Dopady opatrení hĺbkovej obnovy na spotrebu energie v bytovom dome
V roku 2011 Bratislava zareagovala na výzvu EÚ na program FP7-ENERGY-SMART CITIES-2012 a na účasť na medzinárodnom projekte EU-GUGLE: „Európske mestá slúžiace ako zelená mestská brána vo vedení k trvalo udržateľnej energii“. Cieľom projektu bolo dosiahnuť koncepciu energetickej hospodárnosti budov, zabezpečiť energetickú efektívnosť samotných budov pri ich používaní a znížiť energetickú náročnosť v mestskej oblasti, v ktorej sa budova nachádza.
Úvod
Podľa vyhlášky MDVRR SR č. 364/2012 Z. z. od 1. 1. 2016 [3] začala platiť druhá úroveň sprísnenia požiadaviek na energetickú hospodárnosť budov vrátane požiadaviek na tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií tvoriacich obálku budov pri smerovaní na úroveň výstavby budov s takmer nulovou potrebou energie. Podľa technickej normy STN 73 0540-2 [4] a vyhlášky [3] je súčasťou energetického posúdenia budov aj normalizované hodnotenie energetickej hospodárnosti budov (EHB). Nadväzne na zákon o EHB sa po roku 2015 požaduje, aby obnovované budovy dosiahli požiadavky na ultranízkoenergetickú úroveň výstavby, ak je to funkčne, technicky a ekonomicky uskutočniteľné. Budovy spĺňajú stanovenú energetickú úroveň výstavby, ak sa preukáže dosiahnutie aspoň hornej hranice energetickej triedy A1 pre globálny ukazovateľ – primárna energia. Predpokladom na splnenie globálneho ukazovateľa je dosiahnutie ukazovateľov na jednotlivé miesta spotreby energie a celkovej potreby energie budovy v energetickej triede A.
Technický a skúšobný ústav stavebný, n.o. bol členom konzorcia projektu EU GUGLE so zodpovednosťou za oblasť výskumu v uvedenom projekte za mesto Bratislava. TSÚS bol súčasne zodpovedným projektantom stavebnej časti hĺbkovej obnovy bytového domu P. Horova 17, 19 a spracovateľom energetického certifikátu. Cieľom bolo navrhnúť opatrenia hĺbkovej obnovy bytového domu tak, aby sa splnili ciele projektu EU GUGLE. Znamenalo to, že v čase platnosti požiadaviek na nízkoenergetickú úroveň výstavby (2014) projektovým riešením navrhnutých opatrení a realizáciou hĺbkovej obnovy sa mala v predstihu, pred nadobudnutím platnosti požiadaviek na ultranízkoenergetickú úroveň výstavby, preukázať uskutočniteľnosť, ale súčasne nákladová efektívnosť (návratnosť vynaložených finančných prostriedkov najviac za 10 rokov).
Požiadavky a podmienky navrhovania na ultranízkoenergetickú úroveň výstavby
Dosiahnuť ultranízkoenergetickú úroveň výstavby po obnove existujúcich budov je oveľa náročnejšie ako pri novej výstavbe. Ultranízkoenergetická úroveň výstavby, resp. obnovy bytových domov znamená predovšetkým splnenie požiadaviek stanovených STN 73 0540-2a vyhláškou MDVRR SR č. 364/2012 Z. z. pre:
- súčiniteľ prechodu tepla U vo W/(m2.K) stavebných konštrukcií – odporúčaná hodnota (platná ako normalizovaná od 1. 1. 2016);
- potreba energie na vykurovanie – maximálne ½ z rozpätia triedy B (≤ 40 kWh/(m2.a)) podľa vyhlášky MDVRR SR č. 364/2012 Z. z., horná hranica triedy A;
- potreba energie na prípravu teplej vody (TV) – maximálne ½ z rozpätia triedy B (≤ 20 kWh/(m2.a)) podľa vyhlášky MDVRR č. 364/2012 Z. z., horná hranica triedy A;
- primárna energia – maximálne horná hranica energetickej triedy A1 (63 kWh/(m2.a)) podľa vyhlášky MDVRR SR č. 364/2012 Z. z.
