Národní metodika výpočtu energetické náročnosti budov

Snaha o popis předpokládaného energetického chování budov ve smyslu předvídání spotřeby energie budovou, se datuje do počátků stavitelství v regionech, kde bylo nutné budovy vytápět. Každého uživatele vždy zajímalo, kolik paliva si má připravit na zimu, každého stavitele pak zajímalo, jak velký prostor pro uskladnění paliva má v budově vyčlenit. S pokrokem technologií v budovách se k potřebě energie na vytápění přidala energie na chlazení, přípravu teplé vody i osvětlení. Bylo vyvinuto mnoho metod, které více či méně přesně tyto potřeby počítaly - jmenujme například vynikající denostupňovou metodu pro výpočet energie na vytápění nebo jednoduché výpočty dle měrné potřeby tepla pro typické objekty. Tyto metody jsou vcelku bezpečné pro účely návrhu systémů, kdy údaj o roční potřebě energie na vytápění nebo chlazení je podkladem pro jednání s dodavatelem energie případně pro stanovení velikosti úložiště paliva v budově. Tyto metody jsou však prakticky nepoužitelné v okamžiku, kdy chceme mezi sebou porovnat více alternativních řešení jednotlivých prvků budovy, které spotřebu energie ovlivňují. Důvodem je malá citlivost těchto metod na změnu vstupních parametrů a neprovázanost energetických potřeb budovy se spotřebou energetického zdroje.

Chceme-li tak stanovit očekávanou spotřebu energie vstupující do budovy a rozlišit různé zdroje, způsob regulace, nastavení parametrů vnitřního prostředí nebo způsob využívání obnovitelných zdrojů energie, musíme provést podrobnější výpočet, který umožní tyto vlivy zohlednit.

Do 80.let minulého století se datují počátky rozvoje metod počítačové simulace energetického chování budov, kdy tehdy na sálových počítačích vznikaly první pokusy o detailnější popis budovy a jejích technických systémů s cílem vypočítat spotřebu energie a průběhy parametrů vnitřního prostředí budov za daných klimatických podmínek. Přes počáteční euforii a od té doby neuvěřitelný pokrok ve výpočetní technice nelze do dnešního dne považovat za ukončený vývoj softwarových nástrojů pro modelování energetického chování budov. K nejvyvinutějším nástrojům v této oblasti patří simulační programy ESP-r. TRNSYS, EnergyPlus, IDA a další, které v podstatě na obdobném principu výpočtu řeší komplexní modelování a simulaci budovy a systémů technických zařízení budov. Tyto nástroje jsou ve svém základním provedení postaveny pro modelování nejširšího spektra problémů - od tepelně-technického řešení stavebních prvků, přes modely systémů technických zařízení budov po komplexní modely budov. Tato univerzálnost je vykoupena poměrně náročným způsobem formulace problémů a tvorby modelu, což předpokládá u uživatele jednak hlubokou znalost fyzikální podstaty problému, jednak schopnost abstraktního myšlení při tvorbě modelu a vede k užívání především specializovanými pracovišti při univerzitách a konzultačních firmách.

Evropská komise ve snaze zvýšit hospodárné využití energie v budovách vydala již mnohokrát citovanou směrnici 91/2002 ES, v níž se mimo jiné požaduje, aby v jednotlivých členských státech byla vytvořena zákonem podpořená metodika pro hodnocení budov na základě celkové dodané energie do objektu. Tato metodika má zohledňovat nejen stavební řešení objektu, ale i řešení jednotlivých energetických systémů jako je vytápění, chlazení, klimatizace, příprava teplé vody, větrání a umělé osvětlení.

Z těchto požadavků při zohlednění řešení v sousedních zemích byla v roce 2006 připravována novela vyhlášky 291/2001. Vyhláška 291/2001 která na svou dobu pokrokově řešila podrobnosti účinnosti užití energie při spotřebě tepla na vytápění v budovách, nicméně nezahrnovala potřebné nástroje pro odlišení požadovaných detailů stavebně-technického řešení ve smyslu nových požadavků. Novela vyhlášky tak přijala zcela nový přístup k metodice výpočtu energetické náročnosti budov a definuje i způsob hodnocení budov tak, aby byly splněny požadavky směrnice ES i příslušných technických norem. Současně s novelou vyhlášky se zpracovává výpočetní nástroj v prostředí MS Excel, který umožňuje výpočet provádět.

