Praktická aplikace metodiky hodnocení energetické náročnosti budov (II)

Rodinný dům
Datum: 3.12.2007  |  Autor: Ing. Miroslav Urban, prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Daniel Adamovský, PhD., Ing. Michal Kabrhel, PhD., Ing. Roman Musil  |  Organizace: ČVUT v Praze, Stavební fakulta, katedra TZB, Thákurova 7, Praha 6

Pro většinu budov bude od 1. ledna 2009 platit nový způsob výpočtu a hodnocení energetické náročnosti budov (dále jen "ENB") a budou podléhat povinnosti vystavení průkazu energetické náročnosti budovy. Tento článek představí zástupce novostavby rodinného domu, na který je třeba vystavit průkaz ENB. Článek upřesňuje původní příklad uveřejněný v dubnu letošního roku.

Jaká potřebná dostupná data jsou nezbytná pro výpočet, jinak řečeno jaké údaje je třeba shromáždit a které figurují ve vlastním výpočtu? Toto bude předmětem následujících řádků, které popisnou formou provedou uživatele, zpracovatele průkazu ENB, k požadovanému výsledku - průkazu ENB (předmětem článku není podrobná analýza metodiky výpočtu ENB).
1. Obecný popis objektu

Jedná se o běžný rodinný dům, který představuje konvenční řešení. Tento typ je v nejhojnější míře zastoupen a zpracováván projektanty. Pro tento objekt bude také povinnost vypracování průkazu energetické náročnosti budovy podle požadavků úplného znění zákona č. 406/2000Sb., v pozdějších zněních, která jsou zveřejněná pod souhrnným zákonem č. 406/2006 Sb. a vyhlášky č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov.

Rodinný dům se nachází na okraji Prahy, dům je jednoduchého geometrického tvaru, je určen pro jednu rodinu, má jedno nadzemní podlaží a konvenční dispozici (Příloha 1). 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 U (W.m-2.K-1) jednotlivých konstrukcí splňuje požadavky na vlastnosti stavby dle ČSN 73 0540:2007. Zdrojem tepla je plynový kotel o výkonu 20 kW (např. v provedení turbo), který zajišťuje vytápění objektu a ohřev teplé vody. Ohřev teplé vody je řešen v zásobníku teplé vody o objemu 250 l, který je doplňkově napojen na solární soustavu umístěnou na střeše objektu. Solární systém je sestaven z 5m2 solárních kolektorů se selektivním absorbérem v trvalém sklonu 45° a jižní orientace. Otopná soustava se předpokládá jako běžná teplovodní dvoutrubková s nuceným oběhem, s teplotním spádem 55/45 °C. Na otopnou soustavu 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. 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. Takto stručný souhrnný popis rodinného domu, který lze prohlásit za typického představitele tohoto segmentu výstavby. A to jak z hlediska stavebního řešení, tak z hlediska energetických systémů zajišťujících dodávku energie na krytí potřeb energie.

Průkaz energetické náročnosti budovy komplexně hodnotí budovu po stránce spotřeby energie - celkové dodané energie do budovy. Jinak řečeno zajímá nás budova, její potřeba energie, a dále nás zajímají energetické systémy budovy, které pokrývají tuto potřebu energie s různou mírou účinnosti užití dodané energie do objektu. Na základě zjištěné potřeby energie je výsledkem právě dodané množství energie do budovy. Energie, která do budovy proudí od externích subjektů (plyn, elektřina, CZT, tuhá paliva,... apod.). V případě tohoto rodinného domu se jedná o spotřebu energie na vytápění, ohřev teplé vody, osvětlení a spotřebu tzv. pomocné energie. Pomocná energie představuje energii, která je potřebná na provoz energetických systémů zajišťujících dodávku energie potřebnou ke krytí příslušné potřeby energie.

2. Požadavky na Průkaz ENB

Popis budovy je založen na principu zónového modelu budovy, energetických zdrojů a jednotlivých distribučních energetických systémů. Výpočet ENB představuje nikoliv složitý, ale rozsáhlý výpočet, který je založen na interakci mezi jednotlivými částmi budovy (zónami) v kombinaci s jednotlivými energetickými systémy (Obr. 1 Úvodního článku) v tomto případě se jedná o:

  • systém vytápění;
  • systém přípravy teplé vody;
  • systém výroby energie pomocí obnovitelných zdrojů (dále jen "OZE"), tzn. v tomto případě solární kolektory.

Výpočet bude prováděn podle navržené metodiky pomocí "národního kalkulačního nástroje" bilančního hodnocení ENB, který po zadání požadovaných vstupů provede vyhodnocení ENB a zařazení do třídy ENB za uživatele automaticky. Jaká potřebná dostupná data jsou nezbytná pro výpočet, jinak řečeno jaké údaje je třeba shromáždit a které figurují ve vlastním výpočtu? O tom v následujících kapitolách.

