Energetická náročnost budovy a skutečná spotřeba energie
© Fotolia.com
Příspěvek se věnuje srovnáním reálných spotřeb energie s hodnotami vypočtenými v průkazu energetické náročnosti (PENB), a to u dvou budov: Novostavby nízkoenergetického rodinného domu a staršího bytového domu. V obou případech se jedná o dřevostavby. Následně jsou formou koeficientů užití domu definovány základní rozdíly mezi průkazem a realitou z hlediska spotřeby energie.
Úvod
Dle vyhlášky 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov je povinnost u nových budov, u větších změn již existujících budov, případně při prodeji nebo pronájmu budovy, vypracovat tzv. průkaz energetické náročnosti budovy (PENB). Ten budovu vyhodnocuje jak z hlediska celkové dodané energie, tak i z hlediska neobnovitelné primární energie. Dále bere na zřetel kvalitu obálky budovy (průměrný součinitel prostupu tepla). Na základě obálky budovy dílčích dodaných energií, jejichž součet tvoří celkovou dodanou energii, je budova zatříděna do kategorií A až G, podobně je zatříděna i neobnovitelná primární energie. Kromě těchto ukazatelů energetické náročnosti budovy, vyčíslených v kWh/(m2.rok), je v průkazu uveden i podíl energonositelů na dodané energii vyjádřený v absolutní hodnotě dodané energie v MWh/rok pro plyn, elektřinu, uhlí a další energonositele. Právě tato hodnota se stává problematickou z hlediska její interpretace, neboť její hodnota vychází z výpočtu energetické náročnosti pro typické podmínky užívání i typické klimatické údaje a v mnoha případech neodpovídá skutečné spotřebě energie objektu v daném roce při konkrétním provozu. Na tento problém poukázala již v roce 2016 zpráva EU [7], ve které je uvedeno, že „...nové a renovované budovy často plánované energetické náročnosti nedosahují. Je proto nutné zavést mechanismy pro porovnání výpočtu energetické náročnosti se skutečnou spotřebou energie“.
Příspěvek se formou případové studie věnuje dvěma konkrétním obytným budovám, pro které byl vypracován průkaz energetické náročnosti a u nichž je sledována reálná spotřeba energie a jsou analyzovány rozdíly mezi hodnotami vypočtenými a naměřeným.
Popis řešených objektů
Objekt 1 – Rodinný dům Rýmařov
Prvním řešeným objektem je nízkoenergetický rodinný dům ve městě Rýmařov (okres Bruntál). Jedná se o montovanou přízemní dřevostavbu o dispozici 4+kk s nezatepleným podkrovím. Jako hlavní zdroj tepla slouží krbová kamna spalující kusové dřevo. Kamna jsou vybavena výměníkem do teplovodní dvoutrubkové otopné soustavy. Druhým zdrojem tepla je elektrokotel. Teplo je sdíleno jak pomocí krbových kamen, tak deskovými otopnými tělesy. Teplá voda je připravována v zásobníku jednak pomocí výše zmíněné otopné soustavy a jednak pomocí okruhu napojeného na dva solární kolektory. Dodatkovým zdrojem tepla je elektrická topná patrona. Od 1. ledna 2016 probíhá s časovým krokem 15 minut měření energetických toků, stavů vnitřního prostředí (teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, množství CO2 atd.) i venkovních meteorologických podmínek (teplota venkovního vzduchu, intenzita slunečního záření, rychlost a směr větru, množství srážek atd.)
Objekt 2 – Bytový dům Luže
Druhým řešeným objektem je bytový dům v obci Luže (okres Chrudim) z cca 70. let 20. století. Dům sestává ze dvou vchodů, v každém vchodu se v celkových dvou nadzemních podlažích nacházejí vždy 4 byty. Celkově se tak v budově nacházejí 4 byty 2+1 a 4 byty 3+1. Přízemí domu zabírají společné prostory a garáže. Objekt je napojen na soustavu zásobování tepelnou energií z kotelny v nedalekém zdravotnickém zařízení (Hamzova léčebna). Teplo je vyráběno pomocí kotle spalujícího zemní plyn, spalováním zdravotnického odpadu a kogenerační jednotky. V objektu je každý měsíc proveden odečet spotřeby tepla na vytápění a na přípravu teplé vody. Elektrická energie je odečítána po jednotlivých bytech jednou ročně. Objekt je v původním stavu, nicméně je plánována rekonstrukce, kdy je navrženo zateplení obálky budovy (včetně stropů garáží, stěn spodní stavby a stropu k půdě), výměně výplní otvorů a instalace rovnotlaké vzduchotechnické jednotky. V plánu je též výměna výměníkové stanice a rekonstrukce otopné soustavy.
