Rekonstrukce panelového domu do pasivního standardu s přijatelnou ekonomickou návratností
1. Úvod
Příspěvek popisuje některé výsledky výzkumného úkolu Komplexní rekonstrukce panelových domů do nízkoenergetického standardu, který zpracoval EkoWATT za podpory MŽP ČR v letech 2007 - 2010. Je zde popsán jeden z hlavních nástrojů: parametrický model umožňující vyhodnocení velkého vzorku virtuálních budov generovaných pravděpodobnostní metodou, dále případová studie rekonstrukce panelového domu do pasivního standardu s využitím dotace s ekonomickou návratností 8 let a závěrem webová aplikace umožňující jednoduché zadání panelového domu do výpočetního modelu a testování efektu úsporných opatření.
2. Panelové domy - dědictví komunistické éry
Panelová výstavba se objevuje v mnoha evropských zemích, ale největší rozmach zaznamenala v zemích bývalého východního bloku. Rychlá výstavba domů měla velký ideologický význam. Přípravná fáze výstavby se odehrávala mimo dohled běžných lidí a rychlé budování domů na staveništi bylo vydáváno za úspěch socialismu. Centrální plánování umožňovalo nasazení této technologie bez ohledu na názor obyvatel, což pomohlo vyřešit otázku nedostatku bytů.
Panelové domy se v ČR stavěly od 60. do počátku 90. let. Dnes je v ČR v panelových domech cca 1,2 mil. bytů, které obývá třetina národa. Problém je v tom, že v době socialismu centrální plánovači navrhovali domy na životnost max. 40 let s tím, že po uplynutí této doby socialismus dosáhne úspěchů, které umožní výstavbu nahradit. Úspěchy se však nedostavily, což vedlo k tomu, že po roce 1989 třetina národa zjistila, že začíná platit velmi vysoké náklady na bydlení spojené s dodávkami tepla a že se jejich příbytky začínají místy rozpadat.
V devadesátých letech se začaly panelové domy zateplovat kontaktními zateplovacími systémy a začala se vyměňovat okna. Pokusy o rekonstrukce z této doby nebyly příliš povedené, protože energie byly stále ještě velmi levné. Většinou se zateplovaly obvodové stěny, méně často byly izolovány současně i střechy a strop technického podlaží. Používaly se většinou izolanty o tloušťce 40 - 60 mm, což vedlo k mírnému zlepšení vlastností budovy, ale z dnešního pohledu se problémy spíše konzervovaly. Postupem času se začaly díky větším nárokům na tepelnou ochranu budov a rostoucím cenám energií používat větší tloušťky izolace, tj. 80 - 100 mm. Teprve v posledních letech je běžné použití izolantů 120 mm a více. S technologiemi zateplení se začaly objevovat kvalitněji prováděné výměny oken a stále populárnější zasklívání lodžií, které rozšiřovalo obytnou plochu malých panelákových obýváků o několik dalších čtverečních metrů temperovaného prostoru.
Všechna tato opatření byla navrhována z ekonomického pohledu, tj. pro snížení provozních nákladů. Se zateplováním a výměnami oken se ale objevil nový problém - změna vnitřního prostředí v bytech. Výměnou oken bylo totiž zcela zamezeno větrání. Obyvatelé domů zvyklí na záclony vlající v průvanu před netěsnícími původními okny se radovali z úspory tepla po jejich výměně, aniž by získali návyk alespoň minimálně větrat. Kromě nevyhovujících hygienických podmínek se tak v bytech začala zvyšovat vlhkost, což v řadě případů vedlo k výskytu plísní a vlhnutí stavebních konstrukcí.
Z dnešního hlediska by měla komplexní rekonstrukce panelového domu zahrnovat nejen opatření pro snížení energetické náročnosti vytápění, ale měla by řešit i otázku vnitřního prostředí v budovách.
Další oblastí, která byla a dosud je opomíjena, je spotřeba tepla na přípravu teplé vody, která je stejně významná jako spotřeba na vytápění a jejíž úspora je i dosažitelnější, ale nikdy nebyla předmětem takového zájmu jako vytápění, protože TZB nejsou tolik na očích jako stavební konstrukce. Zatímco spotřebu tepla na vytápění je možno standardními opatřeními snížit cca o 40 %, u teplé vody to může být i více, protože účinnost cirkulačního rozvodu v panelových domech málokdy přesahuje 20 - 30 %.
