Praktická aplikace metodiky hodnocení energetické náročnosti budov (III)
Škola
Další článek týkající se problematiky nového způsobu hodnocení energetické náročnosti budov (dále "ENB") bude zaměřen na stávající budovu veřejného sektoru - budovu školy o podlahové ploše větší než 1000m2. Škola disponuje energetickým auditem, na jehož základě Obecní úřad uvažuje o její částečné rekonstrukci. Z tohoto důvodu je k projektové dokumentaci stavby nutné provést výpočet energetické náročnosti budovy a vystavit průkaz ENB. Průkaz ENB bude poté umístěn na veřejně přístupném místě v budově.
1. Obecný popis objektu
Jedná se o samostatnou budovu, ve které jsou umístěny učebny, kabinety, administrativa, šatny, sociální zařízení a další zázemí potřebná pro chod školy. Škola je využívána celoročně, kromě 2 měsíců během letních prázdnin. Provoz probíhá v pracovních dnech od 7.30 do cca 17:00. Budova je zásobována teplem na vytápění z výměníkové stanice umístěné v suterénu objektu. Výměníková stanice byla nedávno kompletně rekonstruována. Je vybavena novými výměníky, systémem regulace. Regulace VS je podle ekvitermní křivky v závislosti na venkovní teplotě. Regulace je prováděna směšováním přívodního a vratného potrubí trojcestným ventilem se servopohonem, oběh topné vody zajišťuje čerpadlo Grundfos s regulací otáček. Součástí regulace jsou prováděné teplotní útlumy o víkendech a v nočních hodinách. Otopná soustava je dvoutrubková, potrubí je ocelové. Otopná soustava je horizontální se spodním rozvodem vedeným nad podlahou suterénu a dále v nepodsklepené části objektu je potrubí vedeno v podlaze 1.NP. Termoregulační ventily jsou osazeny na všech otopných tělesech, termostatické hlavice jsou osazeny přibližně na třetině otopných těles z důvodu jejich poškození. Teplá voda je rovněž připravována ve výměníkové stanici, potrubí pro ohřev teplé vody je vedeno odbočením za spirálovým výměníkem z trasy topné vody pro ÚT. Je osazeno trojcestnou směšovací armaturou a oběhovým čerpadlem Grundfos. Regulace TV je na konstantní teplotu 55 °C, regulaci zajišťuje trojcestný regulační ventil, TV je vedena do rozvodu objektu přes vyrovnávací nádrž. Cirkulační potrubí je osazeno cirkulačním čerpadlem Grundfos. Osvětlení v učebnách je převážně zářivkové. V ostatních prostorech (chodby, sklad, kabinet, WC apod.) jsou instalována svítidla žárovková. Osvětlení ve třídách je možno zapínat postupně. Celkový instalovaný výkon v osvětlení je cca 8 kW. Spotřeba elektřiny se na osvětlení dle výpočtu energetického auditu podílí ve výši 75% na celkové spotřebě el. energie v budově.
| Technické parametry objektu | ||
|---|---|---|
| Počet nadzemních podlaží | - | 2 |
| Počet podzemních podlaží | - | 1 |
| Obestavěný vytápěný prostor budovy | m3 | 5 525 |
| Zastavěná plocha objektu | m2 | 499 |
| Podlahová plocha všech prostorů v budově | m2 | 1 604 |
| Plocha výplní otvorů | m2 | 146 |
| Plocha střechy | m2 | 499 |
Tab. 1 - Základní technické parametry objektu zjištěné z EA
1.1 Zónování budovy
Způsob zónování budovy bude pro mnoho budov jednou z problematických částí postupu při výpočtu ENB. Pokud by bylo hodnotící měřítko absolutní číslo spotřeby dodané energie do budovy, potom lze "různým" způsobem zónování téže budovy dosáhnout odlišných čísel vyjadřujících ENB a tímto vědomě ovlivnit požadovaný výsledek. Uveďme proto základní zásady a základní předpoklady pro zónování budovy ve smyslu požadavků stanovení ENB. Opakovaně pro potřeby toho článku je uvedeno, že budova, nebo její část je zónou, pokud
- je zásobována ze stejné skladby energetických systémů budovy, nebo
- má různé užívání v souladu se standardizovanými podmínkami vnitřního a venkovního prostředí a provozu stanovenými v platných technických normách a jiných předpisech.
