Případové studie budov s téměř nulovou spotřebou energie v ČR - bytový dům
Pohled na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v kontextu současných legislativních požadavků v ČR (část 4)
Případové studie budov s téměř nulovou spotřebou energie v ČR
Případová studie rodinného domu ukazuje podmínky, kterým se musí přizpůsobit drobní stavebníci. Případová studie bytového domu demonstruje koncepční přístup k developerskému projektu. Koncepční přístup naznačuje nutné kroky, jež je třeba učinit v případě bytových projektů v následujících letech. Poslední případová studie administrativní budovy je zaměřena na požadavky využití obnovitelných zdrojů energie v těchto typech budov včetně systémového řešení technických systémů z pohledu využívaných energonositelů.
Čtěte také související článek
Pohled na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v kontextu současných legislativních požadavků v ČR
Bytový dům
Případová studie pro bytový dům vychází z reálné studie bytového domu, kdy cílem bylo zhodnotit stávající stav projektu s cílem nastínění strategie variantního řešení vedoucího ke koncepci nZEB. Tato případová studie zjednodušeně ukazuje přístup k optimalizaci budovy jako celku z pohledu hodnocení energetické náročnosti budovy, jelikož hodnocení ukazatelů energetické náročnosti budov vyjadřuje komplexní technickou kvalitu budovy. Hodnocení ukazatelů energetické náročnosti tak neovlivňuje pouze kvalita tepelně technických vlastností, ale také řešení technických systémů a budovy a energonositelů spotřebovaných v budově. Z tohoto důvodu je uvažováno porovnání variantního řešení obálky budovy, které zastupuje Uem, a pěti variant různých technických systémů.
Kombinace tepelně technických vlastností vychází ze stávajícího stavu, navrhovaných variant řešení a dalších možných kombinací, pomocí nichž je demonstrován přístup k lepšímu kvalitativnímu zatřídění budovy vzhledem k energetickým třídám ukazatelů energetické náročnosti budovy – celkové dodané energie do budovy a neobnovitelné primární energie.
Celý výpočet je postaven na modelu, který prověřuje několik desítek různých reálných kombinací tepelně technických vlastností obálky budovy, kdy každou reálnou kombinaci parametrů jednotně reprezentuje vypočtené Uem hodnocené budovy v kvalitativním rozmezí 0,52–0,21 W/m2·K, viz grafy na obr. 10 a 11. Vzhledem ke značné rozmanitosti konstrukcí obálky budovy jsou varianty definovány přímo Uem, kdy tato hodnota může být cílovou hodnotou pro definování parametrů dílčích konstrukcí.
Ve výpočetním modelu je následně uvažováno porovnání pěti variant řešení technických systémů, které mohou následně ovlivňovat splnění požadavků nastavených v současné době pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Uvažované varianty řešení technických systémů jsou uvedeny v tab. 6.
- Varianta 1 představuje stávající stav, vytápění a příprava z objektové předávací stanice a větrání budovy jsou přirozené, předpokládá se dodržení minimálních hygienických požadavků na větrání obytných prostor.
- Varianta 2 je zpracována jako varianta se systémem nuceného větrání pomocí bytových větracích jednotek se zpětným získáváním tepla, uvažuje se průměrná sezonní účinnost 70 %.
- Varianta 3 předpokládá stejné řešení jako stávající stav, kdy příprava teplé vody je doplněna o solární systém určený pouze pro přípravu TV.
- Varianta 4 kombinuje systém nuceného větrání uvedený ve variantě 2 a systém termických solárních kolektorů pro variantu 3.
- Varianta 5 předpokládá využití tepelného čerpadla.
