Určenie nákladovo optimálnych parametrov pre bytový dom v Bratislave
Obnova bytových domov na Slovensku má stále pretrvávajúci charakter. Je však efektívna po každej stránke? Nie vždy renovácia bytových domov spĺňa ekonomickú a ekologickú podstatu zároveň. V tomto príspevku je stručne opísaná metóda výpočtu stanovenia minimálnych požiadaviek na energetickú hospodárnosť budov, ktorá určuje tzv. zlatú strednú cestu tak, aby obnovený objekt spĺňal prísne environmentálne požiadavky a zároveň aby navrhnuté systémy boli efektívne z finančného hľadiska a z hľadiska návratnosti vložených investícií.
0. Úvod
Obnova bytových domov na Slovensku má stále pretrvávajúci charakter. Je však efektívna po každej stránke? Nie vždy renovácia bytových domov spĺňa ekonomickú a ekologickú podstatu zároveň. V tomto príspevku je stručne opísaná metóda výpočtu stanovenia minimálnych požiadaviek na energetickú hospodárnosť budov, ktorá určuje tzv. zlatú strednú cestu tak, aby obnovený objekt spĺňal prísne environmentálne požiadavky a zároveň aby navrhnuté systémy boli efektívne z finančného hľadiska a z hľadiska návratnosti vložených investícií.
- Pri výpočte nákladovo optimálnych úrovní, hľadáme tzv. „zlatú strednú cestu“ pre určitý objekt, aby bola zabezpečená efektivita výstavby/obnovy súčasne po ekonomickej aj environmentálnej stránke počas celého životného cyklu.
- Metóda hodnotí všetky kombinácie bežných a rozšírených opatrení s ohľadom na ich hospodársky a environmentálny vplyv.
1. Výpočet nákladového optima
Podľa zistení z meraní v posledných rokov je známy fakt, že budovy sú najväčším prispievateľom emisií CO2 (asi 37 %) v Európskej únii, preto je záujmom a cieľom príslušných štátov zníženie emisií o plynov o 80–95 % do roku 2050, čím sa logicky dostávame k zlepšeniu energetickej hospodárnosti budov.
Obrázok 1: Oblasti ekonomického optima a oblasti nulových budov
S týmto plánom sa začalo už v roku 2010 prepracovaním smernice o EHB, kde sa vytýčili vnútroštátne požiadavky na energetickú náročnosť tak, aby bola dosiahnutá optimálna úroveň nákladov s použitím správnej metodiky výpočtu. Tieto požiadavky sa v nasledujúcich rokoch budú sprísňovať, aby bola dosiahnutá úroveň nízkoenergetických budov pre všetky novostavby od r. 2021. Nakoľko je však tento plán reálny nechám na uvážení čitateľa.
Potenciálne by sa minimálne požiadavky na energetickú hospodárnosť mali ukázať viac efektívne a účinné, ako súčasné vnútroštátne požiadavky, a náklady by mali byť nižšie alebo rovné.
Experimentálny výpočet, prebehol na konkrétnom bytovom dome, ktorý sa nachádza v Bratislave – m.č. Podunajské Biskupice. V objekte sa nachádza 80 bytov a konštrukčná výška podlažia je 2,8 m. Bytový dom prešiel obnovou zhruba pred 5 rokmi.
| Konštrukcie | U [W/m2.K] | |
|---|---|---|
| Pred | Po | |
| obvodová stena | 0,78 | 0, |
| strecha | 0,28 | 0,21 |
| medzistrop | 1,3 | 1,3 |
| pôvodné okná/nové PVC | 2,4 | 1, |
| balkónové dvere/nové PVC | 2,4 | 1,2 |
Časť: Tepelná ochrana budov
Výpočet začína stavebnou časťou základnými výpočtami tepelno-technických parametrov stavebných konštrukcií a zo všetkých variantov sa na základe čistej súčasnej hodnoty stanovia optimálne hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U [W/m2.K].