Z těchto dvou základních požadavků vyplývá vlastní rozdělení budovy školy na tři základní zóny, které se vyznačují rozdílným provozem, či způsobem úpravy vnitřního prostředí. Pro potřeby výpočetního nástroje je nutné budovu zónově definovat viz tabulka 2.
| Označení | Název | Standardizovaný profil | Plocha | Objem |
|---|---|---|---|---|
| m2 | m3 | |||
| Zóna 1 | Učebny, kabinety | Vzdělávací budovy - učebny, kabinety | 910 | 4004 |
| Zóna 2 | Šatny, dílny | Vzdělávací budovy - chodby komunikace | 324,5 | 1427,8 |
| Zóna 3 | Technické místnosti | Obecná nevytápěná zóna (pozn. upravený profil) | 174,2 | 766,48 |
| Celkem | 1234,5 | 5431,8 |
Tab. 2 - Základní popis zón objektu
Zóna 1 zahrnuje obě nadzemní podlaží, vč. chodeb a komunikací v nich obsažených a bezprostředně svázaných s učebnami. Učebny se vyskytují také v přízemí objektu, tudíž celé přízemí (1.NP) je také v tomto případě zahrnuto do zóny 1 (pozn. vstupní část objektu je minimální a vede přímo do šaten suterénu objektu). Zóna 2 vyjadřuje vytápěné prostory na nižší teplotu a s jiným režimem užívání, které jsou umístěny výhradně v suterénu budovy. Jedná se o dílny, šatny a další technické zázemí správy objektu. V suterénu budovy se také nacházejí nevytápěné prostory, tyto zahrneme do tzv. obecné nevytápěné zóny - zóny 3. Obecná nevytápěná zóna a její definování je nutné z principu na kterém je postaven zjednodušený výpočetní algoritmus. Definování této zóny slouží v tomto případě pouze k určení interakce vytápěných zón s prostorem nevytápěným podle potřeby výpočtu na základě ČSN EN ISO 13 790. Zónu 3 již dále geometricky nedefinujeme z pohledu dalších ohraničujících konstrukcí. Předpokládáme, že hodnoty vyjadřující podmínky uvnitř této zóny byly stanoveny jinak, např. přesněji pomocí podrobného výpočtu tepelných ztrát, nebo expertním stanovením odpovídajícím místním podmínkám. Těmito okrajovými podmínkami lze zónu určit přesněji. Zóna 1 i zóna 2 již musí být geometricky definovány pomocí všech ohraničujících konstrukcí, jak bude dále uvedeno. Na základě rozdělení budovy na tři zóny ve výpočetním nástroji vybereme tzv. uživatelské profily odpovídající provozu v jednotlivých zónách. Ve výpočetním nástroji je uvedeno 50 přednastavených standardizovaných profilů budovy. Tyto profily definují "správný provoz" zóny pomocí pevně stanovených hodnot. Takových hodnot v profilu, které u reálného objektu zajistí požadované vnitřní prostředí, např. nedochází k přetápění, nedostatečné výměně vzduchu, podsvětlení prostor, apod. Z těchto profilů vybereme profil, který rámcově odpovídá provozu zóny. Pokud profil z nějakého důvodu neodpovídá (např. doba užívání zóny, vnitřní podmínky), pak lze definovat vlastní profil v části výpočetního nástroje k tomu určené. Např. obecná nevytápěná zóna má v základním profilu uvedenu jinou vnitřní teplotu, nežli je skutečná předpokládaná teplota v této nevytápěné zóně - vlastní profil zóny s požadovanou hodnotou vnitřní teploty zóny 3. V dalším kroku je nutno každou zónu popsat specificky z hlediska provozu a užití energie. Toto představuje vedení a předání energie otopné soustavy v podobě stanovení účinnosti využití energie konkrétně pomocí účinnosti emise ηem;H;s a distribuce ηdistr;H;s energie v celkové bilanci zóny. Hodnoty pro tento případ uvádí přímo energetický audit a tyto hodnoty jsou hodnoty stanovené výpočtem z bilancí skutečných spotřeb objektu. Hodnoty účinnosti vytápěcího systému jednotlivých zón ukazuje následující tabulka 3, která zahrnuje účinnosti emise ηem;H;s a distribuce ηdistr;H;s tepla. Účinnost je ve smyslu výpočtové metodiky chápána jako využitelná energie, která je z dodané energie ze zdroje v místě spotřeby (zóně 1, zóně 2) využita ke krytí potřeby energie.
| Zóna 1 | Učebny, kabinety | |
|---|---|---|
| Účinnost emise tepla | ηem;H;s | 90% |
| Účinnost distribučního systému | ηdistr;H;s | 90% |
| Zóna 2 | Technické místnosti | |
| Účinnost emise tepla | ηem;H;s | 95% |
| Účinnost distribučního systému | ηdistr;H;s | 90% |
Tab. 3 - Účinnost využití tepelné energie v zóně
Příkon osvětlovací soustavy jednotlivých zón je v tomto případě zjistitelný v energetickém auditu a pro jednotlivé zóny je uveden v tabulce 4.