2.1. Identifikační údaje budovy

Prvními vstupy jsou identifikační údaje budovy, které definují místo, vlastníka budovy a především pro výpočet potřebnou klimatickou oblast. Pomocí identifikace klimatické oblasti dle ČSN 730540 je následně proveden výpočet s klimatickými daty pro letní a zimní období, solární radiaci apod., vždy pro danou charakteristickou klimatickou oblast. Rodinný dům se nachází v klimatické oblasti II dle ČSN 730540-2 příloha H s klimatickými podmínkami:

- klimatická oblast II
- venkovní výpočtovou teplotou - 15 °C

2.2. Zónování budovy

Prvním důležitým požadavkem je zónování budovy, tzn. geometrické rozdělení budovy na jednotlivé části, které se vyznačují specifiky ovlivňující výslednou výši potřeby a spotřeby energie. Je třeba je vzájemně odlišit, jinak řečeno vyhodnotit odděleně, zvlášť, ovšem za předpokladu vzájemné interakce. Je nezbytné zmínit, 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.

Na základě tohoto pravidla je objekt rodinného domu rozdělen do dvou základních zón (příloha 1). Jednu zónu představuje obytná část objektu a druhá zóna je tvořena prostorem temperované dvougaráže a sklady. Rozdělení na dvě zóny určuje rozdílná vnitřní teplota a rozdílné podmínky užívání budovy.

Označení Název Standardizovaný profil Plocha Objem
      m2 m3
Zóna 1 Obytná část Rodinné domy - normový byt 212,3 530,75
Zóna 2 Garáž, sklepy Rodinný dům - částečně vytápěné místnosti 91 227,5
Celkem     303,3 758,25

Tab. 1 - základní popis zón objektu

V tomto rozlišení a těmito vstupními údaji identifikujeme ve výpočetním nástroji existenci zón. 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 apod. Z těchto profilů vybereme profil, který rámcově odpovídá provozu zóny. Každou zónu je poté nutné popsat specificky z hlediska provozu a užití energie. Toto představuje vedení a přenos energie otopné soustavy v podobě stanovení účinnosti využití energie v podobě emise a distribuce energie v celkové bilanci zóny. Hodnoty pro tento případ berme jako orientační a jejich velikost bude objasněna v závěru článku.

Zóna 1   Obytná část
Účinnost emise tepla ηem;H;s 88%
Účinnost distribučního systému ηdistr;H;s 90%
Zóna 2   Garáž, sklepy
Účinnost emise tepla ηem;H;s 88%
Účinnost distribučního systému ηdistr;H;s 90%

Tab. 2 - účinnost využití tepelné energie v zóně

Příkon osvětlovací soustavy jednotlivých zón může být zadán jako přímý vstup, ovšem tento parametr není vždy dostupný. Proto je osvětlení jednotlivých zón bráno z referenční roční spotřeby energie na osvětlení, která je přednastavenou hodnotou v rámci standardizovaného profilu užívání zóny. Hodnoty uvedené v tabulce jsou přímými vstupy, které jsou generovány automaticky a nejsou přímo zadávány uživatelem.

Zóna 1   Obytná část
Měrná roční spotřeba elektřiny na osvětlení Wlight 0,9 kWh/m2.a
Osvětlenost Epk 100 lx
Zóna 2   Garáž, sklepy
Účinnost emise tepla Wlight 0,13 kWh/m2.a
Účinnost distribučního systému Epk 30 lx

Tab. 3 - osvětlení zóny

2.3. Stavební část

Stavební část řešení objektu je popsána pomocí charakteristik stavebních konstrukcí, prostřednictvím údajů uvedených v tab. 4. Zadání 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. Výpočetní nástroj poté pracuje s předefinovanými základními typy konstrukcí, které se v objektu nacházejí a z kterých je geometricky složen objekt.

číslo kce typ konstrukce orientace plocha (stěna bez otvorů) součinitel prostupu tepla Propustnost slunečního záření průsvitné části prvku Sousedící prostředí Činitel teplotní redukce (podle ČSN 73 0540-2)
- - - - U g    
- - - m2 [W/m2K] -    
1NP Zóna 1 - obytná část
1 Obvodová stěna S 26,56 0,18 0 Ext 1
2 Obvodová stěna Z 12,72 0,18 0 Ext 1
3 Vnitřní stěna S 40,405 0,35 0 Zóna 2 0,29
4 Podlaha H 59,3 0,25 0 Zemina 0,4
5 Dveře - vstupní S 2 2,2 0 Ext 1,15
6 Okno Z 3,6 1,2 0,7 Ext 1,15
7 Dveře - vnitřní - 3,2 3 0 Zóna 2 0,29
2NP Zóna 1 - obytná část
8 Obvodová stěna S 34,095 0,18 0 Ext 1
9 Obvodová stěna Z 21,555 0,18 0 Ext 1
10 Obvodová stěna J 31,395 0,18 0 Ext 1
11 Obvodová stěna V 21,195 0,18 0 Ext 1
12 Střecha H 153,45 0,15 0 Ext 1
13 Podlaha 1 H 91 0,25 0 Zóna 2 0,29
14 Okno S 7,98 1,2 0,7 Ext 1,15
15 Okno Z 2,16 1,2 0,7 Ext 1,15
16 Okno J 10,68 1,2 0,7 Ext 1,15
17 Okno V 2,52 1,2 0,7 Ext 1,15
  Zóna 2 - garáž, technické zázemí
18 Obvodová stěna Z 7,65 0,18 0 Ext 1
19 Obvodová stěna J 42,075 0,18 0 Ext 1
20 Obvodová stěna V 24,225 0,18 0 Ext 1
21 Obvodová stěna S 1,98 0,18 0 Ext 1
22 Podlaha H 91 0,25 0 Zemina 0,4
23 Vrata - garáž S 11,28 2,5 0 Ext 0,66