Stanovenie optimálnej hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U [W/m2.K]
S pridávaním hrúbky tepelnej izolácie, sa usilujeme o zníženie tepelných strát prechodom tepla cez obalovú konštrukciu. Avšak hrúbka tepelnej izolácie resp. stupeň rôznych opatrení je efektívny iba po určitú hranicu, ktorú predstavuje najnižšia časť krivky.
![Grafické znázornenie optimálnych hodnôt súčiniteľa prechodu tepla U [W/m².K]](/docu/clanky/0131/013142o2.jpg)
Grafické znázornenie optimálnych hodnôt súčiniteľa prechodu tepla U [W/m².K]
Pre jednotlivé stavebné konštrukcie sú vypočítané optimálne hodnoty zhrnuté v nasledujúcej tabuľke. Výpočet zahŕňa časové obdobie 30 rokov – životný cyklus budovy, okrem jej likvidácie.
| Obvodová stena | Strecha | Strop | Okná | |
|---|---|---|---|---|
| Optimálna hrúbka TI [mm] | 100 | 180 | 120 | 3sklo |
| Súčiniteľ prechodu tepla U [W/(m2.K)] | 0,26 | 0,15 | 0,32 | 0,85 |
| Potreba energie na VYK [kWh/(m2.a)] | 57,7 | 56,6 | 50,3 | 92,8 |
Na základe predchádzajúcich tabuliek je možné konštatovať, že vypočítané optimálne hodnoty pre tepelno-technické parametre budovy aktuálne nedosahujú cieľové požiadavky pre výstavbu budov s takmer nulovou spotrebou energie. Porovnanie hodnôt súčiniteľa prechodu tepla U [W/(m2.K] je zobrazené v nasledujúcej tabuľke.
| Konštrukcia | Súčiniteľ prechodu tepla U [W/(m².K)] | |
|---|---|---|
| Optimálne hodnoty | Cieľové hodnoty | |
| Obvodová stena | 0,26 | 0,14 |
| Strecha | 0,15 | 0,09 |
| Strop nad suterénom | 0,32 | 0,2 |
| Otvorové konštrukcie | 0,85 | 0,61 |
Časť: Technické zariadenia budov
Momentálne je objekt napojený na centrálne zásobovanie teplom a je tam zriadená odovzdávacia stanica tepla.
Po výbere najoptimálnejšieho variantu stavebnej časti bol k týmto hodnotám pridaný výpočet časti technických zariadení budov. Výpočet prebehol so započítaním klasických energetických nosičov – zemný plyn, ale taktiež boli zarátané systémy obnoviteľných zdrojov. S ohľadom na požiadavku zástupcu vlastníkov energie bol do výpočtov zahrnutý aj kotol na biomasu, ktorý sa však v tomto prípade ukázal ako najhoršia alternatíva.
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené modifikácie s ktorými sa počítalo, a z ktorých bolo nákladové optimum nakoniec vybraté. Výsledným kritériom v tomto prípade je najnižšia suma parametra čistá súčasná hodnota.
| Varianty opatrení | Primárna energia [kWh/m2.a] | Čistá súčasná hodnota [€] |
|---|---|---|
| 1. CZT – plyn | 164,260 | 1 036 867,50 |
| 2. CZT – biomasa drevná štiepka | 21,600 | 1 118 774,73 |
| 3. Kondenzačný kotol – zemný plyn | 160,730 | 1 060 211,37 |
| 4. Kondenzačný kotol – zemný plyn + slnečné kolektory na prípravu TV | 120,700 | 1 087 170,82 |
| 5. Kotol Biomasa – drevené peletky + slnečné kolektory na prípravu TV | 26,800 | 1 274 812,00 |
| 6. Kotol Biomasa – drevené peletky | 28,050 | 1 254 626,02 |
| 7. Tepelné čerpadlo vzduch–voda | 95,700 | 1 022 062,54 |
| 8. Tepelné čerpadlo zem–voda | 71,200 | 994 417,75 |
| 9. CZT – kombinovaná výroba tepla (CHP) | 84,700 | 1 133 997,25 |
Výsledok – krivka nákladového optima
Pre vytvorenie komplexného prehľadu sú kombinácie bežne používaných súborov energeticky úsporných opatrení posudzované na základe krivky nákladového optima.