| Zóna 1 | Učebny, kabinety | |
|---|---|---|
| Typ osvětlovací soustavy | - | zářivky |
| Příkon osvětlovací soustavy | Plight | 8000 W |
| Zóna 2 | Technické místnosti | |
| Typ osvětlovací soustavy | - | žárovky, zářivky |
| Příkon osvětlovací soustavy | Plight | 1000 W |
| Zóna 3 | Technické místnosti | |
| Typ osvětlovací soustavy | - | žárovky, zářivky |
| Příkon osvětlovací soustavy | Plight | 500 W |
Tab. 4 - Osvětlení zón
2. Stavební část - ohraničení zón
Stavební část řešení objektu je popsána pomocí charakteristik stavebních konstrukcí prostřednictvím údajů uvedených v tabulce 5. Parametry konstrukcí ohraničující jednotlivé zóny byly převzaty z údajů, které jsou dostupné v EA. Zadáním stavební charakteristiky objektu, tzn. tepelně technických vlastností zón a jejich popisu zón definujeme výši potřeb energie. Pro každou konstrukci příslušející k zóně a která je hranicí sousedící s vnějším prostředím nebo sousedící zónou, je třeba definovat a zadat parametry do výpočetního nástroje. Jelikož EA neřeší do větších podrobností konstrukce náležející k jednotlivým zónám, ale pracuje pouze s objektem jako celkem, je třeba provést korekci ploch jednotlivých konstrukcí a jejich přiřazení k jednotlivým zónám - týká se obvodového pláště (konstrukcí sousedících s exteriérem, se zeminou). Dále EA neuvádí parametry vnitřních konstrukcí ohraničujících jednotlivé zóny. Uvedené chybějící parametry (pro upřesnění: přerozdělení plošných výměr konstrukcí k jednotlivým zónám, hodnoty vnitřních konstrukcí ohraničující jednotlivé zóny) je třeba získat pro výpočet z existující projektové dokumentace, nebo z místního šetření. Možná námitka týkající se víceprací související s průkazem ENB v tomto případě není příliš namístě. Uvědomme si, že průkaz ENB je zhotovován za cílem potřeby rekonstrukce budovy. V souvislosti s připravovaným projektem je tedy nezbytné mít k dispozici projektovou dokumentaci stávajícího stavu, nebo provést místní šetření, které bude zahrnovat mnohem více úkonů, nežli je vlastní zjištění charakteru a plochy několika konstrukcí. Zadáním stavební charakteristiky objektu, tzn. tepelně technických vlastností zón a jejich popisu zón definujeme výši potřeb energie. Pro každou konstrukci příslušející k zóně a která je hranicí sousedící s vnějším prostředím nebo sousedící zónou je třeba definovat a zadat parametry do výpočetního nástroje, rozsah údajů ukazuje tabulka 5. Výpočetní nástroj poté pracuje s předdefinovanými základními typy konstrukcí, které se v objektu nacházejí a z kterých je objekt geometricky složen.
| číslo kce | typ konstrukce | orientace | plocha (stěna bez otvorů) | součinitel prostupu tepla | Propustnost slunečního záření průsvitné části | Sousedící prostředí | Činitel teplotní redukce (podle ČSN 73 0540-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| - | - | - | - | U | g | h | |
| - | - | - | m2 | [W/m2K] | - | - | |
| Zóna 1 - Učebny, kabinety | |||||||
| 1 | Obvodové stěny - obálka | S | 806,4 | 1,25 | 0 | Ext | 1 |
| 2 | Střecha - strop k nevytápěné půdě | horizont. | 498,7 | 1,2 | 0 | Ext | 1 |
| 3 | Podlaha na nevyt. prostorem | horizont | 174,2 | 1 | 0 | Zóna 3 | 0,49 |
| 4 | Podlaha nad zónou 2 | horizont | 324,5 | 1 | 0 | Zóna 2 | 0,43 |
| 5 | Výplňové konstrukce - okna | J | 86 | 2,87 | 0,8 | Ext | 1,15 |
| 6 | Výplňové konstrukce - okna | Z | 45 | 2,87 | 0,8 | Ext | 1,15 |
| Zóna 2 - Technické místnosti | |||||||
| 7 | Obvodové stěny - obálka | S | 110,00 | 1,25 | 0 | Ext | 1 |
| 8 | Suterén - stěna do hl. 1m | S | 57 | 0,9 | 0 | Zemina | 0,57 |
| 9 | Suterén - stěna hl. 1 - 2m | S | 57 | 0,9 | 0 | Zemina | 0,66 |
| 10 | Podlaha na terénu | horizont | 324,5 | 1,8 | 0 | Zemina | 0,4 |
| 11 | Vnitřní stěna | S | 44 | 1,25 | 0 | Zóna 3 | 0,4 |
| 12 | Výplňové konstrukce | S | 14 | 2,87 | 0 | Ext | 1,15 |
| Zóna 3 - Technické místnosti | |||||||
| 13 | zónu není nutné definovat z pohledu ohraničujících konstrukcí | ||||||
Tab. 5 - Stavební konstrukce budovy
Uvedené hodnoty jsou vstupem získaným z energetického auditu, v kterém je velmi podrobně popsáno zhodnocení stávajícího objektu. Nebylo tedy zapotřebí zjištění doplňujících údajů k určení této části.