Tab. 4 - stavební konstrukce budovy

2.4. Energetické systémy budovy

Definováním jednotlivých energetických systémů zajistíme krytí potřeby energie prostřednictvím dodané energie z místa výroby do místa odběru, resp. jinak účinnost jejího užití. V případě tohoto rodinného domu jde o popis systému vytápění, ohřevu teplé vody a definování soustavy solárních kolektorů. Otopnou soustavu a zdroj tepla definujeme pomocí účinností, resp. 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 tab. 5.

Zdroj č. 1   Plynovým kotel - TURBO
Jmenovitý výkon zdroje   20 kW
Účinnost výroby energie zdrojem ηgen;H;c;i 85%
Regulace zdroje energie ηgen;H;ctrl;i Automatická / ruční
Celkový příkon pomocné energie (čerpadla, systém regulace) ppump;H 150 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 tok energie pokud je zóna napojena na více zdrojů tepla. V tomto případě jsou obě zóny pně napájeny z jednoho zdroje.

Tab. 5 - zdroj tepla

Množství energie potřebné na ohřev teplé vody je závislé na její spotřebě. Metodika pracuje s ročním množstvím spotřeby teplé vody, které lze jednoduše stanovit např. ze směrných čísel ročních potřeb studené vody uvedené v příloze č. 12 vyhlášky č. 428/2001 Sb., kdy na jednoho obyvatele je určena roční potřeba 56 m3 studené vody. Stanovení tohoto množství pak záleží na expertním odhadu relevantním pro daný objekt. Lze říci, že množství teplé vody v tomto případě představuje 30% uvedeného množství. Pro čtyřčlennou domácnost výsledná hodnota představuje referenční potřebu teplé vody ve výši cca 65 m3 teplé vody ročně. Parametry, které představují redukci skutečné využitelné energie, tzn. energie která je na konci distribuční soustavy, energie kterou fyzicky spotřebovává uživatel, jsou pro jednu distribuční soustavu a jeden zdroj přípravy TV. Posledním vstupním parametrem je výstupní teplota ze zdroje přípravy teplé vody, která je brána jako 55°C. Ostatní podmínky provozu, jako teplota studené vody apod., jsou hodnoty standardizované, které by neměly přímo ovlivňovat výslednou hodnotu ENB a které představují stejné výchozí podmínky pro všechny budovy. Účinnosti v tomto smyslu vyjadřují nevyužitelnou energii, která se neprojeví do výsledné energetické bilance budovy. Zásobník je napojen na zdroj tepla č. 1, což je v tomto případě jasné. Pokud je v objektu více zdrojů tepla, je třeba z důvodu interakce a provázanosti systémů zvolit z jakého zdroje tepla je zajišťována příprava teplé vody.

Zdroj č. 1   Centrální příprava TV - zásobník
Účinnost distribučního systému přípravy TV ηdistr;DHW 85%
Účinnost systému přípravy TV ηDHW;gen;i 95%
Instalovaný elektrický příkon oběhových čerpadel přípravy TV ppump;DHV 250 W
Typ oběhového čerpadla - tříotáčkové
Příprava TV na základě referenční potřeby) q 65 m3/rok
Teplota teplé vody (ve zdroji přípravy) ϑDHW;h 55°C

Tab. 6 - příprava TV

Posledním energetickým systémem je soustava solárních panelů. V tomto případě slouží solární panely pouze k ohřevu teplé vody a jsou celoročně v provozu, na zimní období nejsou odstavovány. Filosofie metodiky výpočtu ENB si klade za cíl určit energii dodanou do budovy. Proto energie vyrobená v budově, např. pomocí OZE - v tomto případě solárními kolektory je započtena do celkové bilance dodané energie se záporným znaménkem, je tedy odečítána. V případě ohřevu teplé vody konvenčním způsobem a pomocí OZE - solárních kolektorů je výsledným efektem "papírově", v celkové bilanci pro potřeby zařazení budovy do třídy ENB, nižší výsledná spotřeba energie, nežli ve skutečnosti je. Jako vstupní údaje, s kterými pracuje výpočetní nástroj, jsou uvedeny v tab. 7. Účinnost výroby a distribuce energie je zahrnuta již v rámci přípravy teplé vody. Pokud by solární kolektory zajišťovaly také vytápění objektu, je nutné určit, jaké zóny jsou odběratelem energie a jaké zóny nevyužívají energii získanou ze solárních kolektorů.