Na nasledujúcom grafe je možné vidieť, že najvýhodnejším variantom spolu so stanovenými hodnotami pre stavebnú časť predstavuje riešenie tepelné čerpadlo zem–voda: s hodnotou primárnej energie 71,2 kWh/m2 a najnižšou čistou súčasnou hodnotou 994 417,75 €.
Obrázok 3: Krivka nákladového optima
Už začiatkom roka 2016 sú stanovené prísnejšie hodnoty na primárnu energiu ako vypočítané optimálne hodnoty, avšak nákladové optimum je stanovené na súčasnú úroveň ceny energií (aj keď s predpokladaným ročným nárastom), investičných nákladov a pod. V prospech prísnejších požiadaviek by bolo vhodné ideálnym riešením zníženie investičných nákladov pre niektoré zariadenia a nárast cien energií.
| Kategória budovy | Nákladové optimum kWh/(m2.a) | Súčasné požiadavky kWh/(m2.a) | Požiadavky po r. 2015 kWh/(m2.a) |
|---|---|---|---|
| Bytové domy | 71,2 | 126 | 63 |
| Medzera oproti požiadavke | −76 % | 11,5 % |
2. Ekonomické zhodnotenie návratnosti vypočítaného optima
Orientačné zhodnotenie návratnosti investície nám potvrdí vhodnosť vypočítaného optima, keďže preukáže optimálnu návratnosť investícií, ktorá je nižšia ako technická životnosť všetkých navrhnutých prvkov a zariadení pre objekt bytového domu.
Jednoduchá návratnosť vložených investícií 392 799 € pri realizácií navrhnutých opatrení a pri úspore 33 573 € oproti aktuálnemu stavu na základe vypočítaného nákladového optima predstavuje 11,7 roka. Podrobnejší ekonomický výpočet dosiahneme pomocou čistej súčasnej hodnoty a na základe cashflow bude možné presne vidno, v ktorom roku sa vrátia vložené investície a realizované opatrenia začnú byť pre objekt ziskové.
3. Záver
Správne určenie požiadaviek na nákladovo optimálne úrovne minimálnych požiadaviek na energetickú náročnosť budov sú stanovené na základe rozsiahlych štúdií a výskumných úloh.
Zlepšenie energetickej hospodárnosti budov si vyžaduje realizáciu úsporných opatrení, ktoré by mali byť v každom prípade efektívne. Len správne stanovenie nákladovo optimálnej úrovne jednotlivých energetických opatrení povedie k hospodárnemu využívaniu energie na čo najnižšej úrovni počas celého životného cyklu budovy.
Použitá literatúra
- [1] Delegované nariadenie komisie EÚ č. 244/2012zo 16. Januára 2012
- [2] Smernica európskeho parlamentu a rady č. 2010/31/EÚ o energetickej hospodárnosti budov
- [3] Boermans, T. et al. Cost optimal buildind performance requirements. Calculation methodology for reporting on national energy performance requirements on the basis of cost optimality within the framework of the EPBD. European Council for an Energy Efficient Economy. Stockholm, Máj 2011
- [4] Nolte, I. et al. Implementing The Cost-Optimal Methodology in Eu Countries, Marec 2013, ISBN: 9789491143083
- [5] Borisová L. – Petráš. Optimálna úroveň minimálnych požiadaviek na energetickú hospodárnosť bytových domov – čiastkové výsledky. TZB- Haustechnik č. 4/2014. ISSN 1210-356X.
The recast of the Directive on Energy Performance of Buildings defined all new buildings will be nearly zero-energy buildings by the end of 2020. However, the transformation of the EU’s building stock will not be completed until well after 2020 and this target can only constitute an intermediate step. The renovation of existing buildings stock offers significant potential for both cost-effective CO2 emissions mitigation and substantial energy consumption reduction. Therefore energy efficiency can be seen as Europe’s biggest energy resource. The cost optimal methodology may be a useful tool able to identify the more appropriate retrofit measures in order to launch the renovation of the existing building stock on a large scale.