Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budov
Článek popisuje různé úrovně souhrnného hodnocení energetické náročnosti budov (EPB) a energetické náročnosti výstavby budov (EVB). Je zde příklad výpočtu en. náročnosti výstavby vytápěcího systému pro různé varianty řešení. V závěru jsou uvedeny konkrétní výstupy hodnocení tak, jak procentuelně ovlivňují celkovou energetickou náročnost.
1. Úvod
Až dosud se při hodnocení energetické náročnosti budov věnuje pozornost spotřebě energie při provozu budov, a z toho zejména spotřebě energie při vytápění. Je všeobecně známá tendence zmenšovat tuto spotřebu různými opatřeními. Jedním z nejčastějších opatření je zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov. Zlepšování se uskutečňuje zpravidla zvětšováním jejich tepelného odporu R (zmenšováním součinitele prostupu tepla U).
Zvětšování tepelného odporu stavebních konstrukcí z daného materiálu vede obvykle ke zvětšování tloušťky konstrukcí, tedy ke zvětšení spotřeby materiálu. Protože k jeho výrobě je potřeba určitého množství energie, znamená to, že zvětšení hodnoty tepelného odporu konstrukcí vede zároveň ke zvětšení potřebné energie k jejich výrobě.
Uvedeným opatřením se získává na jedné straně úspora energie při provozu budovy (při vytápění), na druhé straně se zvětšuje spotřeba energie na jeho výrobu. Uvedené dvě oblasti spotřeby energie se označují v prvním případě jako "energetická náročnost provozu budov" (EPB), ve druhém případě jako "energetická náročnost výstavby budov" (EVB).
Pokud jde o energetickou náročnost provozu budov, ta je poměrně dobře zvládnutá nejen výpočtově, ale i z hlediska naměřených údajů ze skutečného provozu. Naproti tomu zpracování problematiky energetické náročnosti výstavby budov není zdaleka na takové úrovni. Důvod je jednoduchý, zatím nebyla systematicky zpracovávána, a také proto, že jde o velmi složitý problém, neboť zahrnuje energii vynaloženou na:
- výrobu stavebních a tepelně izolačních materiálů, výrobků, dílců (zahrnuje energii vynaloženou na těžbu surovin, jejich dopravu, vlastní výrobu a skladování),
- výrobu zařízení a doplňujících prvků nutných k provozu a užívání budov (např. na vytápěcí soustavu),
- mimostaveništní dopravu,
- provádění (stavění) budov,
- údržbu, rekonstrukci, popř. modernizaci budov,
- likvidaci budov,
- recyklaci materiálů a částí budov určených k likvidaci.
Existují sice tabelární hodnoty některých stavebních a tepelně izolačních materiálů, kovových materiálů a plastů, popř. vnějších svislých a střešních konstrukcí budov a příček, ale většinou jde o informativní hodnoty staršího data, viz např. [1], [2], takže i hodnocení souhrnné energetické náročnosti budov má v současnosti informativní charakter. Přesto považujeme předložený příspěvek za užitečný, neboť ukazuje problém energetické náročnosti budov z dalšího, dosud neuplatňovaného hlediska. Ukazuje, že jde o závažný problém, který by se měl systematicky řešit.
2. Souhrnná energetická náročnost
Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budov se může hodnotit na různé úrovni, např. na úrovni:
- tepelně izolačního materiálu použitého pro dodatečné tepelné izolování obvodového pláště budov,
- obvodového pláště budovy,
- celé budovy nebo bytu nebo jen těch částí budovy, které mají rozhodující význam z hlediska úspory energie v kombinaci s vytápěcím zařízením, popř. dalšími technickými zařízeními použitými pro zásobování budovy teplem apod.
