Zhodnocení současného nastavení požadavků na budovu s téměř nulovou spotřebou energie (pro rodinné domy)
Článek si klade za cíl vyjasnit debatu o míře přísnosti nastavení požadavků na budovy s téměř nulovou spotřebou energie v oblasti rodinných domů s energeticky vztažnou plochou menší než 350 m2. Na vzorku téměř 500 rodinných domů bylo provedeno hodnocení hraničních požadavků kladených na budovy s téměř nulovou spotřebou energie na úrovni měrné potřeby tepla na vytápění.
Úvod
Velmi častým tématem diskusí poslední doby z oblasti stavebnictví bývá zpřísnění požadavků na energetickou náročnost budov po roce 2020. Často slýchám, že zpřísnění má být radikální a směřovat k tzv. nulovým budovám, tedy budovám, které nespotřebovávají žádnou energii. V tomto ohledu se však jedná o prosté dezinformace, které považuji důležité vyvrátit konkrétními relevantními daty.
Definice
V první řadě je vhodné zavést pořádek v pojmech. V současné době definované legislativní povinnosti dle zákona č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií se netýkají nulových budov, ale tzv. budov s téměř nulovou spotřebou (dále jen „NZEB“ – nearly zero energy building). Přestože jsou oba názvy velmi snadno zaměnitelné, jejich význam je zcela odlišný.
Nulová budova je jednoznačně, ale legislativně nezávazně definována v ČSN 730540-2:2011, jako budova s vyrovnanou energetickou bilancí na úrovni primární neobnovitelné energie. Celková spotřeba primární neobnovitelné energie v průkaze energetické náročnosti budovy je tedy rovna nule.
Oproti tomu je legislativně závazná definice NZEB poměrně vágní. Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU o energetické náročnosti ji definuje jako budovu, jejíž spotřeba energie je velmi nízká (nebo také téměř nulová) a měla by být ve značném rozsahu pokryta z obnovitelných zdrojů, včetně energie z obnovitelných zdrojů vyráběné v místě či v jeho okolí. 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 č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií ve znění pozdějších předpisů (dále jen zákon). Technické parametry dále specifikuje vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov (se změnou 230/2015 Sb., dále jen vyhláška).
Budova s téměř nulovou spotřebou
Uvedené legislativní předpisy, zvláště pak vyhláška č. 78/2013 Sb. o energetické náročnosti budov, sice definici konkretizují na odborné technické úrovni, srozumitelné a jednoznačné vyznění pro širokou odbornou veřejnost, natož laickou ovšem nepřinášejí. Právě tato definiční komplikovanost a nešťastný název s nulou v obsahu vytváří prostor pro spekulace a dezinformace.
Princip hodnocení energetické náročnosti budovy dle této vyhlášky vyžaduje hodnocení porovnáním s tzv. referenční budovou. Hodnocená budova pak musí mít závazné ukazatele energetické náročnosti nižší než vyhláškou definovaná budova referenční. Referenční budova má stejný geometrický tvar, míru prosklení, orientaci a zónování jako budova hodnocená. Liší se v principu jen vyhláškou stanovenými parametry obálky budovy a vlastnostmi technických zařízení. Požadované maximální hranice celkové dodané energie, primární neobnovitelné energie a průměrného součinitele prostupu tepla jsou tak rozdílné pro každou budovu – mění se s geometrií budovy, mírou prosklení, orientací, způsobem zónování a definovaným způsobem využití budovy.
Požadavek pro NZEB je ve vyhlášce č. 78/2013 Sb. stanoven redukčním činitelem požadované základní hodnoty průměrného součinitele prostupu tepla fR = 0,7. Tím jsou kladeny mírně přísnější požadavky na tepelněizolační standard obálky budovy než na současné novostavby, u kterých je požadováno fR = 0,8 nebo změny dokončených budov s fR = 1,0. Tímto faktorem se násobí hodnota průměrného součinitele prostupu tepla referenční budovy, který se stavuje z požadovaných hodnot dílčích součinitelů prostupu tepla UN,20 definovaných v ČSN 730540-2:2011. V případě NZEB se tedy jedná o úroveň blízkou doporučeným hodnotám součinitele prostupu tepla Urec,20 dle ČSN 730540-2:2011.
