Budovy s téměř nulovou spotřebou – porovnání energetických standardů

Zorientovat se v nastavení energetických standardů budov není v podmínkách českého informačního prostoru jednoduché ani pro energetického specialistu či architekta, natož pro stavebníka. Vzájemná podobnost některých standardů a jejich časté nesprávné používání v médiích vede ke zmatení a nesprávné interpretaci výsledků.

Článek vyšel v rámci tématu
Budovy s téměř nulovou spotřebou energie (NZEB) na TZB-info

Přehled standardů energetické náročnosti budovy

Některé z pojmů není možné srovnávat vzhledem k tomu, že jsou definovány jinými technickými kritérii. Další jsou naopak definovány kritérii totožnými, ale stanovenými na základě zcela jiných okrajových podmínek či s použitím jiné metody výpočtu. Zde je třeba zmínit, že ve většině případů se při stanovení standardu budovy vychází z čísel vypočtených, nikoliv reálně změřených při následném užívání budovy. Metodika způsobu výpočtu je tedy stejně zásadní, jako okrajové podmínky, či vlastní hodnota, které se snažíme dosáhnout.

Ani jeden z níže uvedených standardů není v podmínkách ČR legislativně závazný, jedná se tedy o čistě dobrovolnou klasifikaci.

Nízkoenergetický standard

Je vůbec prvním standardem, který se u nás začal objevovat. Jedná se o jakéhosi předchůdce standardu pasivního a je definován měrnou potřebou tepla na vytápění nepřekračující 50 kWh/(m²a). Definován je takto například v české technické normě ČSN 730540 2. Z pohledu českého prostředí je dále uveden například v technické normalizační informaci TNI 730329, která mimo měrné potřeby tepla uvádí i doporučené hodnoty dalších parametrů, jako je součinitel prostupu tepla, neprůvzdušnost obálky atd. Je však třeba poznamenat, že žádný z výše uvedených požadavků není nijak legislativně závazný. S ohledem na technický pokrok a zpřísňování legislativních požadavků se postupně termín nízkoenergetický vytrácí a není výjimkou, že uvedené parametry splní novostavba, která ani s tímto cílem nebyla navrhována. Mnohdy ani majitel neví, že nízkoenergetickou budovu vlastní, a lze konstatovat, že se brzy bude jednat o „mrtvý pojem“.

Pasivní standard

Tento standard, vyvíjený přibližně od 90. let, lze dnes považovat za technicky nejpokročilejší po stránce stavebního řešení. Kromě měrné potřeby tepla na vytápění, jejíž hranice je tentokrát 15 kWh/(m²a), jsou pro pasivní dům definována další požadavky jako například neobnovitelná primární energie, neprůvzdušnost obálky budovy či maximální četnost překročení nejvyšší povolené teploty vnitřního vzduchu v letním období. Definováno je i mnoho vedlejších požadavků, které blíže specifikují dílčí technické používaných výrobků a technologií. Stejně však, jako v případě budovy nízkoenergetické, se jedná o dobrovolný standard, který není v České republice nijak legislativně zakotven. Metoda hodnocení pasivního domu, tzv. PHPP (passivhaus-projektierungspaket), dlouhodobě vyvíjena v německém Passivhaus Institutu, je založena na stejném principu, jako většina nejrozšířenějších výpočetních postupů pro hodnocení energetické náročnosti budov, tedy kvazistacionární metodu s časovým krokem 1 měsíc popsanou v ČSN EN ISO 13790. Specifické jsou však jak vstupní údaje pro výpočet, tak některé detaily výpočtu, ale například i způsob, jakým se stanovuje vztažná plocha pro vyjádření výsledných měrných hodnot. Vstupní údaje mají co nejpodrobněji a nejreálněji popisovat budoucí provozní podmínky objektu a jsou průběžně upravovány na základě měření reálného provozu pasivních budov.