2.1 Energetická náročnost tepelně izolačního materiálu
Pokud jde o energetickou bilanci tepelně izolačního materiálu použitého pro obvodovou stěnu budovy, je možno vycházet také z následující úvahy: využití tepelně izolačního materiálu v obvodové stěně budovy je výhodné tehdy, když je spotřeba tepla k pokrytí tepelné ztráty budovy menší než spotřeba energie k výrobě daného množství tepelně izolačního materiálu, tzn. tehdy, když je splněna podmínka
EPB < EVB (1)
EPB = 0,024 . D . U = 0,024 . D . [1 / (Ri + d / λ + Re)] (2)
kde| D | počet denostupňů [d.K] |
| U | součinitel prostupu tepla stěny (stavební konstrukce) [W/(m2.K)] |
| Ri, Re | odpory při přestupu tepla na vnitřní a na vnější straně konstrukce (obvykle Ri + Re = 0,168) [(m2.K)/W] |
| λ | tepelná vodivost tepelné izolace [W/(m.K)] |
| d | tloušťka tepelné izolace [m] |
Výrobní energetická náročnost se často vztahuje na 1 tunu příslušného materiálu. Potom výrobní energetická náročnost [kWh/m2] pro určitou tloušťku stěny d je
EVB = (EMt / 3,6) . ρ . d (3)
kde| EMt | výrobní energetická náročnost materiálu [GJ/t] |
| ρ | objemová hmotnost materiálu [kg/m3] |
Pokud uvažujeme, že D = 3600 d . K a Ri + Re = 0,168 m2K/W, získáme po dosazení těchto hodnot do vztahu (2) vztah
EPB = 86,4 . [1 / (0,168 + d / λ)]. (4)
Takže podmínka (1) se může vyjádřit takto:
86,4 . [1 / (0,168 + d / λ)] < (EMt / 3,6) . ρ . d (5)
odsud lze stanovit odpovídající tloušťku tepelně izolačního materiálu, tj. tloušťku, při které je výhodné jeho uplatnění v obvodové stěně budovy z hlediska energetické bilance.
Příklad
Má se stanovit energetická bilance pěnového polystyrenu (EPS) při jeho použití jako obvodové stěny budovy, tj. bilance průběhu provozní spotřeby energie při vytápění a jeho výrobní energie, a to v závislosti na tloušťce d. Výrobní energie EPS = 81 GJ/t, což představuje při uvažování hustoty EPS ρ = 25 kg/m3 hodnotu 562,5 kWh/m3. Přičemž se počítá s životností stěny z EPS 30 roků a plochou stěny 1 m2. Výsledky jsou uvedeny v závislosti na tloušťce stěny d v tabulce 1.
Hodnoty energetické bilance EPS stanovené v tabulce 1 jsou znázorněny v grafu na obr. 1.
Z tabulky 1 a obr. 1 je vidět, že se vzrůstající tloušťkou EPS velmi rychle klesá spotřeba tepla při vytápění (provozní energetická náročnost EPB), avšak zároveň vzrůstá výrobní energetická náročnost EVB. Stejné hodnoty obou druhů energetické náročnosti se dosahuje při tloušťce drov ≈ 0,44 m. Z toho plyne, že z hlediska bilance provozní a výrobní energetické náročnosti je výhodná tloušťka obvodové stěny z pěnového polystyrenu tehdy, když je větší než dEPS > 0,44 m, protože až teprve od této tloušťky se spotřebuje při jejím použití v obvodové stěně menší množství energie při provozu než se vložilo do její výroby. Tento závěr platí, samozřejmě pro tyto konkrétní podmínky.
Uvedený příklad má ilustrační charakter energetické bilance výrobní a provozní energetické náročnosti tepelně izolačního materiálu, protože její stanovení je zjednodušeno, jak se můžeme přesvědčit z popisu této problematiky v části práce [4], kde jsou vyjmenovány všechny podstatné vlivy působící na tuto energetickou bilanci. Nicméně, tento příklad ukazuje další pohled na řešení problému tepelné izolace budov, který je zřejmě tím významnější, čím větší množství tepelně izolačního materiálu je ve stavebních konstrukcích.
2.2 Energetická náročnost obvodových stavebních konstrukcí
V tab. 2 jsou uvedeny hodnoty energetické náročnosti výrobní a provozní pro různé druhy obvodových stavebních konstrukcí, viz [3]. Je zde zachycen stav s proměnlivými hodnotami tepelného odporu a také energetická náročnost stavební konstrukce v případě, že je uvažován velmi vysoký tepelný odpor R = 5 m2K/W.