Doplňujícím parametrem pro NZEB vyvíjející vyšší tlak na pokrytí spotřeby pomocí OZE je požadavek na snížení hodnoty neobnovitelné primární energie stanovené pro referenční budovu ∆ep,R ve výši 25 % (v případě rodinných domů). Tento požadavek ovšem ještě neznamená, že součástí hodnocené budovy musejí být i obnovitelné zdroje energie.
Podrobný rozbor požadavků u vybraných budov
Na vzorku sedmi konkrétních realizovaných rodinných domů s rozdílnou velikostí energeticky vztažné plochy (v rozmezí 91–287 m2), rozdílných tvarovým a dispozičním řešením a rozdílnou orientací objektu bylo provedeno vyhodnocení měrné potřeby tepla pro vytápění a primární neobnovitelné energie definované jako hraniční hodnoty pro NZEB. Přehled zvolených typologických druhů rodinných domů je patrný z následujících obrázků.
RD1 – dvoupodlažní
RD2 – dvoupodlažní
RD3 – bungalov
RD4 – bungalov
RD5 – dvoupodlažní
RD6 – řadová zástavba
RD7 – dvoupodlažní
Vzhledem k tomu, že hranici požadavků na NZEB ovlivňuje především koncepční návrh domu, byla na těchto objektech simulována odlišná orientace a odlišný koncept větrání. Nejnižších hraničních hodnot lze dosáhnout s budovou orientovanou prosklenými plochami na jižní světovou stranu a se zvoleným konceptem větrání v podobě rovnotlakého nuceného větrání se zpětným získáváním tepla. Naopak nejméně přísné hraniční hodnoty pro NZEB bude mít budova se severně orientovanými okny a přirozeným větráním (uvažovaná výše výměny vzduchu n = 0,3 h−1). Rozdílný tvar budovy je vyjádřen zvoleným vzorkem budov zahrnující jak bungalovy, tak dvoupodlažní objekty, solitéry i objekty řadové zástavby. Součinitel tvaru A/V hodnocených budov je v rozpětí 0,63 až 1,0, čímž vyjadřuje dostatečně širokou škálu rodinných domů. Jediným parametrem, který nebyl z pohledu výše hraničních požadavků upravován, je změna míry prosklení budovy.
Výsledné hranice požadavků pro NZEB jsou uvedeny v následující tabulce. Hranice požadované měrné potřeby tepla na vytápění odpovídají na hodnoceném vzorku budov rozpětí přibližně 32 až 86 kWh/m2 za rok. Rozpětí požadavků na primární neobnovitelnou energii pak činí přibližně 80 až 182 kWh/m2 za rok. Jedná se tak o hodnoty blízké nízkoenergetickým domům. Hodnoty primární energie jsou na míle vzdálené požadavkům ČSN 730540-2:2011 na nulovou budovu (primární neobnovitelná energie rovna 0 kWh/m2 za rok).
Tabulka 1: Vyčíslení hraničních požadavků pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie na vzorku sedmi rodinných domů
| Rodinný dům | Energeticky vztažná plocha [m2] | Faktor tvaru budovy A/V | Měrná potřeba tepla na vytápění [kWh/m2.a] (požadavek) | Primární neobnovitelná energie [kWh/m2.a] (požadavek) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. NZEB | Max. NZEB | Min. NZEB | Max. NZEB | |||
| RD1 | 150 | 0,84 | 37 | 52 | 80 | 114 |
| RD2 | 173 | 0,74 | 41 | 69 | 102 | 141 |
| RD3 | 91 | 1,00 | 60 | 86 | 159 | 182 |
| RD4 | 112 | 0,98 | 56 | 76 | 133 | 161 |
| RD5 | 287 | 0,64 | 34 | 50 | 90 | 111 |
| RD6 | 225 | 0,63 | 32 | 47 | 88 | 108 |
| RD7 | 228 | 0,71 | 35 | 53 | 91 | 117 |
Podrobný rozbor – statistika budov Nová zelená úsporám
Výše uvedené vyčíslení hraničních požadavků na NZEB na vzorku konkrétních sedmi budov bude doplněno obecným vyhodnocením vzorku 487 rodinných domů podaných v rámci 2. a 3. výzvy programu Nová zelená úsporám v oblasti podpory B (budov s velmi nízkou energetickou náročností). Na těchto budovách byl proveden rozbor měrné potřeby tepla na vytápění hodnocené i referenční budovy uvedených v krycím listě technických vlastností.