2.1. Energetické systémy budovy
Definováním jednotlivých energetických systémů zajistíme krytí potřeby energie prostřednictvím dodané energie z místa výroby do místa odběru, resp. účinnost jejího užití. Otopnou soustavu a zdroj tepla určíme pomocí účinností, tedy pomocí energetické náročnosti jednotlivých součástí otopné soustavy. Účinnost je ve smyslu výpočtové metodiky chápána jako využitelná energie, která je pomocí dané části dopravena do místa spotřeby energie ze zdroje. Tento princip je společný pro všechny části výpočtové metodiky. Vstupní údaje pro zadání otopné soustavy v objektu jsou uvedeny v tabulce 6. Roční energetická účinnost zdroje tepla ηgen;H;c;i byla stanovena výpočtem v EA a činí 99%. Distribuce tepla je již zahrnuta v popisu jednotlivých zón v závislosti na zásobování energií.
| Zdroj č. 1 | Výměníková stanice | |
|---|---|---|
| Jmenovitý výkon zdroje | 99 kW | |
| Účinnost výroby energie zdrojem | ηgen;H;c;i | 99% |
| Regulace zdroje energie | ηgen;H;ctrl;i | Automatická |
| Celkový příkon pomocné energie (čerpadla, systém regulace) | ppump;H | 400 W |
| Typ oběhového čerpadla | - | s proměnnými otáčkami |
| Příslušnost k zónám | - | 100% - zóna 1 100% - zóna 2 |
| Poznámka: příslušnost k zónám reprezentuje údaj, který určuje rozdělení toku energie pokud je zóna napojena na více zdrojů tepla. V tomto případě jsou obě zóny pně napájeny z jednoho zdroje. | ||
Tab. 6 - Zdroj tepla
Energetický audit posuzuje spotřebu teplé vody a uvádí předpokládanou roční potřebu TV ve výši 70m3. EA také výpočtem stanovuje energetickou účinnost přípravy a distribuce TV. V tomto případě jsou všechny vstupy potřebné pro výpočet ENB dostupné v EA a není nutné je dále podrobněji komentovat, nebo stanovovat. Výpočet uvedený v EA je založena na posouzení podle vyhlášky č. 152/2001 Sb., kdy v § 5 této vyhlášky je uveden měrný ukazatel pro přípravu teplé vody, který ukazuje kolik tepla se spotřebuje na ohřátí 1m3 teplé vody, resp. kolik tepla je potřeba na přípravu TUV na m2 podlahové plochy (orientační ukazatel).
| Zdroj č. 1 | Centrální příprava TV ve výměníkové stanici | |
|---|---|---|
| Účinnost distribučního systému přípravy TV | ηdistr;DHW | 54% |
| Účinnost systému přípravy TV | ηDHW;gen;i | 99% |
| Instalovaný elektrický příkon oběhových čerpadel přípravy TV | ppump;DHV | 300 W |
| Typ oběhového čerpadla | - | tříotáčkové |
| Příprava TV na základě referenční potřeby) | q | 70 m3/rok |
| Teplota teplé vody (ve zdroji přípravy) | θDHW;h | 55°C |
Tab. 7 - Příprava TV
V budově školy nejsou další energetické systémy podílející se na výrobě energie. V této chvíli je budova kompletně definována, zadána pro potřeby výpočtu ENB stávajícího stavu této budovy.
3. Energetická náročnost budovy
ENB stávajícího stavu budovy je stanovena na základě výše uvedených vstupů, které byly získány z energetického auditu. Celková roční potřeba stávající budovy, zahrnující vytápění a potřebu tepla na ohřev teplé vody, činí celkem 841,5 GJ. V pohledu měrné roční potřeby energie je celková hodnota 165,9 kWh/m2.a (tabulka 8, obrázek 1).
| Vytápění | 828 255,40 | MJ |
| Příprava TV | 13 230 | MJ |
| CELKEM | 841 485,40 | MJ |
Tab. 8 - Roční potřeba energie
Pro celkové hodnocení objektu je rozhodující celková roční spotřeba dodané energie do objektu, kterou spotřebují všechny energetické systémy. V rámci celkové bilance je stanoveno následující:
- konečná spotřeba dodané energie na vytápění,
- konečná spotřeba dodané energie na ohřev teplé vody,
- spotřeba dodané energie na osvětlení budovy,
- spotřeba pomocné energie potřebné pro provoz systému vytápění a ohřevu teplé vody.
V celkové bilanci představuje celková roční spotřeba dodané energie do objektu 1 082,1 GJ, kdy výše dodané energie pro jednotlivé energetické systémy kryjící potřebu energie jednotlivých zón je uvedena v tabulce 9.
| Vytápění | 1 050 955,4 | MJ |
| Příprava TV | 24 839,47 | MJ |
| Osvětlení | 1 419,48 | MJ |
| Pomocné energie | 4 885,82 | MJ |
| CELKEM | 1 082 100,17 | MJ |
Tab. 9 - Roční spotřeba energie
V pohledu měrné roční spotřeby dodané energie je výsledná hodnota 213,38 kWh/m2.a. Tato hodnota obsahuje spotřebu energie všech systémů. Podrobný přehled výsledků a grafický výstup s hodnotami vztahující se k rodinnému domu je uveden v příloze 2 k tomuto článku.
