Pohled na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v kontextu současných legislativních požadavků v ČR
Snižování energetické náročnosti budov je trend, který lze pozorovat ve vývoji stavebnictví již od osmdesátých let 20. století. Tento trend se v různých obdobích, převážně v souvislosti se změnami cen energie, zvýrazňuje a následně potlačuje, nicméně se jedná o dlouhodobý, víceméně kontinuální proces.
Resumé
Článek popisuje dopad současných a budoucích legislativních požadavků pro nové budovy z pohledu jejich koncepce a využití obnovitelných zdrojů. V blízké době se začne v České republice na nové budovy vztahovat požadavek kvalitativního standardu, který se nazývá budova s téměř nulovou spotřebou energie. Tento kvalitativní standard je definován na národní úrovni právními předpisy na základě požadavku evropské směrnice. Na příkladech rodinného domu, bytového domu a administrativní budovy je demonstrován dopad zaváděných požadavků na koncepci budov po stavební stránce a po stránce technických systémů. Při zachování stávajícího vývojového trendu lze očekávat, že budova s téměř nulovou spotřebou energie bude mít oproti dnešní nové budově kvalitnější obálku budovy, technické systémy pracující s vysokou účinností a případně může, ale nemusí být zásobována částečně z obnovitelných zdrojů energie.
Článek vyšel v rámci tématu
Budovy s téměř nulovou spotřebou energie (NZEB) na TZB-info
1. Úvod
![Obr. 1. Vývoj spotřeby energie v zemích podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) v Evropě v letech 1972–2008 [5]](/docu/clanky/0151/015179o1.png)
Obr. 1. Vývoj spotřeby energie v zemích podle Mezinárodní agentury pro energii (IEA) v Evropě v letech 1972–2008 [5]
Obr. 2. Cíle EU v oblasti energetiky do roku 2030
Na počátku tohoto tisíciletí proběhly hlubší analýzy využití energie v budovách a jejich výsledkem bylo vyjádření celkové spotřeby energie v evropských budovách ve výši 40 % vyrobené energie [7]. Tato hodnota převyšuje podíl energie spotřebované v dopravě nebo v průmyslu, viz obr. 1.
V roce 2010 schválila Evropská rada na půdě Evropského parlamentu revizi směrnice 91/2002/ES s názvem Směrnice o energetické náročnosti budov (přepracování) z 19. května 2010 pod číslem 31/2010/EU [7]. Revidovaná směrnice vytyčuje cíle Evropské unie v oblasti energetiky do roku 2020 rozpracováním a úpravou kroků vedoucích ke snížení spotřeby energie v Evropě. Tato směrnice ruší a nahrazuje směrnici 91/2002/ES v plném rozsahu a upřesňuje a v některých bodech zpřísňuje požadavky na energetickou náročnost budov. Mottem revidované směrnice je cíl 20-20-20, vyjadřující, že v roce 2020 je třeba dosáhnout snížení spotřeby energie o 20 %, snížení emisí skleníkových plynů o 20 % a zvýšení podílu obnovitelných zdrojů na 20 % celkové výroby energie v Evropě v porovnání s rokem 1990.
V roce 2014 publikovala Rada Evropy výsledky rámcové politiky EU v oblasti energetické náročnosti do roku 2030 [8] s tím, že trend 20-20-20 bude pokračovat a do roku 2030 by se měl snížit podíl skleníkových plynů o dalších 20 %, spotřeba energie by se měla snížit o dalších 7 % a podíl obnovitelných zdrojů energie by se měl zvýšit o dalších 7 %. Tyto závěry vyvolaly poměrně bouřlivou reakci – zvláště v oblasti snižování spotřeby energie se očekávala vyšší hodnota.
Energetické předpisy týkající se budov nastavují v současnosti podmínky a limity platné pro období let 2013–2020, kdy v závislosti na různých ukazatelích jsou podmínky proměnné a postupně vedou k budovám s téměř nulovou spotřebou energie. Zjednodušeně řečeno od roku 2020 budou muset všechny nové budovy, včetně rodinných a bytových domů, splňovat národní požadavky na budovy s téměř nulovou spotřebou energie.
