem k tomu, že dílčí spotřeby energie zůstanou konstantní, bude uvedena pouze celková roční spotřeba energie a dílčí roční spotřeba energie na vytápění. U varianty č. 2 se roční spotřeba sníží celkem o 37,65 GJ/rok, (o 43 %). V důsledku využití OZE, zdroj energie země, je do objektu dodávána pouze elektrická energie na provoz TČ (elektrické energie – provoz kompresoru, případně elektřina na doplňkový ohřev ve špičce). U varianty č. 3 je vlivem využití řízeného větrání budovy a pomocí systému ZZT celkově snížena potřeba tepla způsobená větráním. Celková teoretická roční úspora energie představuje hodnotu 22,73 GJ, (o 26 %).

Tab.4 - Porovnání variantního řešení

Závěr

Hodnocení a výpočet ENB nepředstavuje složitou disciplínu ani zbytečnou součást projektové dokumentace, pokud se k této problematice bude přistupovat z hlediska požadavků na budovy objektivně, koncepčně a nikoliv pouze z pohledu formálního naplnění legislativního požadavku, a to jak ze strany státní správy, tak ze strany investorů, provozovatelů budov a zhotovitelů průkazu ENB. Neocenitelným přínosem této zákonné povinnosti je nutná spolupráce a koordinace prací některých důležitých profesí, které spolu přicházely v minulosti do styku minimálně, nebo vůbec.

Poděkování

Tento příspěvek vzniknul jako součást výzkumného záměru  CEZ MSM 6840770003.

Literatura:

[1]   Směrnice 2002/91/ES, o energetické náročnosti budov (EPBD)

[2]   Vyhláška MPO ČR č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov

[3]   Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů

[4]   Kabele, K. - Urban, M. - Adamovský, D. - Kabrhel, M. Energetická náročnost budov v souvislostech s platnou legislativou ČR. 1. vyd., Praha, ABF – nakladatelství ARCH, 2008, 144s., ISBN 978-80-86905-45-7

[5]   Kabele, K. - Urban, M. - Adamovský, D. - Kabrhel, M. Národní kalkulační nástroj NKN [počítačová aplikace]. Ver. 2.05 Praha, 2008. Dostupné z <http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn>. Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov, 61 MB.

Autor článku Ing. Miroslav Urban, Ph.D. působí na ČVUT v Praze, na Fakultě stavební, katedře technických zařízení budov (email: miroslav.urban@fsv.cvut.cz)

Zdroj: Časopis Alternativní energie - www.alen.cz