Podíl energetické náročnosti výrobní a provozní (%) pro uvedené konstrukce je v závislosti na tepelném odporu konstrukcí uveden na obr. 2.
| d [m] | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,9 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U [W/(m2K)] | 0,40103 | 0,207505 | 0,139963 | 0,084775 | 0,060801 | 0,047397 |
| EPB [kWh/(m2.30 roků)] | 1039,469 | 537,8528 | 362,7842 | 219,7372 | 157,5965 | 122,8539 |
| EVB [kWh/m2] | 56,25 | 112,5 | 168,75 | 281,25 | 393,75 | 506,25 |
Tab. 1 - Energetická bilance pěnového polystyrenu použitého jako obvodová stěna budovy (d - tloušťka [m], U - součinitel prostupu tepla stěny [W/(m2K)], EPB - provozní energetická náročnost [kWh/(m2.30 roků)], EVB - výrobní energetická náročnost [kWh/m2])
Obr. 1 - Energetická bilance EPS (EPB - klesající křivka, EVB - vzrůstající křivka)
| Veličina | Konstrukce č. | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| R [m2.K/W] | 0,55 | 1,46 | 0,65 | 1,16 | 1,65 | 1,5 | 3,2 | 5,0 |
| U [W/(m2K)] | 1,39 | 0,61 | 1,22 | 0,75 | 0,55 | 0,6 | 0,31 | 0,2 |
| EVB [MJ/m2] | 1 222 | 840 | 1 435 | 1 618 | 1 205 | 1 296 | 1 229 | 1 326 |
| EPB [MJ/m2] | 28 336 | 12 428 | 24 894 | 15 284 | 11 304 | 12 277 | 6 316 | 4 075 |
| ε [%] | 4,3 | 6,8 | 5,5 | 10,6 | 10,7 | 10,6 | 19,5 | 32,5 |
Tab. 2 - Porovnání energetické náročnosti vybraných obvodových konstrukcí;
1 - cihelná zeď 375 mm; 2 - panel z plynosilikátu 300 mm; 3 - panel keramický 30 mm; 4 - panel keramický 300 mm s 50 mm EPS; 5 - ŽBP 240 mm s 80 mm EPS; 6 - ŽBP 300 mm s 80 mm PPS; 7 - ŽBP 240 mm se 140 mm EPS; 8 - ŽBP 290 mm s 240 mm EPS (EPS - pěnový polystyren, ŽBP - železobetonový panel, R - tepelný odpor konstrukce [m2K/W], U - součinitel prostupu tepla W/(m2K), EVB - vyrobni energie [MJ/m2], EPB - provozní energie [MJ/m2], podil ε = EVB . 100 / EPB)
Obr. 2 - Podíl výrobní a provozní energetické náročnosti různých konstrukcí
eps (= ε) v závislosti na tepelném odporu R
Z obr. 2 je vidět, že pro vyhodnocené konstrukce je závislost podílu výrobní a provozní energetické náročnosti ε (%) na tepelném odporu konstrukcí lineární
ε = 0,92 + 6,14 . R (6)
Ze vztahu (6) je zřejmé, že se zvětšujícím se tepelným odporem konstrukce se zvětšuje podíl výrobní energetické náročnosti vztažený na provozní energetickou náročnost. Při současných hodnotách tepelných odporů vychází tento podíl kolem 14 %, zatímco při velmi vysoké hodnotě tepelného odporu R = 5 m2K/W to může být až kolem 30 %.
2.3 Energetická náročnost obvodového pláště v kombinací s vytápěcím zařízením
V této části se připojuje k energetické náročnosti výroby svislého obvodového pláště EVB ještě energetická náročnost výroby prvků vytápěcí soustavy EVTZ. Vzhledem k tomu, že se předpokládá životnost obvodového pláště 80 roků a životnost otopné soustavy 40 roků, počítá se v součtu energetické výrobní náročnosti obvodového pláště a vytápěcí soustavy s dvojnásobkem výrobní energetické náročnosti vytápěcí soustavy.