Zařízení č. 1   Solární kolektor se selektivním absorbérem
Plocha solárních kolektorů Acol 5 m2
Korekční činitel stínění solárních kolektorů Fs 0,8
Orientace slunečních kolektorů - J
Sklon kolektorů - 45
Funkce - Příprava TV celoročně

Tab. 7 - Solární kolektory

3. Energetická náročnost budovy

Na základě výše uvedených vstupů, které byly doplněny do formuláře výpočetního nástroje, byl automaticky proveden výpočet spotřeby dodané energie do objektu na podle potřeby dané koncepčním řešením a stavebním řešením rodinného domu uvedené v tab. 4. Výsledná roční potřeba energie pro rodinný dům činí 61,23 GJ, kdy jednotlivé potřeby činí v souhrnu hodnoty uvedené v tab. 8.

Vytápění 48 940,4 MJ
Příprava TV 12 285,00 MJ
CELKEM 61 225,4 MJ

Tab. 8 - roční potřeba energie

V pohledu měrné roční potřeby energie je činí celková hodnota 56,1 kWh/m2.a a to jak potřeby tepla na vytápění objektu, tak potřeby tepla na ohřev teplé vody.


Obr. 1 - měrná roční potřeba energie
(po kliknutí se obrázek zvětší)

Pro celkové hodnocení objektu je rozhodující celková roční spotřeba dodané energie do objektu, kterou spotřebují všechny energetické systémy. Tzn. v rámci celkové bilance je kalkulováno 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
  • energie vyrobená v budově prostřednictvím solárních kolektorů

V celkové bilanci představuje celková roční spotřeba dodané energie do objektu 86,40 GJ, kdy výše dodané energie pro jednotlivé energetické systémy kryjící potřebu energie je uvedena v tab.9.

Vytápění 74946,6 MJ
Příprava TV - OZE 8593,9 MJ
Osvětlení 60,9 MJ
Pomocná energie 2 833,1 MJ
CELKEM 86 404,5 MJ

Tab. 9 - roční spotřeba energie

V pohledu měrné roční spotřeby dodané energie je výsledná hodnota celkové měrné spotřeby dodané energie 79,1 kWh/m2.a. Tato hodnota obsahuje spotřebu energie všech systémů.


Obr. 2 - měrná roční spotřeba dodané energie
(po kliknutí se obrázek zvětší)

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

Údaj, který je dnes používán jako referenční hodnota, pomocí níž jsou hodnoceny budovy a to jak z nutnosti legislativních, tak z potřeby vyjádření jejich zatřídění (nízkoenergetický standard, pasivní standard, apod.) je měrná potřeba tepla na vytápění [kWh/m2.a]. Metoda výpočtu ENB podle současných požadavků jde v této cestě dále a objevuje se tedy hodnocení objektu z pohledu jeho celkové dodané energie. V případě vypovídající měrné hodnoty energie vztažené na měrnou jednotku užitné plochy objektu podle této metodiky hovoříme o měrné spotřebě dodané energie do budovy, která zahrnuje jak celkovou potřebu energie, tak účinnost s jakou je tato potřeba kryta a pomocnou energii, kterou spotřebovávají jednotlivé energetické systémy zajišťující krytí této potřeby. Nelze tedy zaměňovat tuto výslednou hodnotu celkové měrné spotřeby dodané energie s hodnotou měrné potřeby energie, která je v současné době běžně používána jako referenční hodnotící měřítko. V případě rodinného domu činí, jsou tyto hodnoty ve výši:

měrná roční potřeba tepla na vytápění - 44,82 kWh/m2.a
celková měrná roční spotřeba dodané energie - 79,10 kWh/m2.a

Měrná potřeba energie dosahuje např. požadavku na nízkoenergetický standard u RD, ovšem pokud bychom hodnotu měrné spotřeby energie s touto hodnotou zaměnili a použili nastavený benchmarking hodnocení, vztahující se k měrné potřebě, dopustili bychom se omylu. Jak bylo již výše uvedeno celková bilance spotřeby dodané energie je v této podobě myšlena jako energie, která vstupuje do objektu, resp. která je nakupována a slouží ke krytí potřeby energie v objektu. Jak je to s energií, která není do objektu dodána, ale je v objektu vyrobena např. pomocí OZE? Tato energie je od výsledné spotřeby energie objektu odečítána, čili výslednou spotřebu dodané energie do objektu snižuje. V tomto případě rodinného domu je to energie vyrobená pomocí OZE - solárních kolektorů zajišťujících ohřev teplé vody. V případě jejich absence potom činí celková měrná roční spotřeba dodané energie (bez OZE) 86,01 kWh/m2.a (93,90 GJ). Celková výše spotřeby dodané energie má pak výsledný vliv na zařazení budovy do třídy ENB.

4. Zařazení budovy do třídy ENB

Údaj, který má být prostým hodnotícím měřítkem je zařazení budovy do třídy energetické náročnosti v rozsahu A-G. Toto označení jasně hodnotí budovu a investorovi - laikovi je srozumitelné. Budova by celkově měla dosáhnout na minimálně na třídu A-C. Třída D-G je z pohledu splnění požadavku vyhlášky nevyhovující. Zařazení je provedeno na základě srovnávacího výpočtu na dvou referenčních budovách, které mají stejnou geometrii stavebního řešení, koncepci energetických systémů, stejné standardizované užívání a nachází se ve stejné klimatické oblasti.