| Označení | Vytápění | Větrání | Příprava teplé vody | Ostatní |
|---|---|---|---|---|
| Varianta 1 – stávající stav | objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustava | přirozené | objektová předávací stanice, zásobníkový ohřev | nejsou další systémy |
| Energonositel | CZT | – | CZT | – |
| Varianta 2 | objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustava | nucené větrání, ZZT = 70 % | objektová předávací stanice, zásobníkový ohřev | nejsou další systémy |
| Energonositel | CZT | elektřina | CZT | – |
| Varianta 3 | objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustava | přirozené | objektová předávací stanice, zásobníkový ohřev | termický solární systém pro přípravu TV |
| Energonositel | CZT | – | CZT | energie okolního prostředí |
| Varianta 4 | objektová předávací stanice, teplovodní otopná soustava | nucené větrání, ZZT = 70 % | objektová předávací stanice, zásobníkový ohřev | termický solární systém pro přípravu TV |
| Energonositel | CZT | elektřina | CZT | energie okolního prostředí |
| Varianta 5 | tepelné čerpadlo | přirozené | tepelné čerpadlo | nejsou další systémy |
| Energonositel | elektřina | – | elektřina | – |
1. Energetické hodnocení
Minimální referenční požadavky pro jednotlivé ukazatele EN reprezentuje tab. 7. Splnění požadavků právních předpisů závisí na skladbě technických systémů, z tohoto důvodu jsou pro varianty technických systémů 2, 4, tzn. varianty s řízeným větráním a zpětným získáváním tepla, stanoveny odlišné referenční požadavky. Současně jsou pro tuto budovu nastaveny hranice klasifikačních tříd EN, které jsou vztaženy vždy k nové budově, tzn. hranice klasifikačních tříd EN se v čase nemění. Hranice tříd EN jsou vytyčeny pro každou budovu individuálně a reagují na stavební a technické řešení budovy. Současně vyhláška č. 78/2013 Sb. uvádí, že pro účely uvedení ukazatelů energetické náročnosti budovy v informačních a reklamních materiálech při prodeji nebo pronájmu budovy se použije zjednodušená forma znázornění obsahující pouze klasifikační třídu EN celkové dodané energie a její měrnou hodnotu vztaženou na energeticky vztažnou plochu.
| Ukazatel energetické náročnosti | nový BD do 1. ledna 2015 | nový BD po 1. lednu 2015 | BD v režimu nZEB |
|---|---|---|---|
| Varianta technických systémů č. 1, 3, 5 | |||
| Uem,R [W/m2·K] | 0,42 | 0,42 | 0,37 |
| Qfuel,R [kWh] | 741 114 | 741 114 | 683 970 |
| QnPE,R [kWh] | 990 982 | 891 884 | 742 591 |
| Varianta technických systémů č. 2, 4 | |||
| Uem,R [W/m2·K] | 0,42 | 0,42 | 0,37 |
| Qfuel,R [kWh] | 668 401 | 668 401 | 613 002 |
| QnPE,R [kWh] | 952 560 | 857 304 | 713 380 |
| Spodní hranice pro třídy EN | A | B | C | D | E | F | G |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Slovní vyjádření třídy EN | mimořádně úsporná | velmi úsporná | úsporná | méně úsporná | nehospodárná | velmi nehospodárná | mimořádně nehospodárná |
| Varianta technických systémů č. 1, 3, 5 | |||||||
| Uem [W/m2·K] | 0,27 | 0,34 | 0,42 | 0,63 | 0,84 | 1,05 | < 1,05 |
| Qfuel [kWh/m2rok] | 46,15 | 69,23 | 92,31 | 138,46 | 184,61 | 230,77 | < 230,80 |
| Qfuel [kWh/rok] | 370 586 | 555 879 | 741 172 | 1 111 757 | 1 482 343 | 1 852 929 | < 1 852 929 |
| QnPE [kWh/m2rok] | 60,28 | 90,42 | 120,56 | 180,84 | 241,12 | 301,40 | < 301,40 |
| QnPE [kWh/rok] | 484 011 | 726 017 | 968 023 | 1 452 034 | 1 936 046 | 2 420 057 | < 2 420 057 |
| Varianta technických systémů č. 2, 4 | |||||||
| Uem [W/m2·K] | 0,27 | 0,34 | 0,42 | 0,63 | 0,84 | 1,05 | < 1,05 |
| Qfuel [kWh/m2rok] | 41,60 | 62,40 | 83,20 | 124,80 | 166,40 | 207,90 | < 207,90 |
| Qfuel [kWh/rok] | 333 925 | 500 888 | 667 850 | 1 001 775 | 1 335 700 | 1 669 625 | < 1 669 625 |
| QnPE [kWh/m2rok] | 57,80 | 86,80 | 115,70 | 173,50 | 231,40 | 289,20 | < 289,20 |
| QnPE [kWh/rok] | 464 455 | 696 682 | 928 910 | 1 393 365 | 1 857 820 | 2 322 275 | < 2 322 275 |
Grafy na obr. 10 a 12 popisují hodnocení ukazatelů EN (neobnovitelné primární energie QnPE a celkové dodané energie Qfuel) a stanovení klasifikačních tříd EN v závislosti na stavebním řešení budovy a variant technických systémů 1, 3 a 5 pro uvedené dva ukazatele EN. Grafy na obr. 11 a 13 popisují uvedené pro varianty technického systému 2 a 4, tzn. řízené větrání s rekuperací. Jak bylo uvedeno výše, zatřídění ukazatele EN celkové dodané energie Qfuel (stanovení klasifikační třídy EN pro Qfuel) je pak prezentováno např. v komerčních sděleních, reklamních materiálech a při prodeji nemovitosti. Jedná se tedy o dílčí klasifikační hodnocení, se kterým je konfrontován kupující nebo nájemce.