Dále se můžeme v České republice setkat s termínem, kterým je energeticky pasivní standard. Tento termín je popsán v technických normalizačních informacích TNI 730329 (pro rodinné domy) a TNI 730330 (pro bytové domy) a prakticky vychází z principů návrhu domu pasivního. Rozdíl je opět v metodě výpočtu, která ač se stejným „výpočetním jádrem“, používá jiné vstupní údaje (nejen klimatická data, ale i například údaje o vnitřních tepelných ziscích, ad.). Na rozdíl od metodiky PHPP se jedná o použití převážně tabulkových hodnot bez ambice přiblížit se reálnému provoznímu stavu. K vyjádření měrných hodnot ukazatelů využívá jako vztažnou tzv. celkovou vnitřní podlahovou plochu, tj. včetně půdorysné plochy příček, šachet, ad., která bude vždy větší nežli podlahová plocha uvažovaná v metodě PHPP. Logicky tedy takto stanovená vztažná větší plocha přispěje k příznivějším výsledkům při vyjádření měrné potřeby na m². Mírněji je definováno i kritérium měrné potřeby tepla na vytápění pro rodinné domy hodnotou 20 kWh/m². Opět platí, že termín energeticky pasivní, není českou legislativou vyžadován. Nicméně uvedený standard byl historicky požadován v případě některých dotačních titulů (program Zelená úsporám).

Nová zelená úsporám

Dalším ze standardů, se kterými se můžeme dnes v České republice setkat, je budova s velmi nízkou energetickou náročností. Tento termín používá například dotační titul Nová zelená úsporám v oblasti podpory novostaveb rodinných domů. Opět je velmi blízko obecným principům návrhu pasivního domu. Požadovaná hodnota měrné potřeby tepla na vytápění je stanovena na dvou úrovních, 20 nebo 15 kWh/(m²a). V případě tohoto standardu jsou však vstupní údaje pro výpočet opět jiné, nežli v případě pasivního nebo energeticky pasivního standardu, zmíněných výše. Tentokrát je výpočet proveden v souladu s platnou vyhláškou č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov ve znění pozdějších předpisů a s využitím vstupních údajů uvedených v metodických pokynech programu Nová zelená úsporám pro tuto oblast podpory. Energeticky vztažnou plochou je zde pro změnu plocha stanovená z vnějších rozměrů budovy, a je tedy větší, nežli vztažná plocha ve standardech pasivním i energeticky pasivním, popsaných výše. Výsledky hodnocení budou tedy samozřejmě opět odlišné.

Jak bylo popsáno výše, pasivní standard je prozatím technicky nejpokročilejší po stránce stavebního řešení. Pasivní standard rovněž znamená, že budova disponuje systémem nuceného větrání se zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu (tedy vzduchotechnikou s rekuperací, dále jen ZZT). Výsledkem jsou minimalizované tepelné ztráty a díky kvalitnímu architektonickému návrhu rovněž minimalizovaná potřeba tepla na vytápění.

Standardy s „nulou“

V případech energetických standardů obsahujících jakoukoliv formu slova nula, se totiž často objevuje představa, že se jedná o nulovou potřebu tepla na vytápění. Byť by to bylo zajisté krásné, takovou budovu prozatím postavit neumíme, minimálně ne s převažující návrhovou teplotou kolem 20 °C. Neregulovatelné tepelné zisky (solární, či vnitřní) totiž nikdy nemohou zcela nahradit teplo dodávané systémem vytápění (míněno v obytných budovách se běžným provozem). Pokud by tomu tak bylo, budova by následně nepotřebovala systém vytápění vůbec. Přísnější (úspornější) energetické standardy, nežli je standard pasivní, jsou dále již otázkou technologického vybavení, především zdrojů energie. V otázce kvality stavebního návrhu však stále zůstávají budovami pasivními.