2.3.1 Energetická náročnost na vytápěcí soustavy
Základní předpoklady
Uvažuje se, že spotřebu materiálu potřebného pro pořízení vytápěcí soustavy tvoří převážně spotřeba oceli pro potrubí a spotřeba litiny či oceli pro otopná tělesa. Jsou zanedbány hmotnosti drobných armatur v odběrném místě, na stoupačkách a na otopných tělesech. Také jsou zanedbány hmotnosti tepelné izolace ležatého potrubního rozvodu. Ohřev vody se předpokládá v bytových elektrických zásobníkových ohřívačích s příkonem 3 kW. Pořízení zařízení ohřevu vody spadá do oboru vodoinstalací, proto není jeho energetická náročnost do této práce zahrnuta.
Popis vytápěné budovy
Jde o bytový dům se 4 nadzemními podlažími (NP) bez podzemního podlaží (PP). Budova sestává ze dvou sekcí (vchodů) a má 24 bytů (obr. 3). Uvažují se 4 varianty provedení stavebních konstrukcí A až D, dané typickými součiniteli prostupu tepla U neprůsvitnými a průsvitnými konstrukcemi (tab. 3). Součinitelé U představují vlastnosti stavebních konstrukcí pro určité vývojové etapy výstavby bytových domů. V dané tabulce jsou uvedeny tepelné ztráty budovy, bytu a roční potřeba tepla na vytápění 1 bytu. Budovy vyzděné z plných cihel jsou zařazeny do var. A, objekty panelové do var. B, objekty současné jsou zařazeny do var. C a nízkoenergetické objekty do var. D. Konstrukční výška jednotlivých podlaží budov se uvažuje jednotná pro všechny varianty objektů ve výši 2,8 m. Budova má 80 oken o rozměru 1,8 x 1,5 m. Tepelné ztráty budovy prostupem byly stanoveny obálkovou metodou. Tepelné ztráty budovy větráním byly stanoveny pro intenzitu výměny vzduchu 0,5 l/h. Tepelné ztráty byly stanoveny pro výpočtovou vnitřní teplotu 20 °C a pro výpočtovou vnější teplotu -12 °C.
| Parametr | Jednotka | Varianta | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | ||
| Součinitel prostupu tepla Ue | W/(m2.K) | 1,4 | 1,0 | 0,5 | 0,2 |
| Součinitel prostupu tepla Uo | W/(m2.K) | 3,0 | 3,0 | 1,8 | 1,0 |
| Tepelná ztráta budovy | kW | 119,6 | 103,2 | 68,2 | 45,4 |
| Tepelná ztráta bytu | kW/byt | 5,0 | 4,3 | 2,8 | 1,9 |
| Potřeba tepla na vytápění | MWh/byt.rok | 9,0 | 7,7 | 5,0 | 3,4 |
Tab. 3 - Přehled vlastností vytápěné budovy (Ue - součinitel prostupu tepla neprůsvitných konstrukcí,
Uo - součinitel prostupu tepla oken)
Obr. 3 - Půdorys bytového objektu
Obr. 4 - Schéma stoupaček
Popis vytápěcí soustavy
Vytápěcí soustava budovy je uvažována jako teplovodní uzavřená dvoutrubková vertikální se spodním rozvodem a s nuceným oběhem. Má 10 stoupaček (obr. 4), na které jsou oboustranně napojena otopná tělesa. Celkový počet otopných těles je 80. Z odběrného místa (obr. 3) vychází jedna uzavíratelná souproudá (tichelmanská) větev s ležatým rozvodem uloženým v kanálku v podlaze 1. NP. Ležatý rozvod je reprezentován střední hodnotou jmenovitého průměru (DN) (tab. 4). Ve stejné tabulce jsou uvedeny DN potrubí stoupaček.
Vytápěcí soustava v budově nemá vlastní zdroj tepla. Je napojena přes odběrné místo v 1. NP s hlavními uzávěry a s fakturačním měřičem tepla na vnější teplovodní potrubní síť. Tepelný výkon sítě je řízen ekvitermicky (ekvitermickým řízením se rozumí řízení teploty přívodní vody v závislosti na vnější teplotě).