Na národní úrovni České republiky byla transpozice některých požadavků evropské směrnice, týkajících se kontroly a hodnocení energetické náročnosti budov, provedena prostřednictvím novely zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů, a technicky tyto požadavky upřesňuje prováděcí vyhláška č. 78/2013 Sb., ve znění vyhlášky č. 230/2015 Sb. [2].
Obr. 3. Vývoj požadavků na ukazatele energetické náročnosti budov ve vztahu k výchozímu stavu požadavků v roce 2012. Požadavky roku 2020 odpovídají splnění požadavku na budovy s téměř nulovou spotřebou energie.
Požadavky směrnice 2010/31/EU mimo jiné vyžadují, aby projektová dokumentace novostaveb všech budov k datu 1. ledna 2020 splňovala požadavek pro tzv. budovy s téměř nulovou spotřebou energie. Budovou s téměř nulovou spotřebou energie se rozumí budova s velmi nízkou energetickou náročností, jejíž spotřeba energie je ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů [1]. Praktickou stránku a provedení tohoto požadavku řeší vyhláška [2], která postupně zpřísňuje požadovanou hodnotu ukazatelů energetické náročnosti – neobnovitelné primární energie Δep a průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budovy Uem. Pojetí tohoto opatření je založeno na předpokladu, že hodnocená budova musí zpřísněný požadavek na neobnovitelnou primární energii dosáhnout jednak zlepšením parametrů obálky budovy (snížením potřeby tepla na vytápění), jednak zvýšením podílu systému využívajícího obnovitelné zdroje energie (dále jen OZE). Časový vývoj výše zmíněných požadavků na ukazatele energetické náročnosti budov pro různé typy těchto budov ukazuje obr. 3 pro jednotlivé typy budov (RD – rodinný dům, BD – bytový dům a ostatní typy budov). Požadavky uvedené na obr. 3 pro rok 2020 se však podle velikosti energeticky vztažné plochy a vlastníka vztahují na některé budovy již od dřívějšího data – viz tab. 1.
| Energeticky vztažná plocha | >1500 m2 | > 350 m2 | < 350 m2 |
|---|---|---|---|
| Budovy, jejichž vlastníkem a uživatelem bude orgán veřejné moci nebo subjekt zřízený orgánem veřejné moci | od 1. ledna 2016 | od 1. ledna 2017 | od 1. ledna 2018 |
| Ostatní | od 1. ledna 2018 | od 1. ledna 2019 | od 1. ledna 2020 |
2. Princip hodnocení energetické náročnosti budov v České republice
Energetickou náročností budovy se rozumí vypočtené množství energie nutné pro pokrytí potřeby energie spojené s užíváním budovy, zejména na vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody (dále jen TV) a osvětlení. Vypočtená hodnota energetické náročnosti budovy je funkcí parametrů modelu, popisujícího tepelně technické vlastnosti stavebních konstrukcí a účinnosti technických systémů při daném provozu budovy za určitých klimatických podmínek, zpracovaného v souladu s požadavky právních předpisů. Hodnocení energetické náročnosti budov je založeno na porovnání hodnocené budovy s budovou referenční, která je definována prováděcí vyhláškou [2]. Referenční budova je složena z několika málo robustních referenčních parametrů. Referenční parametr musí identifikovat systémové řešení, které vede k nižší spotřebě. Pokud se k takovémuto řešení nesměřuje pomocí referenčního parametru, může být v porovnání s referenční budovou lepší i budova s chybně navrženým systémovým řešením, což hodnocení nekontroluje. Referenční budova současně představuje výpočtově definovanou budovu téhož druhu, stejného geometrického tvaru a velikosti včetně prosklených ploch a částí, stejné orientace ke světovým stranám, stínění okolní zástavbou a přírodními překážkami, stejného vnitřního uspořádání a se stejným typickým užíváním a stejnými uvažovanými klimatickými údaji jako hodnocená budova, avšak s referenčními hodnotami vlastností budovy, jejích konstrukcí a technických systémů budovy [2]. Hodnocení energetické náročnosti závisí na splnění některých ukazatelů energetické náročnosti (dále jen EN). Podle [2] jsou ukazateli energetické náročnosti budovy:
- celková primární energie za rok, QPE;
- neobnovitelná primární energie za rok, QnPE;
- celková dodaná energie za rok, Qfuel;
- dílčí dodané energie pro technické systémy vytápění, chlazení, větrání, úpravu vlhkosti vzduchu, přípravu teplé vody a osvětlení za rok;
- průměrný součinitel prostupu tepla Uem;
- součinitele prostupu tepla jednotlivých konstrukcí na systémové hranici;
- účinnost technických systémů.