Výsledkem vlastního výpočtu energetické náročnosti budovy je pak roční spotřeba energie rozdělená na jednotlivé subsystémy a energonositele a v součtu pak celková spotřeba energie v budově. Takto spočítaná energie je porovnána s energií vypočtenou stejnou metodou pro referenční objekt se shodnou geometrií, účelem i provozem ale standardním technickým řešením obvodového pláště i energetických systémů (splňujícím platné normy). Současně je počítán stejnou metodou i objekt stávající úrovně běžné pro daný typ objektu v ČR. Na základě porovnání hodnot roční spotřeby energie je vypočten klasifikační ukazatel a budova je zařazena do jedné z klasifikačních tříd energetické náročnosti. Výsledkem je průkaz energetické náročnosti, který je tvořen protokolem obsahujícím textový popis a hodnocení budovy a systémů TZB a grafickým znázorněním průkazu energetické náročnosti budovy ve formě štítku. Kromě zatřídění navrhovaného řešení budovy je možné v průkazu energetické náročnosti vyhodnotit i důsledek energeticky úsporného opatření. V tomto případě se v grafickém znázornění zobrazí druhá hodnota hodnocení budovy, vyjadřující předpokládaný stav po aplikaci energeticky úsporného opatření.

Vlastní výpočet je založen na principu zónového modelu budovy, energetických zdrojů (např. kotelny, zdroje chladu, solární kolektory, kogenerační jednotky) a jednotlivých energetických systémů - otopná soustava, rozvod chladu, vzduchotechnická zařízení, příprava teplé vody a osvětlení. Jednotlivé zóny jsou ohraničeny stavebními konstrukcemi, definovanými tepelně-technickými parametry, plochou, orientací a sousedícím prostředím. Na každou zónu působí vnější a vnitřní vlivy, které vyvolávají potřebu dodávky energie na vytápění, chlazení a/nebo vlhčení (je-li v objektu požadováno).

Vnější vlivy působící na zónu jsou dány syntetickými klimatickými daty, vygenerovanými pro účely tohoto výpočtu. Klimatická data pro Českou republiku používaná pro výpočet energetické náročnosti budov jsou rozdělena do čtyř teplotních oblastí shodně dle ČSN 730540 a pro každou teplotní oblast je pro každý měsíc v roce vytvořen reprezentativní den s hodinovým průběhem teplot venkovního vzduchu, dále pak jsou uvažována data o vlhkosti vzduchu a intenzitě a množství dopadajícího slunečního záření. Vnitřní vlivy působící na zónu jsou definovány standardizovaným profilem užívání, který zahrnuje požadovaný stav vnitřního prostředí vyjádřený požadovanou vnitřní výslednou teplotou, množstvím čerstvého vzduchu, požadavky na relativní vlhkost a osvětlení. Dále jsou v tomto profilu užívání obsaženy údaje o standardizovaném počtu osob, typickém vnitřním vybavení, standardní době provozu a potřebě teplé vody.

V takto zatížených zónách je proveden výpočet, jehož výstupem jsou potřeby energií na vytápění, chlazení, vlhčení, přípravu teplé vody a osvětlení zóny v členění po měsících s ročním součtem. Tyto potřeby energií jsou v dalším kroku pokryty energetickými systémy vytápění, chlazení, vlhčení, příprava teplé vody a osvětlení a v závislosti na účinnosti jednotlivých prvků systému jsou stanoveny potřeby energií na zdrojích. Analogicky, v závislosti na účinnosti energetických zdrojů v budově (kotle, kogenerace, tepelné čerpadlo, CZT, solární kolektory, zdroje chladu atd.) je stanovena spotřeba energie na systémové hranici budovy rozčleněná do jednotlivých energonositelů. Výpočet zohledňuje zjednodušeným způsobem kapacitu budovy a probíhá v hodinovém kroku pro referenční dny s extrapolací vždy na celý měsíc.

Nová metodika výpočtu je určena pro vzájemné porovnání více technických řešení geometricky a uživatelsky stejného objektu v daných klimatických podmínkách a stanovení parametrů pro hodnocení řešení. Výsledky proto nelze bez uvážení okrajových podmínek výpočtu přímo využívat pro stanovení očekávané spotřeby energie za účelem návrhu energetického systému či jeho součásti.

Výpočetní nástroj i metodika jsou v současné době (prosinec 2006) ve fázi testování. Uvolnění výpočtového nástroje k volnému šíření osobám provádějící průkazy energetické náročnosti budov se předpokládá v průběhu 1. pololetí 2007 ve vazbě na uvedení v platnost novely vyhlášky obsahující metodiku.