U var. A a B jsou výpočtové teploty oběhové vody 92,5/67,5 °C. Potrubní rozvody jsou svařeny z ocelových bezešvých hladkých trubek. Jsou osazena litinová článková otopná tělesa Kalor 500/160.
U var. C a D jsou výpočtové teploty oběhové vody 75/60 °C. Potrubní rozvody jsou z ocelových bezešvých tenkostěnných trubek spojovaných pomocí lisovacích fitinků. Jsou osazena ocelová desková otopná tělesa Radik klasik 21/500-800 (var. C) a 21/300-800 (var. D).
| Parametr | Jednotka | Varianta | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | ||
| Ležatý rozvod | |||||
| délka potrubí | m | 176 | |||
| DN potrubí (stř. hodnoty) | - | 401 | 401 | 402 | 322 |
| jednotková hmotnost | kg/m | 2,69 | 2,69 | 1,35 | 1,14 |
| hmotnost | kg | 473 | 473 | 237 | 200 |
| Stoupačky (10 ks) | |||||
| délka potrubí DN 10 | m | 1021 | 1021 | 1022 | 1762 |
| jednotková hmotnost | kg/m | 0,85 | 0,85 | 0,43 | 0,43 |
| hmotnost | kg | 107 | 107 | 44 | 76 |
| délka potrubí DN 15 | m | 561 | 561 | 562 | 1322 |
| jednotková hmotnost | kg/m | 1,22 | 1,22 | 0,61 | 0,61 |
| hmotnost | kg | 68 | 68 | 34 | 81 |
| délka potrubí DN 20 | m | 1321 | 1321 | 1322 | - |
| jednotková hmotnost | kg/m | 1,58 | 1,58 | 0,79 | - |
| hmotnost | kg | 209 | 209 | 104 | - |
| Hmotnost potrubí | kg | 379 | 379 | 182 | 157 |
| 1) potrubí z hladkých trubek spojovaných svařováním | |||||
| 2) potrubí z tenkostěnných trubek spojovaných lisovacími fitinky | |||||
Tab. 4 - Spotřeba materiálu na potrubí
Spotřeba oceli pro potrubí (tab. 4) a spotřeba litiny či oceli pro otopná tělesa (tab. 5) je v uvedena v tabulkách pro celou budovu. Celková spotřeba oceli a litiny (tab. 6) je uvedena jednak pro celou budovu, jednak pro 1 byt.
| Parametr | Jednotka | Varianta | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | ||
| Typ otopného tělesa | Kalor1 | Kalor1 | Radik2 | Radik2 | |
| Velikost otopného tělesa | mm | 500/160 | 500/160 | 21/600-800 | 21/300-800 |
| Počet článků (těles) | ks | 996 | 860 | 80 | 80 |
| Jednotková hmotnost | kg/ks | 6,4 | 6,4 | 20,4 | 12,5 |
| Hmotnost otopných těles | kg | 6 374 | 5 504 | 1 632 | 1 000 |
| 1) litinové článkové těleso | |||||
| 2) ocelové deskové těleso | |||||
Tab. 5 - Spotřeba materiálu na otopná tělesa
Energetická náročnost na pořízení tuny kovových materiálů vytápěcí soustavy (tab. 7) byla stanovena pomocí podkladů [1] a [2]. Přihlíželo se k náročnosti na výchozí polotovar (litina, ocel), na dopravu polotovaru do výroby po železnici, na výrobu produktů (otopných těles a trubek), na dopravu produktů na stavbu po silnici a na montáž produktů na stavbě vč. staveništní dopravy.
| Parametr | Jednotka | Varianta | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | ||
| Výpočtové teploty vody | °C | 92,5/67,5 | 75/60 | ||
| Průtok vody (střední hodn.) | kg/h | 2 100 | 2 100 | 2 000 | 1 300 |
| Spotřeba litiny a oceli | kg | 7 226 | 6 356 | 2 058 | 1 357 |
| Dtto na 1 byt | kg/byt | 301 | 265 | 86 | 57 |
Tab. 6 - Přehled parametrů vytápěcí soustavy
Energetická náročnost na výrobu deskových otopných těles byla převzata přímo z interních výkazů výrobce těchto těles. Energetická náročnost na výrobu litinových otopných těles a na výrobu ocelových trubek byla odvozena z náročnosti na výrobu deskových těles. Energetická náročnost na montáž produktů na stavbě vč. staveništní dopravy byla odvozena ve výši 10 % z náročnosti na výrobu deskových těles.
