Deklarativní výpočty pro pasivní a nulové domy
Technické podklady by měly poskytovat dostatek jednoznačných informací. Význam stavebně-energetických výpočtů stoupl s dotačními programy pro pasivní domy. Nyní je nutné zpřesnění definice energeticky nulových domů jako logického pokračování pasivního domu s přiměřeným doplněním o aktivní energetické prvky.
1. Úvodem
"Čím méně znalostí, tím lepší (předváděné) výsledky." Taková věta by neměla v inženýrské práci platit nikde, tedy ani v oblasti stavebně-energetických výpočtů. Technické podklady by měly poskytovat jasné vodítko pro postupy hodnocení a dostatek pokud možno jednoznačných informací. Vzhledem k dotačním programům v ČR, týkajících se konečně i pasivních domů, začalo být náhle téma stavebně-energetických výpočtů důležité i pro projektanty a administrátory programů.
Klíčovým tématem v nejbližším období bude také zpřesnění definice energeticky nulových domů. Ty by měly být chápány jako logické pokračování pasivního domu, po přiměřeném doplnění o aktivní energetické prvky.
2. Aktualizace TNI 73 0329 a TNI 73 0330
Na základě zkušeností s užíváním Technických normalizačních informací TNI 73 0329 a TNI 73 0330 [1,2] pro deklarativní stavebně energetické výpočty byla v první polovině roku 2010 zpracována aktualizovaná znění obou dokumentů. Některá upřesnění jsou vyvolána skutečností, že s textem pracují i méně zkušení projektanti, často bez znalostí stavební fyziky, nemluvě o úřednících, kteří mají posoudit věrohodnost podkladů při žádosti o poskytnutí dotací. Vybrané změny a upřesnění jsou komentovány v následujícím textu.
Oblast použití
V úvodní kapitole a v příloze je popsáno použití TNI i v případě přípravy energetické obnovy, kdy je potřeba věrohodně zhodnotit aktuální stav a stanovit cílové hodnoty. Pro zjištění efektu změny budovy je pochopitelně nezbytné pracovat shodnou metodou výpočtu. Lze jen doufat, že veřejné prostředky budou užívány na energetickou obnovu s ambiciózním cílem - dosažení pasivního standardu i zde, nebo alespoň použití komponent pasivního domu všude, kde to konkrétní podmínky umožňují.
Vymezení hodnocené části budovy
Text dává vodítko jak postupovat, pokud hodnotíme jednotlivý dům v řadové zástavbě, jak chápat dělicí stěnu mezi jednotlivými částmi a také jak postupovat, pokud se hodnotí pouze část budovy.
Zvýšení jednotlivé hodnoty součinitele prostupu tepla
Upřesnění je uvedeno u přirážek k součiniteli prostupu tepla obvodových konstrukcí, které mají charakterizovat vliv nehomogenit v souvrství (tabulka 1). Ani tak nelze popsat všechny situace, které mohou nastat. Z neznalosti problému nebo ze spekulativních důvodů jsou buď přeceňovány (pro hodnocení výchozího stavu) nebo podceňovány (pro navrhovaný stav). Je možné použít hodnoty podle tabulky nebo hodnoty podle výsledku podrobnějších výpočtů uvedených v ČSN 73 0540-4.
| Charakter konstrukce | Zvýšení součinitele prostupu tepla ΔU [W/(m2K)] | Poznámka |
|---|---|---|
| Konstrukce zcela bez tepelných mostů | 0,00 | Izolační vrstva je zcela souvislá a homogenní, nejsou přítomny kotevní a další prostupující prvky. 1) |
| Konstrukce téměř bez tepelných mostů | 0,02 | Nejčastější případ, doporučený projektový předpoklad pro nízkoenergetické a pasivní domy, pokud je v souladu s řešením konstrukčních detailů. |
| Konstrukce s mírnými tepelnými mosty | 0,05 | Konstrukce zpravidla nevhodné pro nízkoenergetické a pasivní domy |
| Konstrukce s běžnými tepelnými mosty | 0,10 | Konstrukce nevhodné pro nízkoenergetické a pasivní domy |
| 1) Kotevní a další prostupující prvky mohou být v některých případech již zahrnuty do hod-not tepelné vodivosti odpovídajících vrstev. V takovém případě se jejich vliv již neprojevuje v hodnotě ΔU podle této tabulky. | ||
Tabulka 1 - Zvýšení součinitele prostupu tepla ΔU
Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla
Pro hodnocení napojení konstrukcí mezi sebou platí shodná poznámka jako výše. Nezávislá kontrola výpočtů je jen obtížně možná, pokud by neměla trvat stejně dlouho, jako výpočet sám. Tabelované hodnoty mohou být tedy vhodnou pomůckou.
