Studie renovace stávajících rodinných domů do energetické kategorie „D“ podle budoucích požadavků EU
Úpravy velkého množství starších rodinných domů do klasifikační třídy E, případně třídy D energetické náročnosti jsou realizovatelné opatřeními na straně obálky budovy i bez změn zdrojů tepla, pokud tato povinnost bude zavedena. Orientačně se s ní počítá po roce 2030.
1. Úvod
Současná geopolitická situace postupně vyústila v nárůst cen energií v celé Evropě, což má dopad i do stavebnictví a provozování budov. Jednotlivé státy EU mají různé strategie, jak se vyrovnat s nárůstem cen energie pro občany i průmysl. V rámci EU je snaha o celoevropské řešení ve vícero oblastech. Jedna ze strategií, kterou prosazuje Evropská komise, je úspora energie v budovách. Tato snaha se projevila v probíhající revizi směrnice EPBD (Energy Performance of Buildings Directive).
Běžný český občan, který příliš nesleduje legislativní proces EU, mohl narazit na zmínky o chystaných změnách v tuzemských médiích [1, 2]. Legislativní proces vzniku nové směrnice EPBD je možné sledovat na stránkách Evropské komise, kde je uveden návrh směrnice a další komentáře [3]. Definitivní návrh směrnice zatím není k dispozici, přesto však Evropská komise zveřejnila tiskovou zprávu k dané směrnici [4]. V této zprávě se mimo jiné uvádí, že stávající budovy by měly dosáhnout do roku 2030 v energetické náročnosti alespoň klasifikační třídy E, do roku 2033 pak dosáhnout klasifikační třídy D. Nebytové a veřejné budovy by musely dosáhnout stejných tříd do roku 2027, resp. 2030.
Jak již bylo řečeno, směrnice zatím není hotová a plně schválena. Finální verze směrnice může nakonec vypadat jinak. V reakci na popisované skutečnosti vznikl tento článek, který demonstruje popis renovace energeticky nevyhovujících objektů do klasifikační třídy D v rámci průkazu energetické náročnosti budovy (PENB). Odborná, ale i laická veřejnost si tak může udělat představu o tom, co obnáší transformace objektů z nižší klasifikační třídy do kategorie D. Dosažení klasifikační třídy D lze provést povícero způsoby, jednak na straně stavební části, tak na straně systémů TZB. Přednostně by měla být nejprve realizována opatření na obálce budovy, než se začnou vylepšovat systémy TZB jako vytápění, příprava TV apod. Podrobnější informace ohledně stavu bytového fondu v ČR je možné nalézt v další literatuře [5].
2. Případová studie
2.1 Výběr objektů
Pro účely studie bylo zvoleno pět rodinných domů, které reálně prošly rekonstrukcí na straně obálky budovy. Na střechu posledního objektu byla v rámci úsporných opatření instalována fotovoltaická soustava. Všechny objekty jsou umístěny ve Zlínském kraji. Z původního nevyhovující stavu byly objekty zrenovovány do kategorie D v průkazu energetické náročnosti budovy.
Objekt č. 1 – Dolní Lhota
První příklad snížení energetické náročnosti budovy se zabývá samostatně stojícím rodinným domem. Celý objekt je postaven z cihel plných pálených. Dům je dvoupodlažní, podsklepený a má polo-valbovou střechu. V suterénu se nachází vytápěná garáž a nevytápěné prostory sklepa. První nadzemní podlaží i obytné podkroví jsou vytápěny. V minulých letech došlo k částečným renovacím objektu. Rodinný dům má původní dřevěná okna nahrazena novými plastovými s izolačním dvojsklem. Strop podkroví byl v minulosti izolován foukanou izolací tloušťky 120 mm, šikminy byly zaizolovány extrudovaným polystyrenem tloušťky 100 mm a minerální vatou tloušťky 80 mm. Objekt je vytápěn plynovým kondenzačním kotlem, v domě jsou desková otopná tělesa. Ohřev teplé vody zajišťuje také plynový kondenzační kotel.
Izolace střechy, která byla provedena již dříve, nemá dostatečnou tloušťku a nesplňuje ani požadovanou hodnotu součinitele prostupu tepla. Pro dosažení klasifikační třídy D z hlediska primární energie z neobnovitelných zdrojů bylo zapotřebí zateplit celý objekt expandovaným polystyrenem tloušťky 200 mm. Dále došlo k zateplení stropu suterénu minerální vatou tloušťky 100 mm a k výměně původních dřevěných garážových vrat za nová hliníková dvoukřídlá vrata.