2. Možnosti dosažení standardu budovy s téměř nulovou spotřebou energie
Předmětný bytový dům disponuje energeticky vztažnou plochou o výměře 8030 m2, z tohoto důvodu se na tento typ bytového domu vztahuje, v případě podání stavebního povolení po 1. lednu 2018, požadavek na prokázání splnění požadavků pro nZEB. V rámci navrhovaných variant obálky budovy a technických systémů lze požadavek na nZEB splnit se všemi navrhovanými variantami technických systémů, jak již bylo uvedeno, za předpokladu, že kvalita obálky budovy musí být v úrovni lepší než Uem = 0,37 W/ m2·K. V případě splnění tohoto kvalitativního parametru budou automaticky splněny zbylé dva ukazatele EN – celková dodaná energie do budovy a neobnovitelná primární energie. Jak je patrné z dále uvedených grafů, týká se to kombinací parametrů obálky, které reprezentují varianty obálky budovy s lepším standardem než Uem = 0,37 W/m2.K. S těmito variantami, případně variantami kvalitativně lepšími, lze uvažovat v případě dosažení cíle hodnocení budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Současně tyto požadavky platí pro tento bytový dům od 1. ledna 2018.
3. Hodnocení navrhovaných variant a klasifikační třídy energetické náročnosti pro komerční sdělení
Přiložené grafy současně ukazují hranice pro klasifikační třídy EN, přičemž pro komerční sdělení je vyžadováno použití zatřídění celkové dodané energie, viz obr. 10 a 11. V tomto případě průběh grafu jasně ukazuje, že v případě stávajícího stavu se budova řadí do klasifikační třídy B pro všechny uvažované varianty technických systémů. V případě dosažení klasifikační třídy A je nezbytné pro varianty technických systémů, vyjma varianty s nuceným větráním a ZZT, nastavit kvalitativně obálku budovy lepší než Uem = 0,24–0,25 W/m2·K. Varianty technických systémů 2 a 4, tedy varianty reprezentující stav s větracím systémem s rekuperací, dosáhnou hranice klasifikační třídy A již kvalitou obálky reprezentující minimálně cca Uem = 0,28 W/m2·K a lepší. Varianta technického systému s nuceným větráním se zpětným získáváním tepla výrazně snižuje celkovou dodanou energii do budovy. Nutno poznamenat, že varianty technických systémů 3 a 4, tzn. varianty obsahující termický solární systém, nejsou z pohledu hodnocení celkové dodané energie nijak zvýhodněny, z důvodu započtení produkce energie z těchto systémů do celkové dodané energie. K tomu bude přihlédnuto v další části analýzy, kdy bude odlišena energie zakoupená a energie získaná z okolního prostředí.
V rámci analýzy bylo následně hodnoceno celkem devět variant řešení obálky budovy a současně pět variant technických systémů včetně stávajícího stavu. Tyto varianty jsou porovnány ve vztahu k dodané energii do budovy; v této bilanci není zahrnuta energie okolního prostředí vstupující do budovy ve variantách technických systémů 3 a 4, varianty s tepelným čerpadlem. V celoroční bilanci je tedy uvedena pouze energie, kterou lze definovat jako zakoupenou dodanou energii do budovy.