Energetické standardy zmiňující slovo nula z pohledu energetických spotřeb jsou v českých normativních dokumentech uvedeny například v ČSN 730540 2, či v TNI 730329 a TNI 730330. Prvním z nich je termín energeticky nulová budova (pozn.: obdobu standardu energeticky nulového lze v zahraniční literatuře nalézt jako tzv. bilančně nulovou budovu (net zero energy building, nZEB), přičemž zkratka může být zaměněna s budovou s téměř nulovou spotřebou energie (nearly zero energy building). Ten je zde definován jako budova, jejíž součástí jsou zařízení na energetickou produkci, a u které roční bilance dodávané a vyprodukované energie je vyrovnaná (vyjádřeno hodnotě v primární energie), přičemž není důležité, zdali se vyprodukovaná energie využije přímo v budově, či je distribuována dále. Přihlédneme-li k definici primární energie, která říká, že se jde o energii, jež neprošla žádným procesem přeměny, je zřejmé, že se určitě nemusí jednat o budovu, která si zvládne vyrobit dostatečné množství energie pro svoji vlastní spotřebu. Vzhledem k tomu, že například pro dodávku elektřiny do budovy je třeba zajistit přibližně třikrát více primárních zdrojů, nežli při dodávce uhlí či zemního plynu, stačí, aby třeba na budově umístěná fotovoltaická elektrárna vyrobila třikrát méně elektřiny, nežli je dodávka plynu do budovy, a tato, vyjádřená v hodnotách primární energie bude vykompenzována. To samé však již neplatí u spotřeby energie, například té tzv. nakoupené, kde bilance vyrovnaná nebude a už vůbec to neznamená, že by budova měla nulové platby za spotřebu energií. Výše uvedená definice dále neznamená ani to, že bilance, byť vyjádřená v hodnotách primární energie, bude vyrovnaná v každém časovém období. Jedná se o bilanci roční, přičemž zpravidla systémy produkující energii budou mít v letním období výrazné přebytky. Ty se ročním součtu uplatní v období zimním, kdy naopak nedostatek výroby vykompenzují. Budova tedy bude ve většině případů napojena na energetické sítě, jak je mimo jiné přímo uvedeno i v ČSN 730540 2.

Mimo termínu energeticky nulová budova zmíněná norma uvádí standard blízký energeticky nulovému, který má ostatní kritéria definována obdobně, pouze bilanci v primárních energiích připouští nenulovou, tedy mírnější, přičemž mezní hodnota je definována ve dvou úrovních s ohledem na to, zdali do bilance bude či nebude započítána spotřeba elektřiny pro domácí spotřebiče.

Pokud bychom chtěli hovořit o budově, která si skutečně dokáže za pomoci vlastních zdrojů vyrobit dostatečné množství energie pro hrazení svých potřeb, a to v každém okamžiku, musíme použít další z energetických standardů, kterým je budova energeticky nezávislá neboli autonomní a často také nazývaná jako ostrovní. Tato budova pak nepotřebuje napojení na veřejné sítě a primárně se opět vychází z konceptu minimalizace potřeb na straně jedné s jejich následným hrazením produkcí obnovitelných zdrojů na straně druhé.

Výčtem standardů výše se konečně dostáváme ke standardu poslednímu, kterým je tedy budova s téměř nulovou spotřebou energie.

Definice budovy s téměř nulovou spotřebou energie

Ze všech výše uvedených energetických standardů je v České republice budova s téměř nulovou spotřebou energie (dále jen „NZEB“ – nearly zero energy building) jediným legislativně závazným pojmem.

Standard NZEB primárně uvádí Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU o energetické náročnosti budov (přepracování), takzvaná EPBD II (energy performance of building directive). Tato směrnice říká, že:

„Je třeba přijmout opatření s cílem zvýšit počet budov, které nejenže splňují současné minimální požadavky na energetickou náročnost, ale jsou i energeticky účinnější, čímž dojde ke snížení spotřeby energie i emisí oxidu uhličitého. Za tímto účelem by členské státy měly vypracovat vnitrostátní plány na zvýšení počtu budov s téměř nulovou spotřebou energie a pravidelně o těchto plánech předkládat zprávy Komisi.“ Budovu s téměř nulovou spotřebou dále směrnice definuje, jako budovu, „jejíž energetická náročnost určená podle přílohy I je velmi nízká. Téměř nulová či nízká spotřeba požadované energie by měla být ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů, včetně energie z obnovitelných zdrojů vyráběné v místě či v jeho okolí“.

Uvedená definice je poměrně vágní, přičemž to, co konkrétně znamená ona téměř nulová, či velmi nízká spotřeba energie, a co znamená značný rozsah pokrytí obnovitelnými zdroji, je již v kompetenci jednotlivých členských zemí. V případě České republiky je směrnice implementována do zákona 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů (dále jen zákon). Technické parametry dále specifikuje vyhláška 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov (se změnou 230/2015 Sb., dále jen vyhláška).