Splnenie uvedených kritérií si vyžaduje zodpovednejší prístup už vo fáze projektového riešenia obnovy a následne aj vo fáze jej zhotovovania. Veľmi dôležitý je už výber vhodných materiálov, výrobkov a hlavne technické riešenie samotných detailov tak, aby spĺňali tie najprísnejšie kritéria. Podstatou riešenia musí byť maximálna eliminácia tepelných mostov, zabránenie zatekania cez detaily stavebnej konštrukcie a nadmernej prievzdušnosti danými detailami. Rozhodujúcimi konštrukčnými prvkami sú najmä otvorové konštrukcie spolu s vetracími systémami a spôsob ich zabudovania. Okná a vysoko výkonné zasklenia sa výrazne podieľajú na celkovej energetickej bilancii budovy. Rozhodujúcim ukazovateľom je kombinácia tepelnoizolačných vlastností (súčiniteľ prechodu tepla Uw ≤ 1,0 W/(m2.K), solárneho faktoru (celková priepustnosť slnečnej energie zasklenia g), škárovej prievzdušnosti (iIV) a vhodné je použitie dištančného rámika zasklenia so zlepšenými tepelnoizolačnými vlastnosťami. Pre ultranízkoenergetickú úroveň výstavby je potrebné riešiť hygienicky nutnú výmenu vzduchu riadeným vetraním aj s využitím rekuperácie vzduchu. To vyžaduje riešiť aj nové detaily osadenia týchto konštrukčných prvkov v nadväznosti na ich zabudovanie v úrovni ETICS pri dodržaní technologických predpisov.
Z uvedených požiadaviek je zrejmé, že pre ich splnenie najmä v oblasti potreby energie na vykurovanie a prípravu TV je potrebné pri obnove bytových domov vykonať „hĺbkovú obnovu“. Teda významnu obnovu v oblasti stavebných konštrukcií a významnú obnovu v oblasti technických systémov budovy.
Navrhované opatrenia
Jedným z navrhovaných bytových domov na obnovu v rámci projektu EU GUGLE sa stal radový bytový dom (stredná sekcia), ktorý má 8 NP – z toho 7 podlaží je bytových a 1. NP – prízemie je nebytové (vstupné priestory, spoločné priestory). Bytový dom je postavený v stavebnej sústave P1.14-7.5RP. Zastavaná plocha typického podlažia je 540,9 m2, celková podlahová plocha bytovej časti budovy je 3 786,3 m2.
Obr. 1 Pohľad na priečelie bytového domu v pôvodnom stave
Obr. 2 Pohľad na priečelie po obnove
Opatrenia týkajúce sa významnej obnovy stavebných konštrukcií:
- výmena otvorových konštrukcií (výmena všetkých otvorových konštrukcií, aj v minulosti už vymenených za konštrukcie s izolačným trojsklom),
- inštalácia decentrálneho systému kontrolovaného vetrania s rekuperáciou tepla v každom byte/miestnosti bytu,
- zateplenie obvodových stien (s overením zabudovania požiarnych zábran a riešení detailov podľa STN 73 2901: 2015 a 73 0802/Z2/O1: 2015) a vyrovnaním plochy s ohľadom na rovinu zasklenia lodžií s použitím kotiev so zapustenými hlavicami,
- zateplenie strešného plášťa so zvýšením atiky a úpravou nadstavieb inštalačných šácht s odvetraním,
- obnova lodžií a ich zasklenie,
- zateplenie stropu nad 1. NP (vstupné podlažie),
- výmena vchodových dverí a dverí v zádverí, výmena presklených stien.
V rámci hĺbkovej obnovy sa uskutočnila obnova technických systémov a vnútorných rozvodov:
- modernizácia zvislých rozvodov SV, TV a cirkulácie TV vrátane ich tepelnej ochrany,
- modernizácia splaškovej kanalizácie, vodorovných a zvislých inštalácií plynu a vedení odpadného vzduchu (vrátane uskutočnenia špeciálnych opatrení pri likvidácii škodlivého odpadu na báze azbestu), výmena odsávacích ventilátorov vo WC a kúpeľniach.
Vzhľadom na hniezdenie dažďovníkov a netopierov sa do tepelnoizolačného kontaktného systému zabudovali búdky pre chránené živočíchy.
Na zabezpečenie splnenia predpokladaných parametrov budovy na ultranízkoenerge-tickej úrovni výstavby (splnenie globálneho ukazovateľa primárnej energie) sa uskutočnil opatrenia:
- realizácia odpojenia od CZT,
- vybudovanie zdrojov tepla a prípravy TV založených na OZE (tepelné čerpadlá vzduch-voda), rozvod vykurovania a TV,
- zabudovanie malého fotovoltického zdroja elektriny,
- zabudovanie inteligentného modulu kontroly a riadenia.