Většina dosud vyjmenovaných opatření řešila energetickou náročnost na úrovni domu. Při větším odstupu však nutně narazíme na otázku efektivity výroby a dodávky energie v rámci celého sídliště nebo i širšího systému. Zde přichází na řadu otázka decentralizace dodávek energie a využití menších zdrojů včetně obnovitelných zdrojů energie. Díky rozvoji technologií je nyní k dispozici mnoho možností jak snižovat energetickou náročnost panelových domů při současném zachování kvality vnitřního prostředí a omezovat i ztráty energie v širším systému. Ne všechny tyto možnosti jsou dnes využívány, ať už z hlediska nedostatku zkušeností, finanční nákladnosti či technické náročnosti při instalaci některých technologií.
Na porovnání a vyhodnocení potenciálu a efektu jednotlivých možností snižování energetické náročnosti byl zaměřen výzkumný úkol EkoWATTu podpořený grantem MŽP ČR, který probíhal v letech 2007 - 2010.
3. Parametrický model umožňující statistické hodnocení vlivu úsporných opatření - virtuální město
Při hledání klíče k energetické náročnosti panelových budov narazíme velmi brzy na mýtus. Je jím vztahování energetické náročnosti budov k jednotlivým konstrukčním soustavám. Při podrobnější analýze ale zjistíme, že konstrukční soustava má pouze malý vliv na energetickou náročnost objektu; mnohem větší dopad má tvar objektu a doba jeho vzniku, která definuje vlastnosti stavebních konstrukcí. Na druhou stranu je zapotřebí věnovat poměrně detailní pozornost geometrii budovy, různě orientovaným proskleným plochám a jejich stínění, které mají na potřebu tepla na vytápění největší vliv. Geometrie budovy je sama o sobě velký problém, protože každá stavební soustava je pouze stavebnicí, ze které je ale možné postavit prakticky cokoli. Samozřejmě existují tvary domů, které se vyskytují častěji, ale tento přístup není možno použít pro zevšeobecnění tvrzení o dopadech konkrétního opatření na celý vzorek budov.
Řešením je parametrický model, který nepracuje s konkrétními plochami konstrukcí, ale s parametry, jako je hloubka sekce, posun sekcí, procento prosklení, atd. Každý parametr má určité procento výskytu a statistickou distribuci. Celkově jsou v modelu použity desítky parametrů, z nichž některé se týkají stavebních konstrukcí, tvaru budovy, další TZB apod. Pokud jsou tyto parametry kombinovány v rámci určitých logických omezení, vznikne virtuální budova, která by teoreticky mohla existovat někde v ČR. Parametrický model pracuje se vzorkem 10 000 virtuálních budov, které víceméně odrážejí zastoupení tvarů, typů a vlastností skutečně existujících panelových domů v ČR.
 |
 |
Obr. 1 Schéma parametrického modelu
Na toto "virtuální město" jsou následně aplikována opatření a jejich kombinace. Pro původní a výsledný stav jsou vypočítány energetické, ekonomické a environmentální parametry. Model umožňuje výpočet pro všech 10 000 budov podle standardních postupů a norem, jako jsou EN 13 790, TNI 73 0330. Pro dosažení přesnějších výsledků využívá částečně metodiku PHPP.
4. Dosažitelnost pasivního standardu
Běžná rekonstrukce zahrnuje obvykle tyto položky: Zateplení obvodových stěn v kombinaci EPS a MV tl. 120 mm, zateplení stěn lodžií EPS tl. 80 mm, sanace střešního pláště střechou plus EPS tl. 100 mm, výměna oken v bytech i na schodišti Uw=1,1 W/m2K. Oproti tomuto postupu byla zvažována následující varianta: Zateplení obvodových stěn v kombinaci EPS a MV tl. 200 mm, zateplení stěn lodžií šedým EPS tl. 80 mm, sanace střešního pláště střechou plus EPS tl. 170 mm, výměna oken v bytech i na schodišti Uw=1,1 W/m2K, centrální rovnotlaký ventilační systém s rekuperací a případná výměna zdroje tepla a ohřevu vody. Nadstandardní postup s sebou samozřejmě nese i nutnost řešení vzduchotěsnosti objektu a tepelných mostů.