Průkaz energetické náročnosti
Na oba projekty je vypracován průkaz energetické náročnosti budovy. Zatímco rodinný dům v Rýmařově je vyhodnocen jako nová budova, bytový dům v Luži je hodnocen jako větší změna dokončené budovy vzhledem k jeho plánované rekonstrukci. Výstupy obou výpočtů PENB znázorňuje Tabulka 1.
| Veličina | RD Rýmařov | BD Luže |
|---|---|---|
| Celková dodaná energie | 20,9 MWh | 83,4 MWh |
| Vytápění | 15,1 MWh | 60,0 MWh |
| Větrání | 0,0 MWh | 0,9 MWh |
| Příprava teplé vody | 4,8 MWh | 16,3 MWh |
| Osvětlení | 1,0 MWh | 6,4 MWh |
| Energonositelé | 100 % | 100 % |
| Elektrická energie | 55 % | 9 % |
| Kusové dřevo | 35 % | – |
| Solární energie | 10 % | – |
| Zemní plyn | – | 44 % |
| Zemní plyn – KGJ | – | 32 % |
| Spalování zdravotnického odpadu | – | 15 % |
| Průměrný součinitel prostupu tepla | 0,29 W/m2K | 0,53 W/m2K |
| Zatřídění celkové dodané energie | B | D |
Výsledky
V této kapitole je provedeno srovnání reálné energetické náročnosti s hodnotami vzešlými z průkazu energetické náročnosti budov, a to jak pro rodinný dům v Rýmařově, tak pro bytový dům v Luži.
Objekt 1 – Rodinný dům Rýmařov
Pro vyhodnocení reálné spotřeby tepla na vytápění a přípravu teplé vody slouží tři celé roky měření energetických toků v budově. Obrázek 1 srovnává měsíční spotřeby tepla na vytápění a přípravu teplé vody vzešlé z PENB s reálnými hodnotami spotřeb. Z diagramu je patrné, že reálná spotřeba energie je výrazně nižší než předpoklad stanovený v PENB, a to až o 50 %. Jedinou výjimku tvoří únor a březen 2018, kdy na oblast udeřily prudké mrazy. Téměř nulová naměřená spotřeba energie v červnu 2016 je pravděpodobně zapříčiněna pozdním startem měření dodávky tepla solárními kolektory.
Obr. 1 RD Rýmařov – porovnání reálné spotřeby energie na vytápění + přípravu teplé vody s hodnotami vzešlými z průkazu energetické náročnosti
Na obrázku 2 je vyhodnocen tzv. koeficient užívání domu, který vyhodnocuje poměr reálné spotřeby energie vůči předpokladu stanoveném v PENB. Tento koeficient je vyhodnocen každý měsíc vždy pro období posledního roku. Například v květnu 2017 je hodnoceno období červen 2016 až květen 2017 a hodnota je cca 0,5, což znamená, že reálná spotřeba energie je na 50 % oproti předpokladu stanoveném v PENB. Z diagramu na obrázku 2 vyplývá, že první rok koeficient osciloval kolem hodnoty 0,5. Velmi chladné období na konci zimy 2018 koeficient zvedlo až k hodnotě 0,7. Od té doby koeficient opět pozvolna klesá až na hodnotu 0,56 v prosinci 2018.
Obr. 2 RD Rýmařov – koeficienty užívání domu
Objekt 2 – Bytový dům Luže
Podobně jako RD v Rýmařově je vyhodnocen i bytový dům v Luži. K porovnání s vypočtenými hodnotami z průkazu energetické náročnosti slouží měsíční odečty energie za období 4 let.
Z diagramu na obrázku 3 lze vyčíst, že po většinu období je sice reálná spotřeba energie nižší, než bylo předpokládáno, nicméně rozdíl není tak markantní, jako tomu je v případě rodinného domu v Rýmařově. Shody letních spotřeb tepla mezi jednotlivými roky jsou dány zaokrouhlením odečtů na kalorimetru.