Obr. 1 Rodinný dům 1
Objekt č. 2 – Komárno
Druhým posuzovaným objektem je dvoupodlažní rodinný dům s nevytápěným suterénem. Suterén je vyzděn z cihel plných pálených, obě nadzemní patra jsou pak z pórobetonových tvárnic. Objekt má pravidelný obdélníkový tvar a sedlovou střechu. Rodinný dům má původní dřevěná okna. Zdrojem tepla v objektu je plynový kondenzační kotel, který zajišťuje jak vytápění objektu, tak přípravu teplé vody.
Šikmá střecha byla v minulosti zateplena 100 mm EPS a strop pod nevytápěnou půdou byl zateplen 50 mm EPS. Dle energetického hodnocení bylo navrhnuto zateplení obvodových stěn vytápěného prostoru expandovaným polystyrenem o tloušťce 140 mm. Stěny suterénu jsou zatepleny 100 mm expandovaného polystyrénu. V rámci navržených opatření byly původní okna a balkónové dveře vyměněny za nové plastové s izolačním trojsklem. Vstupní dveře objektu jsou zasklené izolačním dvojsklem.
Obr. 2 Rodinný dům 2
Objekt č. 3 – Zlín
Dalším hodnoceným domem je rodinný dům, který sdílí jednu fasádu s druhým domem. Objekt je dvoupodlažní, s vytápěným suterénem a sedlovou střechou. Celý rodinný dům je postaven z cihel plných pálených. Původní výplně objektu byly měněny již v předchozích letech za plastová okna s izolačním dvojsklem. Objekt je vytápěn plynovým kondenzačním kotlem. Ten připravuje i teplou vodu.
Pro snížení energetické náročnosti budovy byl celý rodinný dům zateplen expandovaným polystyrenem o tloušťce 140 mm. Strop objektu nad 2. NP byl zateplen 300 mm expandovaného polystyrenu. Objekt měl v původním stavu problém s vlhkostí, proto byla dodatečně dodělána hydroizolace. Díky tomu se podlaha suterénu zateplila pěnovým polystyrenem tloušťky 100 mm a stěny suterénu ve styku se zeminou byly zatepleny 80 mm extrudovaného polystyrenu.
Obr. 3 Rodinný dům 3
Objekt č. 4 – Lukov
Čtvrtým posuzovaným objektem je rodinný dům typu OKÁL. Jedná se o montovanou dřevostavbu, která byla populární v 70. letech. Objekt má pravidelný obdélníkový tvar a sedlovou střechu. Suterén objektu je zděný z cihel CDK, nevytápěný a nachází se zde garáž, kotelna a sklepy. První nadzemní podlaží je tvořeno právě montovanou dřevostavbou. Nosné dřevěné sloupky 100/100 mm jsou od sebe osově vzdáleny o 1150 mm a opláštěné deskami. Mezi azbestocementovou deskou z vnější strany a dřevoštěpkovou deskou vnitřní strany je tepelná izolace. Okna v objektu jsou původní dřevěná. Objekt je vytápěn plynovým kotlem a teplá voda je připravována prostřednictvím přímotopného plynového zásobníku.
V rámci snížení energetické náročnosti budovy došlo k zateplení 1. NP. Obvodové stěny budovy byly zatepleny 140 mm expandovaného polystyrénu. Původní dřevěná okna byla vyměněna za plastová s izolačním dvojsklem. Stejně tak došlo k výměně balkónových i vstupních dveří. Strop suterénu byl zateplen 100 mm expandovaného polystyrenu. Téměř třetinu tepelných ztrát objektu v původním stavu tvořila ztráta energie stropem nad 1. NP. Proto bylo v podkroví položeno 300 mm minerální vaty.
Obr. 4 Rodinný dům 4
Objekt č. 5 – Zlín
Posledním sledovaným objektem je baťovský dvojdomek, řešena byla jeho jedna polovina. Jedná se o nejrozšířenější typ bydlení v baťovském dělnickém Zlíně. Většina těchto domů stojí v památkové zóně města Zlína a jejich revitalizace tak podléhá zásadám úřadu památkové péče. To sebou nese omezení jak v tloušťkách izolantů, tak např. v instalaci fotovoltaických i fototermických solárních panelů.
Dům je postaven z cihel plných pálených. Je částečně podsklepen, má dvě nadzemní patra a plochou střechu. Původní dřevěná okna byla v minulých letech nahrazena plastovými s izolačním dvojsklem. Dům je vytápěn plynovým kotlem, teplou vodu připravuje elektrokotel.