Nové budovy musí splnit současně tři ukazatele EN. Jedná se o splnění ukazatele neobnovitelné primární energie za rok QnPE, celkové dodané energie za rok Qfuel a průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budovy Uem. Při větší změně dokončené budovy a při jiné než větší změně dokončené budovy je možný výběr kombinace ukazatelů, které je nutné splnit. Při větší změně dokončené budovy je nutné splnit současně požadavek na neobnovitelnou primární energii za rok QnPE a průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy Uem, nebo celkovou dodanou energii za rok Qfuel a průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy Uem. Případně lze pro měněné prvky obálky budovy nebo technické systémy splnit pouze požadavky týkající se měněných prvků. Ostatní výše uvedené ukazatele EN jsou informativní a požadavek na jejich splnění není určen.
Hodnocená budova musí splnit výše uvedené požadavky a současně jsou pro uvedené požadavky stanoveny klasifikační třídy EN. Pro celkovou dodanou energii a neobnovitelnou primární energii jsou stanoveny klasifikační třídy A až G. Současně je také klasifikační třída stanovena pouze pro dílčí dodanou energii příslušných technických systémů – vytápění, přípravu TV, chlazení, úpravu vlhkosti, osvětlení. Dílčí dodané energie nejsou hodnoceny ve smyslu splnění požadavků na energetickou náročnost a jsou pouze zařazeny do informativní klasifikační třídy pro daný technický systém. Zatřídění ukazatelů EN se provede podle tab. 2, kdy se ukazatele celkové dodané, dílčí a primární energie zařazují odlišně do klasifikačních tříd EN od průměrného součinitele prostupu tepla obálkou budov.
| Klasifikační třída | Hodnota pro horní hranici klasifikační třídy | Slovní vyjádření klasifikační třídy | |
|---|---|---|---|
| Energie a), b), c), d) | Uem e) | ||
| A | 0,5 × ER | 0,65 × ER | mimořádně úsporná |
| B | 0,75 × ER | 0,8 × ER | velmi úsporná |
| C | ER | úsporná | |
| D | 1,5 × ER | méně úsporná | |
| E | 2 × ER | nehospodárná | |
| F | 2,5 × ER | velmi nehospodárná | |
| G | mimořádně nehospodárná | ||
Jedním z ukazatelů energetické náročnosti budov je celková primární energie, respektive neobnovitelná primární energie. Primární energie je energie, která neprošla žádným procesem přeměny, a celková primární energie je součtem obnovitelné a neobnovitelné primární energie. Neobnovitelná primární energie je ukazatelem EN, který je hodnocen a požaduje se jeho splnění. Je to energie pocházející z neobnovitelných zdrojů energie. Za neobnovitelný zdroj se obvykle považuje takový zdroj energie, jehož vyčerpání je očekáváno v horizontu maximálně stovek let, ale jeho případné obnovení by trvalo mnohonásobně déle. Typickými příklady neobnovitelných zdrojů energie, především fosilních paliv, jsou uhlí, ropa, zemní plyn a rašelina. Dále do této skupiny patří jaderná energie, protože přirozené přírodní zásoby štěpných materiálů jsou také vyčerpatelné.