| Varianta řešení technického systému | Varianta 1 – stávající stav | Varianta 2 | Varianta 3 | Varianta 4 | Varianta 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Varianta obálky budovy | dodaná energie do budovy – tzv. koupená, bez zahrnutí energie okolního prostředí [kWh/rok] | ||||
| Stávající stav (Uem = 0,38 W/m2·K) | 441 489 | 388 232 | 355 439 | 302 182 | 439 584 |
| Hranice pro nZEB (Uem = 0,37 W/m2·K) | 433 088 | 379 812 | 347 038 | 293 762 | 431 266 |
| Hranice pro třídu A pro varianty 2 a 4 (Uem = 0,28 W/m2·K) | 386 330 | 337 325 | 300 279 | 251 275 | 167 378 |
| Uem = 0,30 W/m2·K | 393 822 | 345 843 | 307 771 | 259 793 | 392 386 |
| Hranice pro třídu A pro stávající stav a variantu 3 (Uem = 0,25 W/m2·K) | 372 632 | 327 466 | 286 582 | 241 416 | 363 480 |
Procentuální vyjádření úspory mezi jednotlivými kombinacemi variant řešení technických systémů a obálky budovy postihuje tabulka 10, kde jsou barevně odlišeny kombinace variant vedoucí k provozní úspoře 5 až 10 % (červeně), 10 až 20 % (žlutě), 20 až 30 % (modře) a více než 30 % (zeleně). Jako provozně nejvýhodnější je identifikována varianta 4 technických systémů, kdy ve srovnání se stávajícím stavem se předpokládá úspora provozních nákladů ve výši 31 až 46 % v závislosti na kvalitě obálky budovy oproti stávajícímu projektovanému stavu. Následuje varianta 3 s termickým solárním systémem a varianta 2 pouze se systémem řízeného větrání. Nejlépe vychází varianta s využitím tepelných čerpadel, kde se úspora dodané koupené energie pohybuje v rozmezí 50–60 % v závislosti na kvalitě obálky budovy ve srovnání se stávajícím stavem.
| Varianta řešení technických systémů | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Varianta obálky budovy | varianta 1 – stávající stav | varianta 2 | varianta 3 | varianta 4 | varianta 5 |
| Stávající stav (Uem = 0,38 W/m2·K) | 0,0 % | 12,1 % | 19,5 % | 31,6 % | 56,7 % |
| Hranice pro nZEB (Uem = 0,37 W/m2·K) | 1,9 % | 14,0 % | 21,4 % | 33,5 % | 57,5 % |
| Hranice pro třídu A pro varianty 2 a 4 (Uem = 0,28 W/m2·K) | 12,5 % | 23,6 % | 32,0 % | 43,1 % | 62,1 % |
| Uem = 0,30 W/m2·K | 10,8 % | 21,7 % | 30,3 % | 41,2 % | 61,4 % |
| Hranice pro třídu A pro stávající stav a varianty 1, 3, 5 (Uem = 0,25 W/m2·K) | 15,6 % | 25,8 % | 35,1 % | 45,3 % | 64,2 % |
4. Shrnutí
Stávající stav návrhu bytového domu je z pohledu energetického hodnocení plně vyhovující do časového horizontu končícího 31. prosincem 2017. V případě podání stavebního povolení po tomto datu je nutné splnit také požadavky pro nZEB.
Zařazení budovy klasifikační třídy EN, která je využívána při prodeji, pronájmu nemovitostí a v reklamních sděleních je pro všechny varianty technických systémů hodnoceno při základní obálce budovy jako třída B – velmi úsporná. Zařazení do klasifikační třídy A závisí na zvoleném řešení technických systémů a kvalitě obálky budovy. V případě uvedených variant technických systémů je nutné uvažovat kvalitu obálky budovy minimálně na úrovni Uem = 0,24 W/m2·K, resp. Uem = 0,28 W/m2·K pro varianty technických systémů 2 a 4.
Obr. 10. Závislost neobnovitelné primární energie na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 1, 3 a 5, neplatí pro varianty č. 2 a 4, vyznačené šedě.)
Obr. 11. Závislost neobnovitelné primární energie na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 2 a 4, neplatí pro varianty č. 1, 3 a 5, vyznačené šedě.)
Obr. 12. Závislost celkové dodané energie do budovy na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 1, 3 a 5, neplatí pro varianty č. 2 a 4 – vyznačené šedě.)
Obr. 13. Závislost celkové dodané energie do budovy na variantním řešení obálky budovy a variantním řešení technických systémů (Hranice požadavků ENB a klasifikačních tříd EN platí pouze pro varianty technických systémů č. 2 a 4, neplatí pro varianty č. 1, 3 a 5, vyznačené šedě.)
The article describes the impact of the contemporary and future legislative requirements for new buildings in terms of their conception and utilization of renewable resources. Soon, the requirement of quality standard is going to be effective in the Czech Republic that is called building with nearly zero energy consumption. That quality standard is defined at national level by legal regulations based on the requirement of European standard. On examples of family house, residential house and administration building, the impact of the to-be-established requirements for building conception is being demonstrated from the construction as well as the technical systems' point of view. With the existing development trend maintained it can be expected that a building with nearly zero energy consumption will have, comparing to an existing building, a better quality building shell, technical systems working with high efficiency and potentially may but needn't be, partially supplied by renewable energy resources.