Pro splnění požadavku na doporučenou hodnotu součinitele prostupu tepla stěny byl objekt zateplen 120 mm šedého pěnového polystyrenu, který má lepší hodnotu součinitele tepelné vodivosti. Zároveň je to maximální tloušťka izolace, která splňuje požadavky památkové péče na hloubku oken vůči fasádě. Dalším požadavkem úřadu památkové péče bylo obložení fasády cihelným páskem, který by napodoboval původní cihlový vzhled, což bylo splněno. Soklová část domu byla zateplena 70 mm extrudovaného polystyrenu. Další konstrukce (střecha a strop v suterénu) nebyly na přání investora zatepleny, ačkoliv by to bylo vhodné. Pro snížení primární energie z neobnovitelných zdrojů bylo na střechu objektu instalováno 9 kusů fotovoltaických panelů o celkovém výkonu 3,6 kWp, uvažovalo se s instalací bateriového úložiště. Opět byly dodrženy pokyny památkové péče, které určují jak výšku panelu kolmo od roviny střechy, tak minimální umístění od vnějšího okraje střešní římsy.
Obr. 5 Rodinný dům 5
2.2 Zhodnocení výchozího stavu
Pro jednotlivé objekty byly zpracovány průkazy energetické náročnosti budov pro výchozí stav a po zpracování projektové dokumentace pro účely revitalizaci, byly vypočteny také průkazy pro nový stav budov. Základní parametry výchozího stavu pro jednotlivé budovy jsou uvedeny v tabulce 1. Posuzované objekty jsou, co se týče PENBu, převážně v klasifikační třídě G a jeden je v třídě E. Tomu odpovídají i vysoké tepelné ztráty těchto budov a množství dodané primární neobnovitelné energie.
| Objekt | Energeticky vztažná plocha | Primární neobnovitelná energie | Třída PENB | A/V | Uem | Tepelná ztráta | Měrná potřeba tepla na vytápění |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [m2] | [kWh·m−2·rok−1] | [m2/m3] | [W·m−2·K−1] | [kW] | [kWh·m−2·rok−1] | ||
| 1 | 224 | 341 | G | 0,75 | 1,35 | 25,83 | 261 |
| 2 | 210 | 201 | E | 0,72 | 0,68 | 12,65 | 133 |
| 3 | 247 | 346 | G | 0,63 | 1,12 | 21 | 213 |
| 4 | 82 | 685 | G | 1,1 | 1,29 | 13,68 | 407 |
| 5 | 76 | 568 | G | 0,69 | 1,38 | 8,98 | 283 |
V tabulce 2 je uveden přehled zdrojů tepla a OZE pro jednotlivé objekty. Tato tabulka je platná pro výchozí i nový stav. V objektu 5 ve výchozím stavu nebyla fotovoltaika. Ve všech objektech zůstávají zdroje tepla beze změn.
| Objekt | Zdroj tepla | |||
|---|---|---|---|---|
| Vytápění | Teplá voda | OZE | ||
| 1 | původní stav | Kondenzační plynový kotel | Kondenzační plynový kotel | |
| nový stav | Kondenzační plynový kotel | Kondenzační plynový kotel | ||
| 2 | původní stav | Kondenzační plynový kotel | Kondenzační plynový kotel | |
| nový stav | Kondenzační plynový kotel | Kondenzační plynový kotel | ||
| 3 | původní stav | Kondenzační plynový kotel | Kondenzační plynový kotel | |
| nový stav | Kondenzační plynový kotel | Kondenzační plynový kotel | ||
| 4 | původní stav | Plynový kotel | Plynový průtokový ohřívač | |
| nový stav | Plynový kotel | Plynový průtokový ohřívač | ||
| 5 | původní stav | Plynový kotel | Elektrokotel | |
| nový stav | Plynový kotel | Elektrokotel | FVE | |
2.3 Zhodnocení navrženého stavu
Na posuzovaných objektech byla za pomocí projektanta a energetického specialisty navržena úsporná opatření, převážně formou zateplení a výměny výplně otvorů, dle požadavků investorů. Kromě objektu č. 5, kde došlo i na instalaci fotovoltaiky. Shodou okolností výsledky průkazů po návrhu úsporných opatření jsou v klasifikační třídě D, tedy na úrovni, kterou bude pravděpodobně EU požadovat od roku 2033. Pokud by objekty měly v průkazu spadat do vyšší kategorie, bylo by nutné zrealizovat další úsporné opatření v části TZB, protože potenciál na obálce budovy je již víceméně vyčerpán. Bylo by nutné navrhnout vyšší využití OZE, např. pomocí tepelného čerpadla v kombinaci s fotovoltaikou a termickými kolektory.