Vzorek představuje širokou škálu objektů čítající jak solitérní, tak i řadové domy s rozsahem A/V od 0,5 do 1,20 a rozsahem energeticky vztažné plochy v rozsahu od 76 m2 do 350 m2, což je maximální hodnota definovaná podmínkami programu.
Všechny hodnocené objekty byly v průběhu návrhu optimalizovány tak, aby měrná potřeba tepla vytápění hodnocené budovy byla nižší než 20 kWh/m2 za rok, mají tedy:
- optimalizovaný tvar;
- optimalizované procento prosklení obálky budovy;
- vhodnou orientaci budovy s ohledem na využití solárních zisků;
- instalovaný systém řízeného větrání se zpětným získáváním tepla;
- optimalizované a vyregulované množství větraného vzduchu (n = 0,21 h−1);
- optimalizované řešení stavebních detailů – část objektů má podrobně vyhodnoceny lineární činitele prostupu tepla s vlivem na průměrnou přirážku prostupu tepla ve výši ΔUem = −0,02 až 0,02 W/m2.K (rozsah vlivu na EA činí přibližně ± 5 kWh/m2.a).
Jedná se o budovy hodnocené částečně proti referenčnímu požadavku na novou budovu (fR = 0,8) a částečně proti referenčnímu požadavku na budovu s téměř nulovou spotřebou (fR = 0,7). Ve statistických datech k jsou k jednotlivým objektům uvedeny vybrané parametry hodnocené i referenční budovy, ovšem bez uvedení, která z referenčních hodnot byla použita (fR = 0,7 nebo 0,8). V rámci rozboru tak byly na straně bezpečnosti všechny hodnoty uvažovány pro referenční požadavek nová budova (fR = 0,8).
Následující grafy uvádějí rozložení měrné potřeby tepla na vytápění pro referenční budovu na tomto vzorku architektonicky a projekčně kvalitně navržených budov. Vlevo data ze statistiky (uvažovány jako referenční hodnota pro nové budovy) a vpravo zpětně odvozené referenční hodnoty pro budovu s téměř nulovou spotřebou. Odvození vztahu mezi měrnou potřebou tepla na vytápění pro novou budovu a NZEB bylo provedeno na předchozích modelových příkladech sedmi RD, kde hodnoty pro NZEB vycházeli v průměru o 18 % nižší než hodnoty pro novou budovu.
Referenční měrná potřeba tepla na vytápění na NZEB u těchto optimalizovaných budov se pohybuje v rozpětí od EA = 24 kWh/m2.a do EA = 92 kWh/m2.a. Při tom u 30 % budov překračuje hranice referenční měrné potřeby tepla na vytápění 50 kWh/m2.a, což je hranice pro nízkoenergetické domy.
S ohledem na celkový optimalizovaný koncept budovy a instalovaný systém řízeného větrání u všech hodnocených budov lze za předpokladu neoptimalizovaného návrhu počítat s ještě vyššími referenčními hodnotami měrné potřeby tepla vytápění. Rozdíl mezi NZEB s optimalizovaným návrhem a NZEB se severní orientací a bez systému řízeného větrání s rekuperací tepla představuje dle několika modelovaných situací v průměru nárůst hodnot o 45 %. Tento nárůst znamená, že referenční budova s téměř nulovou spotřebou u neoptimalizovaných budov dosahuje rozpětí měrné potřeby tepla na vytápění ve výši 35 až 133 kWh/m2.a, přičemž přibližně 80 % budov dosahuje hodnot vyšších, než je požadavek na nízkoenergetický dům. Posun referenčních hodnot pro NZEB optimalizovaný a neoptimalizovaný by pak teoreticky vypadal následovně:
Tyto grafy ukazují posun nastavení min. a max. hodnot měrné potřeby tepla na vytápění referenční budovy s téměř nulovou spotřebou v závislosti na orientaci a instalaci VZT, ve srovnání s reálně dosaženými hodnotami měrné potřeby tepla na vytápění u hodnocených budovy v Nové zelené úsporám. U 30 až 80 % posuzovaných budov je požadavek na NZEB v závislosti na orientaci a instalaci VZT vyšší, než je nízkoenergetický standard. Celkový rozptyl možných hraničních hodnot je 24 až 133 kWh/m2 za rok. Vzhledem k tomu, že většina budov realizovaných v ČR nemá optimální orientaci a instalovanou jednotku řízeného větrání s rekuperací, lze předpokládat spíše hodnoty blízké vyšším hraničním hodnotám.