Definice NZEB je jen malou částí této vyhlášky, jejímž cílem je vzájemně jednotně porovnat z pohledu energetické náročnosti všechny druhy budov a kategorizovat je, obdobně jako spotřebiče, škálou energetické úspornosti A–G. NZEB je v tomto ohledu závazná pouze pro novostavby s postupným termínem náběhu platnosti od 1. 1. 2016 až po 1. 1. 2020, kdy v tomto energetické standardu budou muset být realizovány všechny novostavby.

Hodnocení budovy dle vyhlášky č. 78/2013 Sb. nemá na rozdíl od ostatních výše uvedených metodik stanovené požadavky absolutními hodnotami (např. měrné potřeby tepla na vytápění). Hodnota požadavku je u každého objektu jiná. Využívá se hodnocení pomocí tzv. referenční budovy, tedy porovnáním hodnocené budovy s budovou o stejné geometrii a orientaci, ale s legislativně standardizovanými vstupními parametry (např. tepelněizolační standard obálky, účinnost systému vytápění apod.), které jsou součástí této vyhlášky. Hodnocená budova tak nesmí mít spotřebu energie vyšší než budova referenční.

Hodnocení pomocí referenční budovy je velmi vhodnou metodikou pro vzájemné porovnání renovací, ne však zcela optimální pro novostavby, protože neklade na architekta nároky zaručující tvarovou kompaktnost a energetickou hospodárnost.

Podíváme-li se blíže na definici NZEB zjistíme, že se skutečně jedná pouze o dvě výše uvedené formulace. Za prvé tedy zákon uvádí, že se jedná o budovu s „velmi nízkou energetickou náročností“. Tato je oproti ostatním hodnoceným budovám definována ve vyhlášce prakticky jediným kritériem, a tím je redukční činitel požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla f_R = 0,7. Tím jsou prakticky stanoveny přísnější požadavky na tepelně izolační standard obálky budovy než pro nové budovy, u kterých je požadováno f_R = 0,8. V případě NZEB se tedy jedná o úroveň blízkou doporučeným hodnotám součinitele prostupu tepla dle ČSN 730540-2:2011.

Mimo přísnější požadavky na tepelněizolační standard obálky budovy ještě zákon říká, že spotřeba energie takové budovy bude „ve značeném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů“. Vyhláška toto definuje požadavkem na snížení hodnoty neobnovitelné primární energie stanovené pro referenční budovu (∆e_p,R) v rozpětí 10–25 % podle druhu budovy nebo zóny.

Srovnání energetických standardů s NZEB

Jak již bylo uvedeno na začátku, je vzájemné porovnání energetických standardů s ohledem na různé metodiky a závazné ukazatele prakticky nemožné. Přesto jsme se o to ve zjednodušené formě pokusili. Hodnoty jsou staveny jako vždy přibližné.

V následujícím grafu je uvedena orientační měrná potřeba tepla na vytápění, přípravu teplé vody, osvětlení a pomocné energie. Absolutní hodnota požadavku pro novostavbu a NZEB odpovídající měrné potřebě tepla na vytápění referenční budovy může nabývat v závislosti na tvaru budovy, míře prosklení fasád a jejich orientaci velmi rozdílných hodnot, proto je graficky uvedeno jejich běžné rozpětí.

Graf 1 Porovnání celkové potřeby energie RD pro jednotlivé energetické standardy
Zdroj: Šance pro budovy

U novostaveb rodinných domů nabývá legislativní požadavek měrné potřeby tepla na vytápění rozmezí hodnot přibližně 40–90 kWh/m² za rok. Spodní hranice platí pro velké kompaktní budovy s jižně orientovanými prosklenými plochami a řízeným větráním s rekuperací tepla. Horní hranice odpovídá menším objektům s převážně severní orientací prosklených ploch a přirozeným větráním.

Budova s téměř nulovou spotřebou vychází z metodiky hodnocení pro novostavby. Přestože je v názvu NZEB uvedena „téměř nulová spotřeba“, z čehož si každý dovodí hodnoty blízké nule, odpovídá současné nastavení požadavků zjednodušeně kategorii B s měrnou potřebou tepla na vytápění v rozsahu přibližně 30–70 kWh/m² za rok. U malých jednopodlažních objektů může tento požadavek činit i více než 80 kWh/m² za rok.