Pozn.: Dříve uvedený článek vycházel s návrhem vyhlášky platným k 1.12 2006 a používal pro zařazení do třídy ENB dvou referenčních budov, kdy zařazení do třídy EN 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 požadované úrovně. V konečném znění vyhlášky 148/2007 Sb. je způsob zařazení budovy prováděn podle hodnot měrné spotřeby dodané energie, kdy hodnoty ENB pro třídu ENB C jsou hodnotami referenčními.

Vliv spotřeby energie jednotlivých subsystémů (energetických systémů budovy) na celkové zařazení rodinného domu do třídy ENB přímo závisí na těchto dílčích hodnotách. 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. Problematické je v současném systému výpočtu stanovení energetické náročnosti osvětlení. U stávajícího rodinného domu pracujeme s průměrnou roční spotřebou elektřiny odpovídající tomuto typu objektu, výsledná hodnota je poměrně nízká - je stanovena na základě průměrných hodnot a je hodnotou referenční. Na základě výše jednotlivých spotřeb energie, resp. na základě celkové spotřeby dodané energie do budovy hodnocené a referenčních spotřeb dodané energie, je budova celkově zařazena do třídy ENB, která je vyznačena v grafickém znázornění průkazu energetické náročnosti budov (příloha 3) a v protokolu průkazu ENB (příloha 4). Ukazatel celkové energetické náročnosti rodinného domu uveden v tab. 11.

Energetická náročnost budovy EP (GJ/rok) 86,40
Maximální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2) 142,00
Minimální energetická náročnost referenční budovy Rrq (kWh/m2) 98,00
Třída energetické náročnosti hodnocené budovy B
Slovní vyjádření třídy energetické náročnosti hodnocené budovy Úsporná
Měrná spotřeba energie na celkovou podlahovou plochu (kWh/m2) 79,13

Tab. 11 - ukazatel celkové energetické náročnosti budovy - RD se solárními kolektory

4. Shrnutí

Mohli bychom pokračovat dále v podrobné analýze, co se stane, pokud budou provedeny úpravy koncepčního řešení objektu, či koncepce energetických systémů objektu. Závěrem jen nástin možných řešení, úprav, či doplnění objektu, které je běžné u tohoto typu rodinného domu a v mnoha případech jsou pro něj i vhodné. Záměrně byl v celkovém hodnocení představen rodinný dům, který tato opatření postrádal, a to z důvodů čistě demonstračních, pro stručnou ilustraci níže uvedených variant. Variantní řešení solárních kolektorů bylo zvoleno z důvodu ukázky filosofie použití OZE a jejich vlivu na výsledné hodnocení budovy.

4.1. Varianta 1 - použijeme doplňkový zdroj tepla - tepelné čerpadlo

Rodinný dům je doplněn tepelným čerpadlem typu země-voda, které je doplňkovým zdrojem tepla a kryje z 50% potřeby energie pro vytápění zón (pouze demonstrační referenční hodnota).

Měrná roční spotřeba dodané energie na vytápění se sníží na hodnotu 34,32 kWh/m2.a v důsledku využití OZE, zdroj energie země, do objektu dodáváme pouze energii na provoz TČ (el. energie - provoz kompresoru, případně plyn na provoz plynového TČ). Potřeba energie však zůstává stejná. Podrobnější bilance energií jsou uvedeny v příloze 5a 6 článku.

Parametr RD RD - VAR 1 Pozn.
Spotřeba dodané energie na vytápění 68,64 kWh/m2.a 34,32 kWh/m2.a  
Třída energetické náročnosti hodnocené budovy B - ÚSPORNÁ A - VELMI ÚSPORNÁ pokud < 50 kWh/m2.a
A - VELMI ÚSPORNÁ
Měrná spotřeba dodané energie
CELKEM
79,13 kWh/m2.a 44,8 kWh/m2.a  

Tab. 12 - porovnání varianty 1

4.2. Varianta 2 - Rodinný dům obsahuje řízené větrání s rekuperací

Větrání objektu obstarává větrací jednotka zajišťující hygienicky nezbytnou doporučenou výměnu vzduchu, účinnost výměníku ZZT je 80% a jednotka neumožňuje cirkulaci odváděného vzduchu. Větrání je zajištěno pouze v zóně 1 - obytné části. Vlivem využití systému ZZT se celkově sníží potřeba tepla způsobená větráním. V důsledku této úpravy energetických systémů se sníží spotřeba energie na vytápění, resp. krytí tepelných ztrát přirozeným větráním objektu. V důsledku v poměrném rozložení je vliv spotřeby energie na vytápění dominantní, ovlivní tak větší měrou výsledný klasifikační ukazatel zařazení budovy do třídy ENB, a budova je označena jako B - ÚSPORNÁ. Podrobnější bilance energií jsou uvedeny v příloze 7 a 8 článku.