Rozdělení podle podlažnosti
Faktorem, který v případě rodinných domů zcela zásadně ovlivňuje výslednou měrnou potřebu tepla na vytápění, je faktor tvaru budovy (A/V), tedy poměr plochy obálky budovy a vytápěného objemu. V případě hodnocených budov se pohybuje v případě hodně kompaktních a velkých objektů na hodnotě 0,5 a v případě většinou jednopodlažních a členitých objektů na hodnotě 1,2.
Čím vyšší je hodnota, tím má objekt větší ochlazovanou plochu obálky, a tedy i tepelné ztráty. Navíc je v případě budov s téměř nulovou spotřebou energie třeba celou tuto plochu obálky budovy kvalitně zateplit, což zvyšuje celkové investiční náklady. Obecně tak je vhodné vnímat tvar budovy jako architektonickou proměnnou, jejíž celkovou optimalizací lze docílit nejen nižší spotřeby energie, ale i nižších investičních nákladů vztažených k užitné podlahové ploše.
Rozdělíme-li statistiku budov v závislosti na počtu podlaží jako hlavním faktoru ovlivňujícím A/V na jednopodlažní a vícepodlažní budovy, zjistíme, že ze 488 hodnocených rodinných domů je 145 domů (přibližně 30 %) jednopodlažních (tzv. bungalovů) bez podzemního podlaží. Energeticky vztažná podlahová plocha těchto přízemních domů se pohybuje v rozpětí 76–297 m2, průměrně pak okolo 150 m2. Faktor tvaru budovy má rozpětí 0,67 až 1,03 s tím, že průměr se rovná hodnotě 0,89. Absolutní průměr měrné potřeby tepla na vytápění pak činí cca 68 kWh/m2 za rok. V případě vícepodlažních budov činí rozptyl energeticky vztažné podlahové plochy 117–343 m2 a faktoru tvaru (A/V) přibližně 0,5–1,2 s tím, že průměr se rovná hodnotě 0,73. Absolutní průměr měrné potřeby tepla na vytápění pak činí cca 48 kWh/m2 za rok.
Tabulka 2: Vyčíslení hraničních požadavků pro budovy s téměř nulovou spotřebou energie v závislosti na počtu podlaží objektu
| Typ RD | Počet objektů | Průměrná energeticky vztažná plocha | Průměrný faktor tvaru (A/V) | Průměrná měrná potřeba tepla na vytápění NZEB [kWh/m2.a] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. požadavek | Max. požadavek | průměr | ||||
| Jednopodlažní | 144 | 150 | 0,89 | 56 | 81 | 68 |
| Vícepodlažní | 343 | 203 | 0,73 | 39 | 57 | 48 |
Graf zobrazuje teoretickou závislost mezi faktorem tvaru budovy a celkovou energeticky vztažnou plochou.
Graf zobrazuje závislost hraniční hodnoty průměrného požadavku na měrnou potřebu tepla na vytápění (průměr mezi min. a max. požadavkem) podle celkové energeticky vztažné plochy.
Závěr
Z hodnocení vyplývá, že současné požadavky na budovy s téměř nulovou spotřebou energie (NZEB) jsou v podmínkách České republiky nastaveny na úrovni měrné potřeby tepla na vytápění běžně vyšší, než jsou požadavky na nízkoenergetické domy (EA = 50 kWh/m2 za rok). Oproti současným požadavkům na nově realizované budovy se jedná o zpřísnění v průměru o pouhých 18 %. Obálka budovy NZEBů současně předpokládá realizace na úrovni doporučených hodnot dílčích součinitelů prostupu tepla dle ČSN 73 0540-2:2011, jedná se tedy o v praxi poměrně běžný standard.