Výsledky a jejich hodnocení do značné míry závisí na metodě hodnocení. Obecně lze konstatovat, že výsledky podle TNI 73 0330 jsou mírně "lepší" oproti výsledkům podle EN 13 790 v kombinaci s metodikou PHPP (dále jen EN 13 790 + PHPP). Podle TNI lze uvedenou kombinací opatření zlepšit 90 % objektů do pasivního standardu (z hlediska potřeby tepla na vytápění), pokud by byla úspěšně vyřešena otázka vzduchotěsnosti. V opačném případě dosáhne pasivního standardu pouze 55 % objektů. (Podle EN 13 790 +PHPP však většina objektů dosáhne "pouze" nízkoenergetického standardu).
Obr. 2 Porovnání výpočtu podle TNI 73 0330 pro n50=0,6 a 2,0h-1 a podle TNI
Obr. 3 Dosažitelná úroveň energetické náročnosti - běžná a nadstandardní rekonstrukce (n50 = 2h-1)
Důležité je ekonomické hledisko. Běžná rekonstrukce má obvykle při ceně tepla 480 Kč/GJ prostou ekonomickou návratnost v rozsahu 7 - 14 let. Nadstandardní rekonstrukce posunuje tuto návratnost na hranici 10 - 18 let. Pokud je však kombinována se změnou zdroje tepla (instalace tepelného čerpadla), vrací se návratnost na velmi přijatelných 9 - 15 let, což se významně neliší od běžného postupu.
5. Případová studie - BD Augustinova
Pilotní projekt Augustinova navrhuje komplexní balíček opatření pro bytový dům VVÚ ETA, který je dosud před jakoukoli rekonstrukcí. Výchozí vlastnosti objektu jsou však relativně velmi dobré.
Pro rekonstrukci byly navrženy varianty Minimum (výměna oken a MIV, zasklení lodžií a instalace větracího systému), Standard (Minimum + zateplení) a Pasiv (Standard + zvětšené tloušťky izolací). Tyto základní varianty byly dále kombinovány s instalací tepelného čerpadla vzduch - voda.
Pro další hodnocení byly zvoleny varianty Standard a Pasiv kombinované dále s výměnou zdroje. Jako nový zdroj tepla pro vytápění i ohřev vody bylo navrženo absorpční tepelné čerpadlo na zemní plyn nebo tepelné čerpadlo poháněné elektřinou, obojí v provedení vzduch - voda.
 Obr. 4 Porovnání variant podle PENB |
 Obr. 5 Porovnání variant podle TNI 73 0330 |
 Obr. 6 Měrné investiční náklady |
 Obr. 7 Měrná kumulovaná úspora provozních nákladů |
Parametry výsledné budovy splňují podmínky dotace z programu Zelená úsporám, která by v daném případě činila 5 mil. Kč.
| Investiční náklady (tis. Kč) | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Varianta | Stavební opatření | Větrání | Zdroj tepla | Celkem | Prostá návratnost s dotací 5 mil. Kč (roky) |
| Standard | 15360 | 4202 | 0 | 19562 | 9 |
| Standard + TČ plyn | 15360 | 4202 | 2470 | 22032 | 8 |
| Standard + TČ elektřina | 15360 | 4202 | 2740 | 22302 | 8 |
| Pasiv | 17630 | 4202 | 0 | 21832 | 10 |
| Pasiv + TČ plyn | 17630 | 4202 | 1830 | 23662 | 8 |
| Pasiv + TČ elektřina | 17630 | 4202 | 1780 | 23612 | 8 |
6. Výpočetní nástroj pro veřejnost
Parametrický model byl využit pro tvorbu webové aplikace určené pro vzdělávání veřejnosti. Výpočetní nástroj je zde převeden do grafického formátu, ve kterém i laik dokáže zadat parametry panelového domu. Na tomto modelu lze poté experimentálně testovat efekt případných úsporných opatření.
Výpočet probíhá pro konkrétní lokalitu. V dalším kroku je stanoven počet podlaží, sekcí a další základní parametry. Následně je definován půdorys sekce a zastoupení jednotlivých konstrukcí. Po zadání objektu je možno aplikovat úsporná opatření a sledovat jejich dopady.
 |
 |
 |
Obr. 8 Náhledy aplikace
Nástroj je dostupný z http://panelovedomy.ekowatt.cz.
The article describes some of the results of the research project R&D SP3g522107 – Full renovation of panel buildings in the low energy standard, which was carried out by EkoWATT with the support of the Ministry of the Environment in the years 2007-2010. One of the main instruments described is the parametric model, which allows the evaluation of a large sample of virtually generated building probabilistic methods, a case study of a renovation of a panel building to a passive standard using a grant with a 8 year investment return and also, an internet application that easily allows to add a panel building to a computer model and test the effects of the saving measures.