Rozhodnutiu o návrhu zmien v oblasti tepelnej ochrany budov predchádzala podrobná analýza kombinácie tepelnotechnických vlastností jednotlivých stavebných konštrukcií a ich komponentov. Uplatnilo sa zateplenie obvodového plášťa s uplatnením ETICS na báze EPS s grafitom s požiarnymi zábranami z MW (FB S C1, šírky 200 mm) s hodnotou U = 0,208 W/(m2.K). Na zateplenie strešného plášťa sa použili dosky EPS 150 (2 × 120 mm) – U = 0,096 W/(m2.K). Otvorové konštrukcie sa vymenili za konštrukcie sú s izolačným trojsklom (Ug = 0,7 W/(m2.K), Uf = 1,0 W/(m2.K), g = 0,6). Zasklili sa lodžie a zabudovali sa rekuperačné jednotky.
Snahou bolo opatreniami v tepelnej ochrane budovy dosiahnuť čo najnižšiu hodnotu potreby tepla na vykurovanie. Súčasne sa zohľadňovala požiadavka projektu EU GUGLE, dosiahnuť úsporu primárnej energie aspoň 38 % v porovnaní s platnou požiadavkou v čase spracovania projektovej dokumentácie (nízkoenergetická úroveň výstavby). Výpočtom sa preukázalo dosiahnutie mernej potreby tepla QH,nd = 19,7 kWh/(m2.a) a úspora mernej potreby tepla 74,8 %.
Ciele projektu EU GUGLE stanovené pre primárnu energiu nebolo možné dosiahnuť pre BD na ul. P. Horova 17 a 19, pokiaľ by zostalo zásobovanie teplom a teplou vodou (TV) z CZT. Oba susedné domy nie sú zateplené a dodávateľ tepla musí dodávať vykurovacie médium (teplá voda) na projektovaný teplotný spád 92,50 °C/67,50 °C, aby tak pokryl oveľa vyššiu tepelnú stratu susedných dvoch bytových domov.
Splnenie globálneho ukazovateľa primárnej energie ovplyvňujú faktory primárnej energie určené pre jednotlivé energetické nosiče. V čase spracovania projektovej dokumentácie platila pre elektrinu hodnota 2,764 (v súčasnosti 2,2) a pre plyn (vrátane CZT) 1,36 (v súčasnosti sa stanovuje podľa osobitného predpisu).
Pre bytový dom P. Horova sa s ohľadom na splnenie globálneho ukazovateľa vyjadrujúceho ultranízkoenergetickú úroveň výstavby A1 navrhol vlastný zdroj tepla (tepelné čerpadlá vzduch–voda) a malý fotovoltický zdroj o výkone 10 kWp v sklone 20° (podrobnosti pozri v nasledujúcom príspevku):
- globálny ukazovateľ: primárna energia budovy sa zníži: z pôvodného stavu 238,60 kWh/(m2.a) pri CZT na 58,52 kWh/(m2.a), čo je zníženie o 75,47 % (v porovnaní s úrovňou požiadavky na nízkoenergetickú úroveň výstavby sa dosiahlo zníženie o 40 %, čo je viac ako požiadavka EU GUGLE 38 %);
- emisie CO2 klesnú z 39,85 kg/( m2.a) pri CZT na 6,14 kg/(m2.a), čo je menej o 84,59 %, resp. zo 150 884 kg CO2/rok pri CZT na 23 248 kg CO2/rok, čo znamená zníženie emisií o 127,64 tony CO2/rok oproti CZT.
Vyhodnotenie
Realizáciou hĺbkovej obnovy na úroveň ultranízkoenergetickej úrovne výstavby sa v roku 2016 bytový dom na ulici P. Horova 17 a 19 v Bratislave – m. č. Devínska Nová Ves, stal prvým obnoveným bytovým domom na túto úroveň nielen v uvedenej mestskej časti, ale aj v celej Slovenskej republike, pričom sa významná obnova budovy (stavebných konštrukcií) a významná obnova technických systémov uskutočnila naraz (v období od septembra 2015 do marca 2016).