Parametr RD RD - VAR 2 Pozn.
Spotřeba dodané energie na vytápění 68,64 kWh/m2.a 42,51 kWh/m2.a  
Třída energetické náročnosti hodnocené budovy B - ÚSPORNÁ B - ÚSPORNÁ pokud < 50 kWh/m2.a
A - VELMI ÚSPORNÁ
Měrná spotřeba dodané energie
CELKEM
79,13 kWh/m2.a 53,3 kWh/m2.a  

Tab. 13 - porovnání varianty 2

4.3. Vliv typu zdroje tepla

Otázka která se nabízí, jak velký vliv má změna zdroje tepla s ohledem na jeho účinnost. V praktickém případu rodinného domu řečeno může být zdrojem tepla běžný plynový kotel, nízkoteplotní plynový kotel nebo kotel kondenzační. Benefit v podobě úspory energie v závislosti na systémovém řešení zdroje tepla je popsán podrobně v odborné literatuře literatuře a není třeba jej rozvádět, ovšem jak se toto variantní řešení promítne ve výsledném hodnocení ENB podle metodiky výpočtu ENB. Údaj který je v tomto případě rozhodující, a který popisuje tento případ je v případě metodiky relevantním popisným údajem, je číselný vstup - účinnost výroby energie zdrojem - ηgen;H;c;i [%]. Uvedený parametr reprezentuje účinnost přeměny primární energie (zemního plynu na tepelnou energii), resp. účinnost výroby energie zdrojem. Vyhláška připouští stanovení tohoto parametru třemi způsoby - odhadem, měřením, nebo výpočtem. V případě tohoto rodinného domu lze použít jednoduchý výpočetní postup uvedený v DIN 18599, který je použit také v německé obdobě stanovení energetické náročnosti budov. DIN 18599 umožňuje stanovit účinnost plynového kotle při částečném zatížení na základě, v této technické normě, definovaných koeficientů, kdy postup může být podle (1).

Kde:

ηgen;H;c;i účinnost výroby energie zdrojem [-]
C korekční faktor podle typu kotle a stáří [-]
D korekční faktor podle typu kotle a stáří [-]
QN jmenovitý výkon kotle [kW]

Za předpokladu konstantních hodnot reprezentujících tento objekt je následná hodnota spotřeby energie na vytápění

Plynový kotel 20kW Faktor C Faktor D ηgen;H;c;i
  [-] [-] [-]
Standardní plynový kotel 81,5 3 0,85
Nízkoteplotní plynový kotel 89 1,5 0,90
Kondenzační kotel 103 1 0,99

Tab. 14 - porovnání varianty 2

Výsledný rozdíl spotřeby energie na vytápění a celkové hodnoty měrné spotřeby energie potom představuje hodnoty uvedené v tab. 15. Pokud se zaměříme na zařazení budovy do třídy ENB, pak pro rodinný dům je rozmezí hodnot stanoveno pro třídu B v rozsahu 51 - 97 kWh/m2. Jak je patrné z tab. 15, v tomto případě nemá změna typu zdroje tepla vliv na výsledné zatřídění budovy. Rozdíl hodnot mezi obyčejným plynovým kotlem a kotlem kondenzačním je více než 16 % celkové spotřeby energie (v této je také zahrnuta spotřeba energie dalších částí budovy). V případě dodané energie pouze na vytápění rozdíl představuje 17%.

Plynový kotel 20kW Spotřeba dodané energie na vytápění Měrná spotřeba dodané energie
  [MJ] [kWh/m2]
Standardní plynový kotel 74 946,6 79,1
Nízkoteplotní plynový kotel 70 782,9 75,3
Kondenzační kotel 64 348,08 69,4

Tab. 15 - porovnání varianty 2

4.3. Vliv způsobu předání tepla (účinnost sdílení tepla)

Pokud se analogicky zaměříme na případ ηem;H;s - účinnost sdílení tepla, pak můžeme zohlednit níže uvedené možné případy. Přenos tepla do obytného prostoru probíhá prostřednictvím deskových otopných těles osazených na stěně pod okny, nebo v dalším případě pomocí podlahového vytápění (teplovodního, nebo elektrického). V tomto případě je možné opět aplikovat přístup německé DIN 18599-5, která pracuje s principielně totožným postupem stanovení spotřeby energie v budově jako tzv. národní metodika výpočtu energetické náročnosti budov. Proto v tomto případě považuji uváděné tabulkové hodnoty jako relevantní vůči celému výpočetnímu postupu a jeho smyslu, navzdory faktu že v českých technických normách jsou tyto údaje obsaženy také, ovšem tyto technické normy mohou tyto údaje využívat v rámci odlišných výpočetních postupů, nebo odlišných přístupů. Účinnost sdílení tepla je ovlivňují v principu tři základní parametry uvedené ve vzorci (2).