3.1. Interpretace výsledků
V předchozí kapitole byly ukázány výsledky stávajícího stavu budovy, tedy budovy před prováděnými úpravami. Přirozeně, že průkaz ENB a celý výpočet bude prováděn na stav, který bude po rekonstrukci. Výpočet byl proveden za účelem vysvětlení vztahu výpočtu ENB stávajícího stav a EA, který hodnotí také stávající stav budovy a uvádí naměřené, nebo vypočtené hodnoty spotřeb energetického hospodářství. Skutečné naměřené hodnoty spotřeby tepla určeného na vytápění a ohřev TV představují v součtu 526,19 GJ a vyjadřují spotřebu tepla již po rekonstrukci předávací stanice. Vypočítaná hodnota potřeby tepla na vytápění dle vyhlášky 291/2001 Sb. dle EA činí 310,1 MWh (1 116,4 GJ). Výsledná hodnota potřeby tepla na vytápění a ohřev TV je na základě výpočtu ENB 841,5 GJ a celková spotřeba energie na vytápění a ohřev TV činí 1 075,7 GJ. Až potud absolutní hodnoty - čísla, která ovšem vychází z rozdílných vstupů a okrajových podmínek. Metoda výpočtu ENB svým určením nemůže přesně analyzovat budovu, její skutečnou spotřebu, ale jejím cílem je říci, že v porovnání s referenční budovou (etalon ve své třídě) je na tom zkoumaná budova špatně, uspokojivě, výborně. Jsou zde sice hodnoty absolutní spotřeby energie, ale jsou tyto spotřeby energie dosaženy za standardizovaných předpokládaných referenčních podmínek? Dále je třeba uvést že hodnocení ENB je vždy prováděno na základě bilančního hodnocení, nikoliv hodnocení operativního. Bilanční hodnocení je založeno výpočtu energií po jednotlivých časových úsecích ročního provozu (měsíc) a jejich porovnání s tzv. referenční budovou. ENB se stanoví bilančním hodnocením (výpočtovou metodou z návrhových veličin). Toto hodnocení je vhodné pro účely vstupního hodnocení, pro nové budovy i poprvé hodnocené stávající budovy, a analytického hodnocení při přípravě změn dokončené budovy. Zatímco operativní hodnocení stávajících budov je založeno na využití stávajících potřeb energií a jejich porovnání s tzv. referenční budovou, čili by bylo možné využití stávajících energetických auditů, apod. při prodeji a nájmu, nebo při kontrolním hodnocení budovy. V obou případech je hodnotícím ukazatelem celková roční dodaná energie, která je chápána jako množství energie dodané do budovy, vč. energie vyrobené v budově obnovitelnými zdroji energie a spotřebované v budově. Dodaná energie představuje pouze potřebu energie pro vytápění, chlazení, vzduchotechniku, přípravu teplé vody, osvětlení a provoz zařízení zajišťující provoz jednotlivých systémů. Ovšem metoda operativního hodnocení je problematická právě z hlediska porovnání s referenční budovou. Z tohoto důvodu jak již bylo naznačeno číslo absolutní spotřeby energie naměřené na objektu není totéž co znamená číslo spotřeby energie dle metody výpočtu ENB, resp. významově je to totéž ovšem s rozdílnými okrajovými podmínkami a vstupními údaji.
4. Zařazení stávajícího stavu budovy do třídy ENB
Údaj, který má být prostým hodnotícím měřítkem je na základě bilančního výpočtu zařazení budovy do třídy ENB v rozsahu A-G, je celkové množství dodané energie do hodnocené budovy v porovnáním s hodnotami dosaženými u budov referenčních. Údaj nazýváme klasifikačním ukazatelem CI, podrobně viz úvodní článek tohoto seriálu. Budova by celkově měla dosáhnout minimálně na třídu A-C. Třída D-G je z pohledu splnění požadavku vyhlášky nevyhovující. Podrobněji se této problematice věnuje úvodní článek tohoto seriálu. (Poznámka: Výpočetní nástroj, z něhož jsou uvedené výsledky pracuje s návrhem vyhlášky platným k 1.12. 2006 a používá pro zařazení do třídy ENB dvou referenčních budov. Zařazení je založeno na porovnání budovy hodnocené s dvěma budovami referenčními. Jedna referenční budova představuje budovu s doporučenými referenčními ukazateli, zatímco druhá budova představuje budovu stávající existující úrovně.) Požadovaným výstupem v rámci hodnocení celé budovy jsou třídy energetické náročnosti (dále jen třídy "EN") jednotlivých energetických systémů, které určují výši spotřeby energie v budově.
| Systém | Třída EN | Klasifikační ukazatel CI (vyhovující CI < 100%) |
|---|---|---|
| Vytápění | D - nevyhovující | 111% |
| Teplá voda | C - vyhovující | 100 % |
| Osvětlení | F - velmi nehospodárná | 202% |
Tab. 10 - Třídy energetické náročnosti energetických systémů budovy
Vliv třídy EN jednotlivých subsystémů (energetických systémů budovy) na celkové zařazení budovy školy do třídy ENB přímo závisí na výši skutečné spotřeby. Např. zvýšení účinnosti užití energie na přípravu teplé vody má vzhledem 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 do budovy hodnocené a spotřeb dodané energie dvou budov referenčních (budovy které splňují legislativní požadavky a které nezískávají energii z OZE), je budova celkově zařazena do třídy ENB, která je vyznačena v grafickém znázornění průkazu energetické náročnosti budov (příloha 3) a v protokolu průkazu ENB stávajícího stavu (příloha 4).
| Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok) | 1082,10 |
| Požadovaná energetická náročnost budovy Rrq (GJ/rok) | 953,60 |
| Energetická náročnost budovy stávající úrovně Rs (GJ/rok) | 2119,63 |
| Ukazatel energetické náročnosti hodnocené budovy CI | 1,11 |
| Třída energetické náročnosti hodnocené budovy | D |
| Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti hodnocené budovy | Nevyhovující |
| Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2) | 213,38 |
Tab. 11 - Ukazatel celkové energetické náročnosti budovy
5. Provedení doporučených opatření
Budova je ve výsledku nevyhovující a nesplňuje požadavky stanovené legislativními předpisy (Poznámka: v současné době je benchmarking změněn a prezentované údaje nastavení hodnot referenčních budov již nemusí být platné). Jaké úpravy provést aby byla budova vyhovující není předmětem tohoto článku, jelikož se jedná o problematiku velmi úzce související s danou budovou. Rozsah a dopad tohoto článku je zaměřena na co možná nejobecnější charakter. Energetický audit ve své hodnotící analytické části předkládá energeticky úsporná opatření formou jednotlivých variantních řešení. Optimalizací jednotlivých variant jsou navrženy doporučené úpravy vedoucí ke správnému provozu za přijatelných vložených nákladů.
Na základě rozboru tepelného hospodářství a současného stavu stavebních konstrukcí objektu a technických zařízení budovy energetický audit doporučuje:
- zavést energetický management,
- zavedení regulace TRV, zaizolování drobných armatur a částí potrubí ve VS a uzavření otevřených otvorů, osazení úsporných kompaktních zářivek do svítidel místo klasických žárovek, zateplení podlahy nevytápěné půdy a podlahy k nevytápěným prostorům suterénu.
Zateplení budovy vzhledem jejímu historickému charakteru není možné, výměna oken představuje značnou investici s nevýrazným efektem. Navrhované a dejme tomu, že také realizované opatření, ve smyslu výpočtu ENB představuje změnu několika vstupů ve výpočetním nástroji. Energetický management znamená zvýšení účinnosti výroby distribuce a emise energie. Tento lze postihnout pouze pomocí zlepšení účinnosti jednotlivých částí energetického hospodářství, případně optimalizací profilů standardizovaného užívání budovy (provozních částí týkajících se jednotlivých energetických systémů). Zavedení regulace TRV představuje zvýšení účinnosti emise energie ηem;H;s určené na vytápění. Zaizolování částí rozvodů energie znamená navýšení účinnosti distribuce energie ηdistr;H;s. Použití kompaktních úsporných zářivek znamená snížení instalovaného příkonu osvětlovací soustavy Plight. Zateplení nevyužitého půdního prostoru a podlahy k nevytápěným prostorům suterénu znamená změnu hodnoty součinitele prostupu tepla U některých konstrukcí.
| Zóna 1 | Učebny, kabinety | |
|---|---|---|
| Účinnost emise tepla | ηem;H;s | 97% |
| Účinnost distribučního systému | ηdistr;H;s | 95% |
| Zóna 2 | Technické místnosti | |
| Účinnost emise tepla | ηem;H;s | 97% |
| Účinnost distribučního systému | ηdistr;H;s | 95% |
Tab. 12 - Účinnost využití tepelné energie v zóně - nový stav
| Zóna 1 | Učebny, kabinety | |
|---|---|---|
| Příkon osvětlovací soustavy | Plight | 4500 W |
| Zóna 2 | Technické místnosti | |
| Příkon osvětlovací soustavy | Plight | 5400 W |
| Zóna 3 | Technické místnosti | |
| Příkon osvětlovací soustavy | Plight | 100 W |
Tab. 13 - Osvětlení zón - nový stav
| Účinnost distribučního systému přípravy TV | ηdistr;DHW | 70% |
Tab.14 - účinnost distribuce TV - nový stav
| číslo kce | typ konstrukce | orientace | plocha | U | g | h1 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| - | - | - | m2 | [W/m2K] | - | ||
| 2 | Střecha - strop k nevytápěné půdě | horizont. | 498,7 | 0,15 | 0 | Ext | 1 |
| 3 | Podlaha na nevyt. prostorem | horizont | 174,2 | 0,6 | 0 | Zóna 3 | 0,49 |
| 4 | Podlaha nad zónou 2 | horizont | 324,5 | 0,6 | 0 | Zóna 2 | 0,43 |
Tab. 15 - Stavební konstrukce budovy - nový stav
Po provedení úprav celková je roční spotřeba energie budovy 828,8 GJ a měrná roční spotřeba energie představuje 163,3 kWh/m2.a, podrobněji viz příloha 5. Klasifikační ukazatel představuje hodnotu 0,87, budova je tedy zařazena do třídy ENB C - vyhovující. Třídy EN jednotlivých energetických systémů jsou uvedeny v tabulce 16, budovu jako celek reprezentuje tabulka 17. Podrobnější analýzu dopadu jednotlivých opatření na hodnoty spotřeb, případně potřeb energií a celkovém hodnocení budovy ponechme na čtenářích, analýza výpočetního postupu a vlivu změny vstupů na výsledné hodnoty není předmětem tohoto článku. Protokol průkazu ENB a grafické znázornění průkazu ENB uvádí příloha 6 a příloha 7 tohoto článku.