Obr. 3 BD Luže – porovnání reálné spotřeby energie na vytápění + přípravu teplé vody s hodnotami vzešlými z průkazu energetické náročnosti
Diagram na obrázku 4 potvrzuje poznatky uvedené výše. Mezi lety 2014 a 2016 se koeficient užívání domu z hlediska vytápění a přípravy TV pohyboval mezi hodnotami 0,8 a 0,9. V roce 2017 osciluje kolem hodnoty 1,0. Z toho vyplývá, že za roky 2016 a 2017 reálná spotřeba energie odpovídá předpokladu stanovenému v PENB.
Obr. 4 BD Luže – koeficienty užívání domu
Závěr
Příspěvek se věnuje problémům, které mohou vzniknout, je-li průkaz energetické náročnosti nesprávně interpretován. Ten byl totiž zaveden na základě evropské a české legislativy jako zjednodušený a uživatelsky přívětivý nástroj sloužící ke snižování energetické náročnosti budov. Hodnoty v průkazu vycházejí ze zjednodušeného holistického modelu budovy a jejích technických zařízení. Uvažují se přitom standardní okrajové podmínky (klimatické údaje). Výpočet průkazu energetické náročnosti budovy je v souladu s platnými normami vypočítáván s měsíčním časovým krokem, kdy není zohledněna dynamika změn teplot, intenzity slunečního záření, užívání budovy a dalších vstupních parametrů v průběhu dne.
Reálné spotřeby energie se proto povětšinou neshodnou s vypočtenou energetickou náročností v rámci PENB. Zatímco v případě rodinného domu v Rýmařově je reálná hodnota spotřeby energie výrazně nižší, v případě bytového domu v Luži byla do roku 2016 nižší jen mírně, v roce 2017 se s předpokladem stanoveným v PENB dokonce shoduje. Vzhledem k plánované rekonstrukci bytového domu, kdy je plánováno výrazně snížení spotřeby energie, je možné, že se koeficient užití domu může změnit.
Tato práce byla podpořena grantem SGS 161 – 1611811A125 a programem Competence Centres programme of the Technology Agency of the Czech Republic, projekt No. TE02000077 „Smart Regions – Buildings and Settlements Information Modelling, Technology and Infrastructure for Sustainable Development“. Poděkování patří též panu Martinovi Jindrákovi za poskytnutí podkladů pro bytový dům Luže.
Literatura
- HORÁK O., KABELE K. Energetická náročnost rodinného domu – předpoklad a realita. In: Letní škola TZB 2018 – Energetický a environmentální koncept chytrého sídelního celku: Sborník přednášek. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2018, s. 12–19. ISBN 978-80-02-02808-6.
- HORAK O., KABELE K. Predicted and Actual Energy Performance of Residential Buildings in Czechia. Case Study on Evaluation of Detailed Energy and IEQ Monitoring of Family House. In: Roomvent&Ventilation 2018: Excellent Indoor Climate and High Performing Ventilation: Proceedings, Helsinki, Finland: SIY Indoor Air Information Oy, 2018, s. 1061–1066. ISBN 978-952-5235-48-4
- HORÁK O., KABELE K. Průkaz energetické náročnosti a reálné užívání budovy – případová studie rodinného domu. In: Simulace budov a techniky prostředí 2018. Praha: IBPSA-CZ, 2018. s. 45–49. ISBN 978-80-907423-0-7.
- Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů
- Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov, (pozn. účinná k 1. 4. 2013)
- ČSN 730331 Energetická náročnost budov – Typické hodnoty pro výpočet, UNMZ, 10/2018
- DOPORUČENÍ KOMISE (EU) 2016/1318 ze dne 29. července 2016 o pokynech na podporu budov s téměř nulovou spotřebou energie a osvědčených postupů k zajištění, aby do roku 2020 byly všechny nové budovy budovami s téměř nulovou spotřebou energie
The paper deals with the comparison of real energy consumption with values calculated in the Energy Performance Certificate (PENB) for two buildings: New low-energy family house and older apartment building. In both cases, these are wooden buildings. Subsequently, basic differences between the card and the reality in terms of energy consumption are defined in the form of house use coefficients.