| Činnost | jednotk. energie |
|---|---|
| Výchozí polotovar (litina, ocel) | 44,0 |
| Doprava polotovaru do výroby (400 km po železnici, 0,25 . 10-3GJ/t) | 0,1 |
| Výroba produktů (otopných těles a trubek) | 1,2 |
| Doprava produktů na stavbu (200 km po silnici, 1,66 . 10-3 GJ/t) | 0,3 |
| Montáž produktů na stavbě vč. staveništní dopravy | 0,1 |
| Celkem | 45,7 |
Tab. 7 - Energetická náročnost na pořízení tuny materiálu vytápěcí soustavy (GJ/t)
Energetická náročnost na pořízení materiálu na vytápěcí soustavy (tab. 8) je uvedena pro všechny varianty objektů a vytápěcích soustav jednak pro celý objekt, jednak pro 1 byt.
| Parametr | Jednotka | Varianta | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | ||
| Celý objekt | GJ | 330 | 290 | 94 | 62 |
| Dtto na 1 byt | GJ/byt | 13,8 | 12,1 | 3,9 | 2,6 |
Tab. 8 - Energetická náročnost na pořízení materiálu na vytápěcí soustavy
Z tab. 8 je vidět, že zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov má podstatný vliv na zmenšení energetické náročnosti pořízení materiálů na vytápěcí soustavy. U nízkoenergetických domů se zmenší energetická náročnost pořízení materiálů na vytápěcí soustavu zhruba na 20 % hodnoty dosahované u tradičních budov.
2.3.2 Souhrnná energetická náročnost vytápěcí soustavy a obvodového pláště budovy
Souhrnná energetická náročnost se v tomto případě stanoví jako součet pořizovací energetické náročnosti vytápěcí soustavy EVTZ, energetické náročnosti stavebních konstrukcí EVB a provozní energetické náročnosti budovy EPB, tj.
ESB = EVB + EVTZ (7)
a s využitím hodnoty provozní energetické náročnosti budovy EPB se stanoví podíl souhrnné energetické náročnosti ESB a provozní energetické náročnosti budovy EPB
ε = ESB . 100 / EPB (8)
kde provozní energetická náročnost obvodového pláště budovy byla stanovena ze vztahu
EPB = 0,024 . 3420 . 3,6 . 80 . U. (9)
Přehled výsledků příslušných hodnot energetických náročností je v tab. 9 v závislosti na součiniteli prostupu tepla U [W/(m2K)], popř. na tepelném odporu obvodového pláště R [m2K/W], přičemž se počítá s životností stavebních konstrukcí 80 roků a vytápěcí soustavy 40 roků, takže v souhrnné energetické náročnosti se EVTZ započítává dvakrát. Výsledné hodnoty jsou vztaženy na 1 m2 plochy obvodového pláště (viz tab. 9).
Na obr. 5 je uvedena závislost podílu ε energetické náročnosti výroby obvodového pláště a otopné soustavy a provozní energetické náročnosti obvodového pláště.
Zavislost ε = f (R) je aproximována rovnicí:
ε = 3,17 + 6,31 . R (10)
Porovná-li se závislost (10) se závislostí platnou pro podíl výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště (bez vytápěcí soustavy), viz rovnici (6), zjistí se, že sklon přímky je takřka stejný, avšak absolutní člen uvedených rovnic se liší, a to tak, že v rovnici (10) je přibližně trojnásobně větší než v rovnici (6). Z toho vyplývá, že v tomto konkrétním případě se zvětšuje výrobní energetická náročnost stavebních konstrukcí v důsledku výrobní energetické náročnosti vytápěcí soustavy asi o 2 %, v porovnání s případem, ve kterém se energetické náročnosti vytápěcí soustavy neuvažují.