Navrhnutými a zrealizovanými úpravami na bytovom dome (vykurovaná plocha budovy = 2953,86 m2 a celková podlahová plocha budovy = 3786,00 m2) sa dosiahlo (pozri grafy):
- zníženie spotreby tepla na vykurovanie z 312 000 kWh v roku 2010 na 94 000 kWh v roku 2018, čiže spotreba tepla na vykurovanie sa znížila z 82,41 kWh/(m2.a) na 24,83 kWh/(m2.a);
- zníženie mernej spotreby tepla na vykurovanie z 0,0224 kWh/(m2.°D) v roku 2010 na 0,0085 kWh/(m2.°D) v roku 2018;
- zníženie spotreby tepla na ohrev teplej vody (TPV) z 156 820 kWh v roku 2011 na 94 315 kWh v roku 2018; čiže spotreba tepla na ohrev TPV sa znížil z 41,42 kWh/(m2.a) na 24,91 kWh/(m2.a);
- zníženie mernej spotreby tepla na ohrev TPV z 41,4 kWh/m3 (0,3314 kWh/(m3.osoba)) v roku 2011 na 24,9 kWh/m3 (0,2129 kWh/(m3.osoba)) v roku 2018;
- vybudovaním malovoltického zdroja elektrickej energie sa porovnaním vlastnej spotreby vyrobenej elektrickej energie a celkovej spotreby elektrickej energie dosiahol podiel vlastnej sebestačnosti 9,74 % v roku 2017, resp. 10,74 % v roku 2018;
- Celková spotreba elektrickej energie v roku 2018 bola 76 554,59 kWh, pomocou ktorej tepelné čerpadlá vyrobili 188 315 kWh tepla na vykurovanie a ohrev teplej vody (2,46násobná premena);
- náklady na teplo na vykurovanie v porovnaní s najvyššiou spotrebou za sledované obdobie 28 115,1 € v roku 2013 klesli na 4 552,7 € v roku 2018 (zníženie o 83,8 %).
Na obr. 9 sú uvedené náklady na teplo na vykurovanie v jednotlivých rokoch a na obr. 10 sa uvádza skladba nákladov na hĺbkovú obnovu.
Obr. 3 Spotreba tepla na vykurovanie
Obr. 4 Merná spotreba na vykurovanie
Obr. 5 Spotreba na tepla na prípravu TPV
Obr. 6 Merná spotreba tepla na prípravu TPV
Obr. 7 Vlastný malovoltický zdroj elektriny 2017
Obr. 8 Vlastný malovoltický zdroj elektriny 2018
Obr. 9 Náklady na teplo na vykurovanie v rokoch
Obr. 10 Skladba nákladov na hĺbkovú obnovu
Záver
Bytový dom sa po uskutočnení hĺbkovej obnovy podľa vyhlášky MDVRR č. 364/2012 Z. z. zaradil:
- podľa potreby energie na vykurovanie a prípravu TV, ako aj celkovej potreby energie v budove do triedy energetickej hospodárnosti budovy A;
- podľa globálneho ukazovateľa – primárna energia do triedy energetickej hospodárnosti budovy A1.
Obr. 11 Celkový pohľad na obnovený bytový dom
Obr. 12 Energetický certifikát
Literatúra
- Zákon č. 300/2012 Z. z., ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov a ktorým sa mení a dopĺňa zákon č. 50/1976 Zb. o územnom plánovaní a stavebnom poriadku (stavebný zákon)
- Zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov zo dňa 8. novembra 2005
- Vyhláška MDVRR SR č. 364/2012 Z. z., ktorou sa ustanovujú podrobnosti o výpočte energetickej hospodárnosti budov a obsah energetického certifikátu z 12. novembra 2012
- STN 73 0540-2: 2012/Z1: 2016 Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky, 2012 (73 0540)
- STN 73 0540-3: 2012 Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 3: Vlastnosti prostredia a stavebných výrobkov, 2012 (73 0540)
- Sternová, Z. a kol. Energetická hospodárnosť a energetická certifikácia budov. Bratislava: Jaga group, s.r.o., 2010
- Projektová dokumentácia hĺbkovej obnovy bytového domu P. Horova 17, 19, Bratislava – DNV na stavebné povolenie spracovaná v úrovni realizačnej projektovej dokumentácie (stavebná časť), vypracovaná TSÚS, n.o., pracovisko VVÚPS – NOVA, Bratislava, 2014
In 2011, Bratislava responded to the EU call for the FP7-ENERGY-SMARTCITIES-2012 Program and for participation in the EU-GUGLE international project “European cities serving as Green Urban Gate to Leadership in Sustainable Energy To Sustainable Energy”. The aim of the project is to achieve the concept of energy performance of buildings, ensuring the energy efficiency of the buildings themselves when using them and reducing the energy intensity within of the urban area where the building is located.