Nízkoenergetický standard pracuje s hodnotou měrné potřeby tepla na vytápění ve výši 50 kWh/m² za rok. Měrná potřeba tepla na vytápění pasivních domů a domů s velmi nízkou spotřebou energie definovaných v programu Nová zelená úsporám nabývá rozmezí hodnot 15–20 kWh/m² za rok, přestože se jednotlivé metodiky hodnocení značně liší.

Nulový dům nebo plusový dům představuje v podstatě pasivní dům se zvýšenou mírou výroby energie z obnovitelných zdrojů.

Primární neobnovitelná energie pro NZEB

Hodnocení pomocí primární neobnovitelné energie zohledňuje podíl využití energie z vlastních obnovitelných zdrojů. Čím více bude objekt využívat vlastních obnovitelných zdrojů, tím nižších hodnot primární neobnovitelné energie dosáhne a přiblíží se ve spotřebě nule.

Představa evropské komise o výši „téměř nulové spotřeby“ je pro kontinentální klima, do kterého by se dala ČR zařadit, rovná spotřebě primární neobnovitelné energie budovy ve výši 20–40 kWh/m² za rok.

Legislativně definovaný požadavek na primární neobnovitelnou energii pro NZEB tak, jak si jej nastavila Česká republika, odpovídá přibližně hodnotám 100–160 kWh/m² za rok. Pro malé nevhodně orientované objekty dokonce více než 200 kWh/m² za rok.

Vysvětlivky:

Potřeba energie – Charakterizuje kvalitu návrhu energetického konceptu budovy z architektonického i stavebního hlediska za standardizovaného způsobu užívání bez ohledu na účinnost využití zdrojů energie a využití obnovitelných zdrojů.

Spotřeba neobnovitelné primární energie – Charakterizuje vliv budovy na životní prostředí, tedy celkové množství energie, kterou budova spotřebuje z neobnovitelných zdrojů.

Příklad: Účinnost výroby a dodávky elektřiny v ČR je přibližně 32 %, na spotřebu 1 MWh elektřiny domácnosti odebrané z distribuční sítě, je třeba využít až 3 MWh primární energie z neobnovitelných zdrojů (zbývající 2 MWh jsou nevyužité ztráty). Vyrobíte-li stejnou 1 MWh z fotovoltaických panelů, pak se spotřebuje neobnovitelná energie pouze na jejich výrobu a instalaci v minimálním množství.

Zdroj: Šance pro budovy

Závěr

Současná definice budovy s téměř nulovou spotřebou (NZEB), kterou si definovala sama Česká republika, je „nule“ na míle vzdálená a představuje jen velmi mírné zpřísnění oproti současným požadavkům pro novostavby. V mnoha případech spotřeba energie NZEB vysoce převyšuje spotřebu nízkoenergetického domu, natož pak domu pasivního či nulového, se kterým bývá zaměňována. Nutnost využití obnovitelných zdrojů energie je pro NZEB pouze okrajová. To dokládá i 5× vyšší hodnota požadavku spotřeby primární neobnovitelné energie, než doporučuje evropská komise. V neposlední řadě nenutí současná definice NZEB architekta k návrhu promyšleného a energeticky efektivního konceptu budovy, ale pouze ke kvalitnější tepelněizolační obálce.

Současným technicky nejpokročilejším standardem, zaručujícím i kvalitní vnitřní prostředí zůstávají požadavky definované pro pasivní domy metodikou PHPP. Tato metodika je odzkoušena na reálném provozu několika tisíc pasivních domů po celém světě a cílí na dosažení reálných provozních parametrů. Dosažení pasivního standardu vyžaduje promyšlený návrh konceptu budovy, který je tvarově kompaktní, bez tepelných mostů a využívá sluneční záření k minimalizaci spotřeby energie na vytápění. Tyto objekty budou vždy v PENB zatříděny do kategorie A – mimořádně úsporné, splní podmínky podpory programu Nová zelená úsporám i legislativní požadavky na NZEB. Naopak, NZEB bude jen výjimečně nízkoenergetický či dokonce pasivní dům a ve většině případů bude zatříděn do kategorie B – velmi úsporná.

Do budoucna lze předpokládat zpřísnění legislativních požadavků na NZEB směrem k doporučením evropské komise či dnes již zaběhlému a ekonomicky ověřenému konceptu budovy s velmi nízkou spotřebou energie definovaném v programu Nová zelená úsporám.