Zahrnutí energetické náročnosti prvků vytápěcí soustavy tak dále zpřesňuje pohled na problematiku souhrnné energetické náročnosti, a co je podstatné, zmenšování hodnoty součinitele prostupu tepla obvodového pláště budov znamená nejen zmenšování tepelných ztrát budov, ale i zmenšování energetických nároků na výrobu prvků vytápěcí soustavy, tedy celkové zmenšování energetické náročnosti výstavby a provozu budov.
| U | [W/(m2 K)] | 1,4 | 1 | 0,5 | 0,2 |
| R | [m2 K/W] | 0,55 | 0,83 | 1,083 | 4,83 |
| EVB | [MJ/m2] | 1 423 | 1 418 | 898 | 1 447 |
| EVTZ | [MJ/m2] | 780 | 686 | 222 | 146 |
| EVB+EVTZ | [MJ/m2] | 2 203 | 2 104 | 1 120 | 1 593 |
| EPB | [MJ/m2] | 33 095 | 23 639 | 11 820 | 4 728 |
| ε | [%] | 6,7 | 8,9 | 9,5 | 33,7 |
Tab. 9 - Energetická náročnost výrobní a provozní na 1 m2 obvodového pláště v kombinaci
s energetickou
náročností prvků vytápěcí soustavy
Obr. 5 - Podíl výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště eps (= ε)
a vytápěcí soustavy v závislosti na tepelném odporu obvodového pláště R
3. Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budovy
Jako příklad energetické náročnosti výstavby se uvádí panelový dům VVÚ ETA. Hodnota EVB připadající na jeden byt je u tohoto typu budovy EVB = 146,33 MWh/byt. Protože bytů je v tomto domě 126, pak na celý dům je to 18 437,58 MWh. Objem budovy je 41 585,15 m3, takže výrobní měrná spotřeba energie pro výstavbu panelového domu eVE je:
Provozní měrné energetické náročnosti téhož domu ePE, při uvažování životnosti budovy 80 roků, byla zjištěna ve výši ePE = 3 984 kWh/m3. Podíl výrobní a provozní energetické náročnosti je v tomto případě ε = 11,1 %. V [3] se uvádí výrobní energetická náročnost pro několik typů panelových budov, viz tab. 10.
| Typ | Celá budova | Měrná spotřeba | |
|---|---|---|---|
| [MJ] | [kWh] | [kWh/m3] | |
| T 06 B | 302 314 | 83 976 | 477,1 |
| T 08 B | 313 700 | 87 139 | 492,3 |
| VVÚ ETA | 353 992 | 98 331 | 568,4 |
| L & N | 307 885 | 85 524 | 472,5 |
Tab. 10 - Energetická náročnost výstavby některých typů panelových budov (EVB - celé budovy [MJ]
a v [kWh] a měrná spotřeba eVE [kWh/m3]) [3]
Ve zprávě [4] se může zjistit pro uvedené typy panelových domů provozní energetická náročnost. Ta je, spolu s hodnotami výrobní měrné spotřeby energie uvedenými v tab. 10 a podílem výrobní a provozní energetické náročnosti ε, uvedena v tab. 11, přičemž provozní energetická náročnost jednotlivých typů panelových domů je přepočtena na měrnou spotřebu energie.
Z tab. 11 je vidět, že podíl výrobní a energetické náročnosti panelových domů, s realizovanými tepelně technickými vlastnostmi, je v rozsahu od 12 do 15 %.
| Typ | eEV [kWh/m3] | eEP [kWh/m3] | ε [%] |
|---|---|---|---|
| T 06 B | 477,1 | 3 776 | 12,6 |
| T 08 B | 492,3 | 3 848 | 12,8 |
| VVU ETA | 568,4 | 3 984 | 14,3 |
| L & N | 472,5 | 3 168 | 14,9 |
Tab. 11 - Výrobní eEV a provozní ePE energetické náročnosti některých typů panelových budov a jejich podíl ε
Poznámka:
Zde dochází k určitému rozdílu v podílu výrobní a provozní energetické náročnosti u typu VVÚ ETA v porovnání s předcházejícím výsledkem a dále, k větší hodnotě podílu výrobní energetické náročnosti u posledních dvou typů panelových budov v tab. 2, proti dvěma horním typům v téže tabulce. Rozdíl je vysvětlitelný tím, že uvedené dva poslední typy mají větší tepelný odpor než první dva typy.