Celková primární energie a neobnovitelná primární energie se stanoví jako součet součinů dodané energie, v rozdělení po jednotlivých energonositelích a příslušných faktorů primární energie uvedených v příloze č. 3 vyhlášky č. 78/2013 Sb., ukázka viz tab. 3.
| Energonositel | Faktor celkové primární energie [–] | Faktor neobnovitelné primární energie [–] |
|---|---|---|
| Zemní plyn | 1,1 | 1,1 |
| Černé a hnědé uhlí | 1,1 | 1,1 |
| Elektřina | 3,2 | 3,0 |
| Dřevěné peletky | 1,2 | 0,2 |
| Kusové dřevo, dřevní štěpka | 1,1 | 0,1 |
| Energie okolního prostředí (elektřina a teplo) | 1,0 | 0 |
Obr. 4. Princip výpočtu energetické náročnosti budov
Poznámka: OZE – energonositele obnovitelných zdrojů energie (např. sluneční záření, energie okolí, biomasa apod.); nOZE – energonositele neobnovitelných zdrojů energie (např. uhlí, zemní plyn, lehký topný olej, propan); teplo/chlad – tepelná energie obsažená v teplonosné látce (např. otopná voda, pára, chladicí voda).
3. Jak má být koncipována budova s téměř nulovou spotřebou?
Projektanti a investoři se často ptají, jak má být koncipována budova s téměř nulovou spotřebou energie (dále jen nZEB). Vzhledem k výše uvedené definici je předpokládána budova, která by se měla vymykat současnému standardu výstavby. Kvalitativní hodnocení energetické náročnosti budovy vzhledem k uvedeným ukazatelům energetické náročnosti budovy v principu určují:
- úroveň kvalitativního řešení obálky budovy, která přímo ovlivňuje ukazatel energetické náročnosti, průměrný součinitel prostupu tepla Uem;
- použité technické systémy pro vytápění, chlazení, větrání, vlhčení, přípravu teplé vody a osvětlení, které přímo ovlivňují ukazatel energetické náročnosti, celkovou dodanou energii Qfuel;
- druh energonositelů spotřebovaných v budově, případně produkce energie v rámci systémové hranice budovy, které přímo ovlivňují ukazatel energetické náročnosti, neobnovitelnou primární energii QnPE.
Tato kritéria také předurčují požadavky pro nZEB. Zjednodušeně řečeno je nZEB taková budova, která má kvalitativně přísnější požadavky na obálku budovy, technické systémy pokrývají potřebu energie s vysokou účinností a budova využívá energonositele s vyšším podílem obnovitelné primární energie, případně energii produkuje (elektřina, teplo). Pro případové studie rodinného domu a administrativní budovy nejsou definovány tepelně technické vlastnosti obálky budovy, ty jsou proměnnou a znamenají proměnný kvalitativní standard obálky budovy. Pro každou případovou studii jsou definovány běžné sestavy technických systémů. Z uvedených výsledků je pak patrné, pro jakou kombinaci technických systémů je nutné zvolit parametry obálky budovy, případně kolik energie je nutné získat ze systémů využívajících obnovitelné zdroje.
4. Příklady technického řešení budov s téměř nulovou spotřebou energie v Evropě
V evropských zemích je stav v oblasti stanovení národní definice budovy s téměř nulovou spotřebou energie velmi rozdílný: v některých zemích jako Rakousko, Belgie, Kypr, Estonsko, Finsko, Francie, Litva a Lotyšsko je definice již uzákoněna, zatímco v ostatních zemích je definice buď přebírána přímo ze směrnice [7], nebo je součástí zatím neuzákoněných materiálů. „Rebelem“ je Velká Británie, která definici nepřijala a jde vlastní cestou k budovám s nulovými emisemi CO2 – Zero Carbon Building. Níže jsou uvedeny dva pilotní případy, jak může být vnímána budova s téměř nulovou spotřebou energie v případě sousedních zemí – Rakouska a Německa.
Příklady jsou uvedeny v tomto článku.
5. 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.
Závěr
Trend snižování energetické náročnosti budov je proces, který v tuzemských podmínkách funguje dlouhodobě přirozeně jako výsledek snahy o optimalizaci investičních a provozních nákladů budov. Zavedení pojmu budova s téměř nulovou spotřebou energie vzbudilo zájem, odpor i očekávání odborníků i široké veřejnosti. Při zachování stávajícího vývojového trendu lze očekávat, že budova s téměř nulovou spotřebou energie bude mít oproti současné běžné budově kvalitnější obálku, dobře regulovatelné vytápění, větrání i osvětlení a bude zásobována částečně z obnovitelných zdrojů energie, byť to ze současného nastavení nemusí pro všechny budovy obecně platit.