| Systém | Třída EN | Klasifikační ukazatel CI (vyhovující CI < 100%) |
|---|---|---|
| Vytápění | C - vyhovující | 87% |
| Teplá voda | C - vyhovující | 79 % |
| Osvětlení | C - vyhovující | 73% |
Tab.16 - třídy energetické náročnosti energetických systémů budovy
| Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok) | 828,08 |
| Požadovaná energetická náročnost budovy Rrq (GJ/rok) | 953,60 |
| Energetická náročnost budovy stávající úrovně Rs (GJ/rok) | 2119,63 |
| Ukazatel energetické náročnosti hodnocené budovy CI | 0,87 |
| Třída energetické náročnosti hodnocené budovy | C |
| Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti hodnocené budovy | Vyhovující |
| Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2) | 163,29 |
Tab. 17 - Ukazatel celkové energetické náročnosti budovy
6. Ekologická a ekonomická proveditelnost alternativních systémů a kogenerace
Dle zákona 406/2006 Sb. je nutnou součástí průkazu ENB nové budovy nad 1000 m2 celkové podlahové plochy posouzení technické, ekologické a ekonomické proveditelnosti alternativních systémů vytápění, kterými jsou:
- decentralizované systémy dodávky energie založené na energii z obnovitelných zdrojů,
- kombinovaná výroba elektřiny a tepla,
- dálkové nebo blokové ústřední vytápění, v případě potřeby chlazení,
- tepelná čerpadla.
Tato povinnost se vztahuje pouze na nové budovy, nikoliv budovy stávající, rekonstruované. Přesto si na tomto příkladu ukažme co toto ve své podstatě obnáší vzhledem k výpočetnímu nástroji ENB. U budovy typu školy je reálná a relativně častá např. instalace solárních systémů za státní podpory. Např. v rámci Národních programů MŽP vyhlášených pro rok 2007 se jedná o část 3.A. Investiční podpora environmentálně šetrných způsobů vytápění a ohřevu teplé vody ve školství, zdravotnictví, a objektech sociální péče a objektech krajské a místní samosprávy administrovanou prostřednictvím SFŽP. Tímto je myšlena náhrada nebo částečná náhrada vytápění případně ohřevu teplé vody zařízeními na využívání OZE (kotle na biomasu, tepelná čerpadla, solární systémy) a podmínkou získání podpory je splnění kritérií uvedených v osnově energetického auditu. Z tohoto vyplývá nutnost vypracování ekonomické a ekologické proveditelnosti jako zvláštní součásti projektu. Z pohledu výpočtu a určení ENB jsou uvedené výstupy zaneseny do výpočetního nástroje jako hotové vstupy, pomocí nichž nástroj doplní protokol průkazu ENB a grafické znázornění průkazu ENB. Vstupy do výpočetního nástroje sou následující:
- výpočet a ekonomická analýza proveditelnosti alternativních zdrojů - znamená z provedené studie uvést závěry a způsob výpočtu, např. za jakých podmínek jsou energeticky úsporná opatření považována za ekonomicky efektivní pro snížení energetické náročnosti budovy pokud jsou investiční výdaje na jejich realizaci rovny nebo nižší, než je čistá současná hodnota budoucích úspor energie v přímých nákladech na energii a budoucích investic (např. změna přípravy TV) a stanovení by mělo být v souladu s Přílohou 7 vyhlášky č. 213/2001 Sb., o energetickém auditu ve znění vyhlášky č. 425/2004 Sb.
Doplňující údaje pro jednotlivé opatření provedená na budově jsou pak:
- popis opatření,
- úspora energie pomocí daného opatření,
- investiční náklady na opatření,
- prostá doba návratnosti.
Tyto údaje jsou pouze informativní a jsou shrnutím provedené analýzy (studie proveditelnosti, energetického auditu). Důležitým údajem pro výpočet a vyjádření třídy ENB (Poznámka: druhý sloupec ukazatele CI v grafickém znázornění průkazu ENB) pokud bychom chtěli provést energeticky úsporná opatření je pak Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok) po provedených opatřeních, kterou získáme např. pomocí výpočetního nástroje ENB.