Vliv tepelných vazeb mezi stavebními konstrukcemi se uvažuje souhrnně podle tabulky 2 ve formě přirážky k hodnotě Uem. Použití nulové a jiné než tabulkové hodnoty přirážky je možné, pokud je podrobně zdůvodněno výsledkem výpočtů všech tepelných vazeb mezi konstrukcemi na systémové hranici budovy. Zápornou hodnotu zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy ΔUem nelze ovšem podle TNI pro další výpočty použít. Budova totiž zpravidla obsahuje některé další tepelné mosty a tepelné vazby, které nejsou v době zpracování výpočtů vůbec známy nebo nejsou dostatečně popsané. Patří k nim i nutné průniky prvků technického zařízení budovy.
| Celková úroveň řešení | Charakteristika | Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy hodnoty ΔUem [W/(m2K)] | Poznámka |
|---|---|---|---|
| Nejvyšší | Je zajištěna souvislost tepelněizolačních vrstev ve všech napojeních, převážně v neztenčené tloušťce, podle nejlépe dostupných technických možností. | 0,00 | Možný projektový předpoklad, pokud je doložen výpočty vícerozměrného vedení tepla ve všech napojeních obvodových konstrukcí 1) |
| Vysoká | Je zajištěna souvislost tepelněizolačních vrstev ve všech napojeních, převážně v neztenčené tloušťce | 0,02 | Obvyklý projektový předpoklad, pokud je v souladu s řešením konstrukčních detailů |
| Střední | Je zajištěna souvislost tepelněizolačních vrstev téměř ve všech napojeních. | 0,05 | |
| Nízká | Není zajištěna souvislost tepelněizolačních vrstev. | 0,10 | Častá situace při umisťování tepelně izolačních souvrství z vnitřní strany u zděných konstrukcí |
| Velmi nízká | Není zajištěna souvislost tepelněizolačních vrstev se zvláště významnými důsledky | 0,20 | Častá situace při umisťování tepelně izolačních souvrství z vnitřní strany u železobetonových a ocelových konstrukcí |
| 1) Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy může být nulové, protože při užití vnějších rozměrů prvků ve výpočtech vícerozměrného vedení tepla mohou být hodnoty lineárních činitelů prostupu tepla jednotlivých tepelných vazeb v řadě případů záporné. Takové případy se vyskytují často v nárožích obvodových stěn s kvalitně řešenými izolačními souvrstvími. | |||
Tabulka 2 - Zvýšení průměrného součinitele prostupu tepla obálky budovy ΔUem
Vzduchotěsnost
Možnost použití alternativního způsobu vyjádření vzduchotěsnosti pro malé kompaktní rodinné domy je prodloužena do konce roku 2010. Výsledek je možné vyjádřit pomocí vzduchové propustnosti budovy q50 (objemový tok vzduchu vztažený na 1 m2 obálky budovy).
V nové příloze obou TNI jsou uvedeny hodnoty n50 pro výpočty energetické náročnosti starších budov, pokud nejsou k dispozici výsledky měření. Hodnoty jsou opět sestaveny s cílem být na straně bezpečnosti s ohledem na účel výpočtů - porovnáním výchozího a navrhovaného stavu stanovit realistickou hodnotu snížení energetické náročnosti.
Hodnoty pro pomocnou elektrickou energii
Samostatná příloha se věnuje stanovení roční potřeby pomocné elektrické energie na chod systémů technického zařízení budovy. Kromě paušálních tabelovaných hodnot je možné stanovit hodnoty pomocné energie podrobněji - podle dostupnosti vstupních údajů v době zpracování výpočtu a jeho účelu.