4. Souhrn
Souhrnná energetická náročnost výstavby a provozu budov se může hodnotit na různé úrovni. Může se řešit pro celou budovu, nebo byt, anebo jen pro ty části budovy, které mají rozhodující význam z hlediska úspor energie. Ve druhém případě se může týkat jen tepelně izolačního materiálu použitého pro dodatečné tepelné izolování obvodového pláště budov, samotného obvodového pláště a obvodového pláště v kombinací s vytápěcím zařízením, popř. dalšími technickými zařízeními použitými pro zásobování budovy teplem, popř. rekuperací apod.
Při vyhodnocení souhrnné energetické náročnosti tepelně izolačního materiálu použitého jako součásti obvodové stěny budovy lze vycházet z následující úvahy. Využití tepelně izolačního materiálu v obvodové stěně budovy je výhodné tehdy, když je spotřeba tepla k pokrytí tepelné ztráty budovy menší než spotřeba energie k výrobě daného množství tepelně izolačního materiálu. Na základě této úvahy se zjistilo, že rovnovážný stav těchto složek v jejich energetické bilanci, např. u pěnového polystyrenu (EPS), nastane při tloušťce EPS drov ≈ 0,44 m. Z toho plyne, že z hlediska bilance provozní a výrobní energetické náročnosti je výhodná tloušťka obvodové stěny z pěnového polystyrenu tehdy, když je větší než dEPS > 0,44 m, protože až teprve od této tloušťky se spotřebuje při jejím použití v obvodové stěně menší množství energie při provozu než se vložilo do její výroby.
U stavebních konstrukcí se zjišťuje, že se zvětšujícím se tepelným odporem konstrukce se zvětšuje podíl výrobní energetické náročnosti vztažený na provozní energetickou náročnost. Při současných hodnotách tepelných odporů vychází tento podíl kolem 14 %, zatímco při velmi vysoké hodnotě tepelného odporu R = 5 m2 K/W to může být až kolem 30 %.
V příspěvku se prokazuje, že zlepšování tepelně technických vlastností obvodových plášťů budov má podstatný vliv na zmenšení energetické náročnosti pořízení materiálů na vytápěcí soustavy. U nízkoenergetických domů se zmenší energetická náročnost pořízení materiálů na vytápěcí soustavu zhruba na 20 % hodnoty dosahované u tradičních budov.
Porovná-li se podíl výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště bez vytápěcí soustavy s podílem výrobní a provozní energetické náročnosti obvodového pláště s vytápěcí soustavou, zjistí se, že v tomto konkrétním případě se zvětšuje výrobní energetická náročnost stavebních konstrukcí v důsledku výrobní energetické náročnosti vytápěcí soustavy asi o 2 %, v porovnání s případem, ve kterém se energetické náročnosti vytápěcí soustavy neuvažují. Podíl výrobní a energetické náročnosti panelových domů s realizovanými tepelně technickými vlastnostmi je v rozsahu od 12 do 15 %.
Příspěvek je vypracován na základě podkladů získaných řešením programového projektu MPO ČR č. FT-FA/068.
Použitá literatura:
[1] Dlesek, V.: Minimalizace energetické náročnosti v pozemních stavbách. SNTL Praha, ALFA Bratislava, 1984.
[2] Kolektiv: 4x E o tepelné izolaci budov. IC ČKAIT a ČEA, Praha, 2004.
[3] Vyžádané firemní údaje o výrobě otopných těles. Korado Česká Třebová, červen 2005.
[4] Metodika pro hodnocení souhrnné energetické náročnosti výstavby a provozu budov. Výzkumná zpráva z etapy E8-část b programového projektu MPO ČR č. FT-FA/068. CSI, a. s. Praha, 2005.