6.1. Využití OZE na budově školy
Jako ilustrační příklad uveďme, že na základě výše popsaných skutečností a podle energetického auditu bude realizována instalace solárního systému na ohřev teplé vody a instalace fotovoltaického (dále jen "PV") systému jako demonstračního případu. Nezabývejme se vhodností zvoleného opatření, toto podléhá podrobnější analýze. Ta, jak již bylo uvedeno, není předmětem tohoto článku. Analýzou v energetickém auditu se dospělo k závěru, po zvážení investičních nákladů a prosté doby návratnosti se za podpory státních prostředků, že je vhodné osadit na budovu školy solární systém ohřevu teplé vody o ploše 10 m2 a jako doplňkový (demonstrační) PV systém na výrobu el. elektřiny o ploše 5 m2. Do výpočetního nástroje zadáme uvedené vstupy, které až na Energetickou náročnost budovy EP po provedených opatřeních nejsou potřebné pro samotný výpočet ENB ale slouží pouze pro doplnění protokolu průkazu ENB a shrnují např. studii proveditelnosti. Energetickou náročnost budovy EP po provedených opatřeních můžeme stanovit tak, že do výpočetního nástroje, kde již máme zadánu budovu školy, doplníme výše zmíněná zařízení solárních kolektorů a PV systémů. Výsledná hodnota Energetická náročnost budovy EP po těchto úpravách (jednotná orientace jih, sklon systémů 45°, apod., viz příloha 7) představuje jediný z vstupů, který se promítá do výpočtu a který lze spatřit v grafickém znázornění průkazu ENB v podobě vyznačení klasifikačního ukazatele budovy CI v druhém sloupci průkazu ENB. Výsledná klasifikační třída ENB se ze stávající hodnoty 0,87 snížila na hodnotu 0,85. Toto je poměrným vyjádřením tohoto stavu budovy k dvou budovám referenčním, v kterých není uvažována výroba energie z OZE. Výsledné snížení ukazatele CI představuje výrobu cca 21 GJ/rok prostřednictvím výše zmíněných systémů. Hodnota významně nesnižuje celkovou spotřebu energie.
| Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok) | 807,59 |
| Ukazatel energetické náročnosti hodnocené budovy CI | 0,85 |
| Třída energetické náročnosti | C |
| Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti budovy | Vyhovující |
| Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2) | 159,25 |
Tab. 18 - Ukazatel celkové energetické náročnosti budovy po instalaci OZE
7. Závěr
Článek má určení především informativní ve věci nového způsobu hodnocení ENB, jak z pohledu filosofie výpočtu, tak z pohledu jeho praktického provádění. Článek ukázal základní princip výpočtu u veřejných budov - školy, na které je vypracován EA a ukazuje relativní jednoduchost způsobu stanovení ENB s cílem do jaké míry je možné využít stávající energetické audity budov. Vstupy do výpočetního nástroje u hodnocení stávající budovy, která disponuje energetickým auditem, značně závisí na jeho kvalitě a podrobnosti zpracování. V případě rekonstrukce budovy se předpokládá nutnost zpracování projektu, při jehož zpracování jsou údaje potřebné údaje pro výpočet ENB dostupné - pracuje se s nimi. Výpočetní postup tak nevyžaduje získání údajů - vstupů, které by byly nad rámec hodnot a údajů, s kterými projektant stavební části, nebo projektant vytápění musí pracovat. Ať už při výpočtu tepelných ztrát, či vyjádření energetických bilancí k rekonstrukci daného objektu.
8. Poděkování
Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru CEZ MSM 6840770003 na základě výsledků projektu CEA 2220046120. Výstupy jsou zpracovány pomocí národního kalkulačního nástroje aktuální testovací verze 02-2007 vyvinutého na katedře technických zařízení budov, Fakulty stavební ČVUT v Praze.
Přílohy v PDF
- Příloha 1 - Stavební a dispoziční řešení budovy (PDF, 106 kB)
- Příloha 2 - Grafický výstup EP stávající budovy (PDF, 154 kB)
- Příloha 3 - Grafické znázornění průkazu ENB stávající budovy (PDF, 94 kB)
- Příloha 4 - Protokol průkazu ENB stávající budovy (PDF, 135 kB)
- Příloha 5 - Grafický výstup EP rekonstruované budovy (PDF, 155 kB)
- Příloha 6 - Grafické znázornění průkazu ENB rekonstruované budovy (PDF, 137 kB)
- Příloha 7 - Protokol průkazu ENB rekonstruované budovy (PDF, 96 kB)
Literatura
[1] Vyhláška č. 291/2001 Sb., kterou se stanoví účinnosti užití energie při spotřebě tepla v budovách
[2] ČSN 730540 (2002) - Tepelná ochrana budov
[3] Zákon č. 406/2006 Sb., o hospodaření energií
[4] Směrnice 2002/91/ES, o energetické náročnosti budov (EPBD)
[5] ČSN EN ISO 13790 - Tepelné chování budov- Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění
[6] ČSN EN 12831 - Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu
[7] ČSN 73 0540-3 - Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování
[8] EN ISO 13370 - Tepelné chování budov - Přenos tepla zeminou - Výpočtové metody
[9] ČSN EN 14438 - Sklo ve stavebnictví - Stanovení hodnoty energetické bilance
[10] ČSN 060320 Ohřívání užitkové vody - Navrhování a projektování
[11] ČSN EN 832-Tepelné chování budov - Výpočet potřeby tepla na vytápění - Obytné budovy
[12] DIN V 18599: Neue Vornorm zur energetischen Bewertung von Gebäuden gemäß neuer EU-Richtlinie