3. Nulové domy a EPBD
Nová evropská směrnice o energetické náročnosti budov (EPBD) [3] zaostává za ambiciózními požadavky předcházejících usnesení Evropského parlamentu [4] a používá jen velmi obecná vyjádření. Bude tedy vyžadovat zásadní zpřesnění na úrovních jednotlivých členských zemí. Na její vydání zmíněné aktualizované TNI již reagují: Pokud je dům vybaven zařízeními na energetickou produkci (fotovoltaický systém), které jsou součástí budovy, ať již jsou použity pro vlastní potřebu nebo dále distribuovanou produkci v takovém rozsahu, že roční bilance potřebné dodávané energie na vstupu do budovy a vyprodukované energie stanovená v hodnotách primární energie je alespoň vyrovnaná, označuje se dům jako energeticky nulový.
Zde musí být kvalifikovaně zohledněna využitelnost energetického zdroje pro krytí energetických potřeb a musí být věrohodně stanovena započitatelná produkce, s uvážením její proměnlivosti i poptávky v rodinném domě v průběhu roku. Pokud je fotovoltaický systém zapojen do veřejné sítě, využije se v bilančním výpočtu veškerá produkce elektrické energie. Zjednodušeně se dá říci, že fotovoltaická produkce s faktorem energetické přeměny 0,2 nahrazuje obvyklou výrobu elektrické energie s faktorem energetické přeměny 3,0 podle (tabulkové údaje v TNI). V bilančních výpočtech bude v takovém případě fotovoltaická produkce vystupovat s faktorem energetické přeměny 0,2 - 3,0, tedy -2,8.
3.1. Příklad
Uvažujme malý rodinný dům o celkové podlahové ploše vytápěné části 150 m2. Měrná potřeba tepla na vytápění je 20 kWh/(m2a), celková potřeba tepla na vytápění tedy 150 x 20 = 3 MWh/a. Dům je navržen pro 4 osoby. Ve variantě A jsou převážným zdrojem pro vytápění automatická kamna na peletky s vodním okruhem pro předávání tepla do vodního zásobníku. Solární termický systém zde pokrývá roční potřebu tepla na přípravu teplé vody z 60 %. Množství teplé vody, spotřeba elektrické energie na provoz domovní techniky, pro elektrické spotřebiče a umělé osvětlení jsou stanoveny podle [1]. Na střeše budovy je umístěn fotovoltaický systém dodávající roční produkci ve výši 4,8 MWh do veřejné sítě.
Ve variantách B a C je tentýž dům vybaven kondenzačním kotlem na zemní plyn a solárním systémem shodně jako var. A, respektive tepelným čerpadlem. Porovnání výsledků je uvedeno v tabulce 3 [5].
| A | B | C | |
|---|---|---|---|
| Měrná potřeba tepla na vytápění podle TNI | 20 kWh/(m2a) Předpoklad příkladu - splněno automaticky |
||
| Primární energie podle TNI [1] max. 60 kWh/(m2a)) | 16 kWh/(m2a) | 39 kWh/(m2a) | 50 kWh/(m2a) |
| Primární energie podle PHPP (max. 120 kWh/(m2a)) | 80 kWh/(m2a) | 103 kWh/(m2a) | 114 kWh/(m2a) |
| Konečná energie (na vstupu do domu) | 3,3 MWh/a | 2,6 MWh/a | 0,9 MWh/a |
| Primární energie celková s vlivem fotovoltaické produkce | -1,5 MWh/a | 2,0 MWh/a | 3,6 MWh/a |
| Ekvivalentní emise CO2 | -0,4 t/a | 0,5 t/a | 0,8 t/a |
Tabulka 3 - Porovnání variant
Standard pasivního domu je dosažen ve všech třech variantách, i z pohledu primární energie podle obou modelů výpočtu. Hodnoty konečné energie na vstupu do budovy jsou ve všech případech nízké (přibližně na úrovni 5 % - 20 % hodnot ve srovnání s domem řešeným dosud převažujícím způsobem z hlediska potřeby tepla na vytápění). Proporce spotřeb energie v uvažovaném příkladu je v roční bilanci přibližně tato: vytápění 35 %, teplá voda 25 %, pomocná elektrická energie 4 %, uživatelská elektrická energie 32 % (!). Roční bilance nákladů a výnosů v souvislosti se spotřebou energie a produkcí je přibližně shodná pro všechny tři varianty - s přebytkem ve prospěch provozovatele.