Kde:

ηem;H účinnost sdílení tepla
ηL součinitel vlivu svislého rozložení teplot v místnosti
ηC součinitel vlivu regulace teploty v místnosti
ηB součinitel vlivu specifických ztrát konstrukcí sousedící s venkovním prostředím

    ηL1 ηL2 ηC ηB
Způsob regulace teploty v místnosti Proporcielní regulace na OT
(pásmo proporcionality - 2K)
    0,93  
není regulace na OT     0,8  
Teplotní spád 70/55 0,93      
55/45 0,95      
Specifické tepelné ztráty do exteriéru Obvodová stěna   0,95   1
Obyčejné zasklení   0,83    

Tab. 16 - stupně využití pro volné otopné plochy (otopná tělesa), výška místnosti < 4m

V případě kombinace ηL1 a ηL2 je třeba uvažovat, že:

U zóny s otopnými tělesy u stěny sousedící s venkovním prostředím, otopná tělesa jsou vybaveny termostatickými ventily a hlavicemi s rozsahem 2K a otopném spádu soustavy 70/55, pak účinnost sdílení tepla představuje hodnotu ηem;H = 0,88.

Pokud by byla zóna vytápěna prostřednictvím teplovodního podlahového systému, potom hodnoty pro jednotlivé činitele vyjadřuje tab. 17.

    ηL ηC ηB1 ηB2
  Teplovodní soustava
Způsob regulace teploty v místnosti Dvoustupňová / Proporcielní regulace   0,93    
Regulace pouze přívodu do systému   0,78    
Elektrické podlahové vytápění
Dvoustupňová regulace   0,91    
Systém Podlahové vyt - mokrý způsob 1   0,93  
Podlahové vyt - Suchý způsob 1   0,96  
Stěnové vytápění 0,96   0,93  
Specifické tepelné ztráty do exteriéru Minimální možná tl. izolace       0,95
Optimální požad. tl. Izolace       0,99

Tab. 17 - stupně využití pro podlahový způsob vytápění, výška místnosti < 4m

Výsledná hodnota v případě teplovodního podlahového vytápění s proporcielní regulací teploty místnosti a optimální požadovanou tloušťkou izolace je ηem;H = 0,86. V případě elektrického podlahového vytápění je odlišnost pouze v koeficientu vyjadřujícím způsob regulace, potom výsledná hodnota ηem;H = 0,85.

V souvislosti se způsobem teplovzdušného vytápění je třeba také uvést přístup k zohlednění tohoto způsobu. Vezme li v úvahu fakt, že princip vytápění přes všechna svá specifika je stejný - tepelnou energii do obsluhovaného prostoru dopravuje teplonosné medium (vzduch). Pak ηem;H;s - účinnost sdílení tepla lze jednoduše vyjádřit podle tab. 18.

Konfigurace zařízení Regulace ηem;H(min) ηem;H(max)
Ohřev přiváděného vzduchu Teplota v místnosti 0,82 0,87
Teplota místnosti (skoková regulace t. přiváděného vzduchu) 0,88 0,90
Teplota odváděného vzduchu 0,81 0,85
Cirkulační zp. teplovzd. vytápění Teplota v místnosti 0,89 0,93

Tab. 18 - účinnost sdílení tepla pro teplovzdušný způsob vytápění, výška místnosti < 4m

5. Závěr

Podrobnější zodpovědná analýza variantních řešení a relevantnost použití jednotlivých systémů, jejich kombinace, by vydala na samostatné články. Tento článek si klade za cíl ukázat základní princip výpočtu, jeho relativní jednoduchost a způsob stanovení ENB, které bude platné od 1. ledna 2009 a především odkrýt roušku toho, co zahrnuje onen, v současné době velmi skloňovaný, průkaz ENB - průkaz, certifikát, štítek - o němž se píše a hovoří již delší dobu, ovšem doposud pouze v teoretické rovině. Článek nastiňuje jeden z možných přístupů k vypracování průkazu ENB pro rodinný dům. V závěru prostřednictvím ukázky možných přístupů k variantním řešením ukazuje vliv jednotlivých veličin a hodnot za pomoci komplexně zpracované německé normy DIN 18599 - Neue Vornorm zur energetischen Bewertung von Gebäuden gemäß neuer EU-Richtlinie. Norma DIN 18599 představuje obsáhlý soubor, který beze zbytku provádí požadavky směrnice EPBD na německé úrovni a v současné době je jediným komplexním existujícím materiálem v podobě technické normy, která postihuje všechny problematiky, které se vyskytují v souvislosti s komplexním stanovením hodnoty energetické náročnosti budov.

Častá výtka týkající se složitosti výpočtu s použitím výpočetního nástroje není, jak je patrné z předchozího postupu relevantní. Výpočetní postup 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 danému objektu. Pokud je projektová dokumentace zpracována zodpovědně, tepelné ztráty spočítány dle platných norem, pak by výpočet ENB dle metodiky k vyhlášce a s použitím volně šiřitelného výpočetního nástroje neměl představovat zvláštní časové nároky při tvorbě projektové dokumentace.