Tabulka 3 zobrazuje stručný přehled realizovaných opatření na posuzovaných objektech. Silně jsou zvýrazněna opatření, která byla navržena v současnosti v rámci rekonstrukce objektu autorkou článku. Zbytek textu popisuje opatření, která byla zrealizována v minulosti. V tabulce 4 je pak zobrazen výsledek energetické náročnosti po renovaci pro jednotlivé rodinné domy. Vzhledem k zateplení objektů došlo k navýšení energeticky vztažné plochy domů oproti původnímu stavu.
| Objekt | Realizovaná opatření | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Stěny objektu | Podkroví/střecha objektu | Strop suterénu | Podlaha na zemině | Výměna výplní otvorů | ||
| 1 | původní stav | 120 mm EPS 100 MV + 80 EPS | ANO | |||
| nový stav | 200 mm EPS | 100 mm MV | NE | |||
| 2 | původní stav | 100 mm EPS | 50 mm MV | |||
| nový stav | 140 mm EPS | NE | ANO | |||
| 3 | původní stav | ANO | ||||
| nový stav | 140 mm EPS | 300 mm EPS | NE | 100 mm EPS | ||
| 4 | původní stav | |||||
| nový stav | 140 mm EPS | 300 mm MV | 100 mm EPS | NE | ANO | |
| 5 | původní stav | ANO | ||||
| nový stav | 120 mm EPS GreyWall | NE | NE | NE | ||
| Objekt | Energeticky vztažná plocha | Primární neobnovitelná energie | Třída PENB | A/V | Uem | Tepelná ztráta | Měrná potřeba tepla na vytápění |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [m2] | [kWh·m−2·rok−1] | [m2/m3] | [W·m−2·K−1] | [kW] | [kWh·m−2·rok−1] | ||
| 1 | 243 | 146 | D | 0,71 | 0,58 | 12,73 | 100 |
| 2 | 222 | 127 | D | 0,72 | 0,37 | 7,76 | 67 |
| 3 | 262 | 124 | D | 0,59 | 0,32 | 7,63 | 57,5 |
| 4 | 87 | 226 | D | 1,01 | 0,35 | 4,7 | 107 |
| 5 | 80 | 201 | D | 0,68 | 0,44 | 3,58 | 86,5 |
3. Závěr
Výsledky analýzy ukazují, že v uvažovaných případech je možné dosáhnout v PENBu klasifikační třídy D pouze opatřeními na straně obálky budovy. Vždy bylo však třeba zateplit alespoň veškeré obvodové stěny k venkovnímu vzduchu v tl. 140 mm EPS, popř. 120 mm v případě materiálu GreyWall. V jednom případě bylo zateplení obvodového zdiva 200 mm. Mimo to byly zatepleny i další konstrukce, kromě rodinného domu č. 5, kde však byla navržena fotovoltaická soustava.
Lze tedy říci, že pro dosažení požadované klasifikační třídy D v průkazu energetické náročnosti budovy, tak jak bude pravděpodobně vyžadovat EU od roku 2033, bude převážně nutné provést komplexní zateplení stávajících budov. V České republice existují statisíce rodinných či bytových domů, které nebyly zatepleny vůbec a lze u nich předpokládat velmi nízkou energetickou třídu [5]. Dá se tedy předpokládat, že následujících 10 let v oblasti renovace budov v ČR bude velice hektických.
4. Poděkování projektu
Článek vznikl za podpory projektu: Specifický výzkum VUT Brno FAST-S-23-8176 Experimentální výzkum přenosu tepla a hmoty v systémech a soustavách technického zařízení budov. Projektovou dokumentaci potřebnou k návrhu energeticky úsporných opatření poskytla firma KORT CZ s.r.o.
5. Literatura
- https://www.idnes.cz/zpravy/domaci/renovace-energeticke-uspory-evropsky-parlament-opatreni-hlasovani.A230314_102905_domaci_idvs
- https://www.novinky.cz/clanek/stalo-se-europoslanci-majitele-musi-zateplit-domy-40425856
- https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12910-Energeticka-ucinnost-revize-smernice-o-energeticke-narocnosti-budov_cs
- https://www.europarl.europa.eu/news/cs/press-room/20230206IPR72112/energy-performance-of-buildings-climate-neutrality-by-2050
- KOŘENKOVÁ, V.; HORÁK, P. Stav bytového fondu ČR z pohledu energetické náročnosti budov. TZB-info, 2022, roč. 2022, ISSN: 1801-4399.
Modifications of a large number of older family houses to classification class E or class D energy efficiency can be implemented by measures on the side of the building envelope even without changes to heat sources, if this obligation is introduced. Roughly, it is expected after 2030.