Koncepční návrh budov s téměř nulovou spotřebou energie musí být řešen metodou integrovaného návrhu, který koordinuje návrh jednotlivých subsystémů a hledá možnosti násobného využití prvků či sestav pro více funkcí.
Poděkování: Tento příspěvek vznikl za podpory MŠMT v rámci programu NPU I č. LO1605 – Univerzitní centrum energeticky efektivních budov – Fáze udržitelnosti 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"
Tento článek je zpracován na základě textu, který byl zveřejněn v ročence INŽENÝRSKÁ KOMORA 2016.
Prof. Ing. Karel Kabele, CSc.
Vedoucí katedry technických zařízení budov na Fakultě stavební ČVUT v Praze. Pod jeho vedením vznikl Národní kalkulační nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov. Významně se podílel na přípravě projektu UCEEB, kde je vedoucím výzkumné skupiny Kvalita vnitřního prostředí. Je autorizovaným inženýrem v oboru technika prostředí budov a energetické auditorství a členem představenstva ČKAIT. Od roku 1999 je předsedou Společnosti pro techniku prostředí. Je členem ASHRAE a zakládajícím členem IBPSA-CZ. V roce 2013 byl zvolen prezidentem Evropské federace společností pro techniku prostředí REHVA.
Ing. Miroslav Urban, Ph.D.
Působí jako odborný asistent na ČVUT v Praze, Fakultě stavební, katedře technických zařízení budov, a současně jako výzkumný pracovník Univerzitního centra energeticky efektivních budov ČVUT (UCEEB). Autor výpočetního nástroje NKN – Národního kalkulačního nástroje pro hodnocení energetické náročnosti budov, autor TNI 73 0331. Zabývá se problematikou energetické náročnosti budov z pohledu optimalizačních výpočtů a koncepce technických systémů v budovách. Další z činností je lektorská činnost v oblasti vzdělávání energetických specialistů a zpracovávání PENB.
Seznam označení a zkratek:
- Δep – podíl ponížení požadavku pro neobnovitelnou primární energii [%];
- fnPE – faktor neobnovitelné primární energie [–];
- nZEB – budova s téměř nulovou spotřebou energie;
- OZE – obnovitelný zdroj energie;
- Qfuel, Qdel – roční celková dodaná energie do budovy [Wh];
- QnPE – roční neobnovitelná primární energie [Wh];
- Uem – průměrný součinitel prostupu tepla obálkou budovy [W/m2·K];
- ZZT – zpětné získávání tepla.
Literatura
- Zákon č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění pozdějších předpisů.
- Vyhláška č. 78/2013 Sb., o energetické náročnosti budov.
- Kurnitski, J.: Technical Definition for Nearly Zero Energy Buildings. REHVA Journal, vol. 50, issue 3:22–29, 2013.
- Urban, M.; Kabele, K.: Národní kalkulační nástroj NKN [počítačová aplikace]. Ver. 3.052, Praha, 2014. Dostupné z http://nkn.fsv.cvut.cz. Výpočetní nástroj pro stanovení energetické náročnosti budov, 37 MB.
- Erhorn-Kluttig, H.; Erhorn, H.; Bergmann, A.: NZEB Apartment Building – Codierstraße 4, 60326 Frankfurt am Main. CA EPBD 3, Tallin 2015.
- Jilek, W.; Deopito, M.: NZEB Apartment Building Renovation – Johann Böhm Strasse 36, 8605 Kapfenberg. CA EPBD 3, Tallin 2015.
- Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU z 19. května 2010 o energetické náročnosti budov (přepracování). Úřední věstník Evropské unie 53, Brusel, 18. 6. 2010.
- SN 79/14 European Council (23 and 24 October 2014) Conclusions on 2030 Climate and Energy Policy Framework, Brusel, 2014.
- Urban, M.; Kabele, K.: Přístup k budovám s téměř nulovou spotřebou energie. Ročenka Inženýrská komora 2016
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.