Investor získá komplexní zhodnocení objektu, postihující nejdůležitější části objektu, základní představu o objektu, státní správa a místní samospráva má k dispozici prostředek, pomocí něhož lze relativně snadno vykazovat a naplňovat závazky týkající se spotřeby energie a zároveň uplatnit kontrolu a motivaci ke komplexním úsporným řešením v rámci všech částí budovy, projektant získá relativně jednoduchou všeobecně přijatou metodu, kdy pomocí hodnotící nástroje s minimem vstupů, lze provádět omezenou optimalizaci využití energie v budovách a může být vodítkem pro detailnější zpracování např. pomocí detailní simulace.

Podrobné informace o Národním kalkulačním nástroji a problematice hodnocení energetické náročnosti budov jsou na adrese http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/. Zaregistrováním na uvedené adrese lze získat zdarma ke stažení výpočetní nástroj národní kalkulační nástroj - NKN pro stanovení energetické náročnosti budov podle požadavků vyhlášky č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov. Zpracovatelem produktu je Katedra technických zařízení budov Fakulty stavební - ČVUT v Praze.

6. Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory výzkumného záměru CEZ MSM 6840770003 na základě výsledků projektu CEA 2220046120. Výstupy jsou zpracovány pomocí národního kalkulačního nástroje aktuální verze NKN v-2.03 vyvinutého na katedře technických zařízení budov, Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Přílohy v PDF

Příloha 1 - Stavební a dispoziční řešení objektu
Příloha 2 - Grafický výstup potřeby a spotřeby energie
Příloha 3 - Grafické znázornění průkazu energetické náročnosti budov
Příloha 4 - Protokol průkazu energetické náročnosti budov
Příloha 5 - Grafický výstup potřeby a spotřeby energie - varianta 1
Příloha 6 - Grafické znázornění průkazu energetické náročnosti budov - varianta 1
Příloha 7 - Grafický výstup potřeby a spotřeby energie - varianta 2
Příloha 8 - Grafické znázornění průkazu energetické náročnosti budov - varianta 2

Literatura

[1] směrnice 2002/91/ES, o energetické náročnosti budov (EPBD)
[2] zákon č. 406/2006 Sb., který obsahuje úplné znění zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, jak vyplývá ze změn provedených zákonem č. 359/2003 Sb., zákonem č.694/2004 Sb., zákonem č. 180/2005 Sb. a zákonem č. 177/2006 Sb.,
[3] vyhláška č. 148/2007 Sb., o energetické náročnosti budov
[4] ČSN EN ISO 13790 - Tepelné chování budov- Tepelné chování budov - Výpočet potřeby energie na vytápění
[5] ČSN EN 12831 - Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu
[6] ČSN 73 0540-3 - Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování
[7] EN ISO 13370 - Tepelné chování budov - Přenos tepla zeminou - Výpočtové metody
[8] ČSN EN 14438 - Sklo ve stavebnictví - Stanovení hodnoty energetické bilance
[9] ČSN 060320 Ohřívání užitkové vody - Navrhování a projektování
[10] ČSN EN 832-Tepelné chování budov - Výpočet potřeby tepla na vytápění - Obytné budovy
[11] ČSN 730540 (2002) - Tepelná ochrana budov
[12] DIN V 18599: Neue Vornorm zur energetischen Bewertung von Gebäuden gemäß neuer EU-Richtlinie
[13] Projekt CEA 2220046120, Národní metodika výpočtu energetické náročnosti budov - výpočetní nástroj
[14] Kabele, K., Urban, M., Adamovský, D., Musil, R., Kabrhel M.: Metodika výpočtu energetické náročnosti budov v ČR, Zborník prednášok z 15. medzinárodnej konferencie Vykurovanie 2007. Bratislava: Slovenská spoločnost pro techniku prostredia, 2007, s. 55-58. ISBN 978-80-89216-13-0.
[15] Urban, M., Kabele, K., Adamovský, D., Musil, R., Kabrhel M.: Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov v ČR, zborník prednášok Tepelná ochrana budov 2007. Bratislava: Intenzíva s.r.o., 2007, s. 105-110. ISBN 978-80-969243-5-6.
[16] http://tzb.fsv.cvut.cz/projects/nkn/ webový portál Národního kalkulačního nástroje NKN

 

Hodnotit:  

Datum: 3.12.2007
Autor: Ing. Miroslav Urban, prof. Ing. Karel Kabele, CSc., Ing. Daniel Adamovský, PhD., Ing. Michal Kabrhel, PhD., Ing. Roman Musil   všechny články autora
Organizace: ČVUT v Praze, Stavební fakulta, katedra TZB, Thákurova 7, Praha 6



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (8 příspěvků, poslední 16.02.2010 13:38)


Projekty 2017

Partner - ENB

logo ENTECH GROUP

Odborný garant

Ing. Renata Straková
Entech-Group s.r.o.

Partneři - Facility management

logo ista
logo ATALIAN
logo Mark2 Corporation
 
 

Aktuální články na ESTAV.czNovinka Liapor Mix final – skvělý systém pro rekonstrukce podlahKdy uvažovat o vytápění bytového domu tepelným čerpadlem?Malý dům poskytuje velký komfortCreative Office Awards - nová soutěž pro studenty architektury