Hledisko primární energie pro nulový dům splní pouze varianta A. Pro variantu B a C by bylo při zachování všeho ostatního nutné zvětšit fotovoltaickou instalaci o 15 %, respektive o 25 %. Obdobnou informaci přináší i hodnocení ekvivalentních emisí CO2.
Vzhledem k rozložení investičních nákladů je (prozatím) důležitým optimalizačním kritériem minimalizace velikosti fotovoltaické instalace. Fyzická omezující podmínka je přirozeně dána velikostí garantovaně osluněné plochy domu, která je ve vhodném sklonu k dispozici. Další aktuální podmínkou (investiční) je nepřekročit takovou velikost instalace, aby bylo možné realizovat jednofázové připojení FV instalace do veřejné elektrické sítě (limitem bývá maximální proud 20 A). V opačném případě dochází ke skokovému nárůstu ceny (je potřebný další elektrický střídač). Pokud má investor přání umístit na domě větší systém, již to nemá souvislost s optimálním řešením energeticky nulového domu.
4. Závěrem
Práce na technických normách je trvalý proces. Nové znění ČSN 73 0540-2 (Tepelná ochrana budov, část 2: Požadavky), které má být připraveno v průběhu roku 2011, nabízí prostor pro další zpřesnění definic i pokynů pro výpočty a nastavení nových požadavků na stavební konstrukce a budovy. Ve výhledu je vytvoření samostatné ČSN, která by shrnovala informace umístěné dosud v TNI 73 0329 a TNI 73 0330 a přidala k nim další, zejména pokyny pro jiné druhy budov (školy, administrativa). Výpočtová norma ČSN EN ISO 13790 by měla být doplněna o národní přílohu s pokyny a daty pro provádění výpočtů v ČR. Jedním z motivů celého procesu tvorby a aktualizace zmíněných technických norem je podpora posunu zatím stále okrajového tématu pasivních domů do hlavního proudu výstavby - tedy k řešením zcela běžným.
P. S.: Kromě striktního užívání technických předpisů doporučuji užívat i zdravý rozum. Žádná norma totiž nemůže popsat všechny situace, které mohou nastat. Nesmí také bránit řešením pokročilejším.
Literatura
(1) TNI 73 0329 Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění - Rodinné domy. ÚNMZ, srpen 2010.
(2) TNI 73 0330 Zjednodušené výpočtové hodnocení a klasifikace obytných budov s velmi nízkou potřebou tepla na vytápění - Bytové domy. ÚNMZ, srpen 2010
(3) Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2010/31/EU O energetické náročnosti budov (přepracování), červen 2010
(4) Usnesení Evropského parlamentu z 31.01.2008. Action Plan for Energy Efficiency.
(5) TYWONIAK, J.: Ways from Passive to Zero-Energy House. Proceedings Int.Conference Central Europe towards Sustainable Building (CESB10), Prague, 2010
(6) TYWONIAK, J.: Energeticky nulové domy - východiska řešení. Sborník konference Alternativní zdroje energie 2010, Kroměříž. Společnost pro techniku prostředí, Praha
Příspěvek byl vytvořen za podpory projektu MPO 2A-1TP1/129. Aktualizace dokumentů TNI byla provedena v rámci řešení projektů MSM 6840770005.
The less the knowledge, the better the (shown) results.“ This proverb should never be applied in Civil Engineering works, not even in the field of energy calculations of a building. The technical documentations should provide clear evaluation guidelines and, whenever possible, plenty of straightforward information. Thanks to the subsidy programs of the Czech Republic, which are finally being applied to passive buildings, the issue of energy calculations has suddenly become important for planners and the administrators of the programs. Refining the definition of zero-energy buildings will be a key issue in the near future. Zero energy buildings should be understood as a logical continuation of passive buildings, a reasonable addition to active energy components.