Celkové rozpětí hraničních hodnot pro splnění NZEB je díky mnoha možným proměnným (především tvaru budovy, orientaci a konceptu větrání) obrovské – hraniční měrná potřeba tepla na vytápění EA = 24 až 133 kWh/m2 za rok. Přičemž u 80 % neoptimalizovaných budov jsou hraniční hodnoty pro NZEB vyšší než požadavky na nízkoenergetický dům. V případě optimalizované orientace budovy a instalovaného řízeného větrání s rekuperací tepla bude požadavky na nízkoenergetický dům překračovat stále ještě 30 % budov s téměř nulovou spotřebou energie.
Obecně lze říci, že čím horší tvar a orientace budovy, tím vyšší hranice měrné potřeby tepla na vytápění. Architekt a projektant není stávajícím nastavením požadavků nucen k lepšímu výkonu v podobě optimalizovaného koncepčního návrhu. U všech hodnocených budov bylo přitom důkladnou optimalizací návrhu možné dosáhnout měrné potřeby tepla na vytápění nižší než 20 kWh/m2 za rok, což představuje potenciál úspory energie na zkoumaném vzorku budov ve výši 50–90 % oproti neoptimalizovanému stavu.
Významnou část této úspory lze realizovat pomocí koncepčních beznákladových opatření souvisejících s členitostí tvaru budovy a její orientací. Zbývající potenciál úspor pak předpokládá ze zkušenosti investiční vícenáklady ve výši 5 až 10 %. Důkladnou optimalizací prostorových nároků a materiálového řešení lze vždy realizovat energeticky pasivní dům se shodnou výší útraty jako objekt běžný, tedy bez navýšení původního rozpočtu.
Obecná doporučující představa Evropské komise o výši „téměř nulové spotřeby“ je pro kontinentální klima, do kterého lze ČR zařadit, rovná spotřebě primární neobnovitelné energie budovy ve výši 20 až 40 kWh/m2 za rok. V tomto ohledu se hranice u hodnocených budov pohybovaly v běžném rozpětí 80–180 kWh/m2 za rok, tedy na dvou až devíti násobku doporučené hodnoty. Tyto hodnoty lze samozřejmě do určité míry snížit instalací obnovitelných zdrojů energie, ale nízké hodnoty jsou obecně dosažitelné jen u budov s nízkou spotřebou energie.
Současnou definici NEZBu tak lze v podmínkách České republiky považovat za zcela neprogresivní a neplnící svůj původní záměr. Neklade na stavebníka ani architekta adekvátní nároky týkající se zapracování zcela zásadních koncepčních souvislostí ovlivňujících končenou spotřebu energie bez zvýšených investičních nákladů. Pod vznešeným názvem budovy s téměř nulovou spotřebou energie tak často vznikají jen obyčejné rodinné domy se spotřebou vyšší než běžný nízkoenergetický dům.
Článek velmi pěkně vysvětluje používanou terminologii, popisuje současně nastavené požadavky pro nové budovy v režimu NZEB v ČR v porovnáním s požadavky Evropské komise pro kontinentální klima a nastavenými standardy nízkoenergetických a pasivních staveb. To vše na konkrétních reálných datech cca 500 vzorových domů. Jako zpracovatel energetického hodnocení se jen velmi málo setkávám se stavebníky, kteří jsou si vědomi možností ovlivnit budoucí provozní náklady samotným návrhem a jsou ochotni za optimalizační studii zaplatit finanční prostředky. Naopak neznám skoro žádného stavebníka, kterého by budoucí provozní náklady nezajímaly. Stále nemalá část architektů a projektantů s energetickou náročností pracuje pouze na úrovni povinného dokumentu pro vydání stavebního povolení, kdy se maximálně na začátku stanoví okrajové podmínky kvality obvodových konstrukcí ve vazbě na typ zdroje tak, aby se splnily minimální požadavky vyhlášky či dotačního titulu. Cílem by měla být motivace, osvěta, která nastartuje přirozenou poptávku po kvalitním návrhu, realizaci stavby pro komfortní, zdravé a bezpečné užívání. Povinnosti ukotvené v prováděcích předpisech musí respektovat reálné ekonomické možnosti stavebníků. PENB je součástí při prodeji nemovitosti, orientace laické veřejnosti je minimální a o uvedených údajích nemají téměř žádné povědomí. Složitost výpočtů a definiční komplikovanost bohužel napomáhá k šíření celé řady mýtů a dezinformací.