Energetická certifikácia rodinných domov

Energetická certifikácia budov na bývanie, a teda aj rodinných domov, je založená na hodnotení vlastností tepelnej ochrany budovy, vykurovacieho systému a ohrevu pitnej vody. Veľká heterogenita architektúry rodinných domov spôsobuje, že sa rodinné domy s veľkým faktorom tvaru – napríklad typu bungalov alebo átriové rodinné domy – postavené z najmodernejších materiálov a technológií pri súčasnom spôsobe hodnotenia v právnych predpisoch dostávajú do nepriaznivého hodnotenia, do energetickej triedy D alebo C. Oprávnene?

Hodnotenie energetickej hospodárnosti budov podľa EPBD smernice [1] je v technických špecifikáciách podporujúcich EPBD založené na hodnotení troch vlastností:

• stavebnej podstaty budovy vyjadrenej priestorovými a plošnými parametrami budovy, tepelnotechnickými vlastnosťami stavebných konštrukcií – teda tepelnej ochrany budovy. Energetickým ukazovateľom jednotlivých vlastností týchto konštrukcií je U-hodnota. Integrálnym ukazovateľom energetických vlastností budovy je potreba tepla (energy need) na vykurovanie, resp. chladenie. Teda množstvo tepla, ktoré treba dodať (odobrať) ideálnym fiktívnym vykurovacím (chladiacim) systémom, aby sa udržala požadovaná teplota;
• vlastností energetických systémov budovy – pri vykurovaní sa hodnotia vlastnosti vykurovacieho systému. Ukazovateľom jeho vlastností je potreba energie na vykurovanie (energy use for space heating). Udáva tepelnú energiu, ktorú treba dodať reálnemu vykurovaciemu systému, aby bolo možné zabezpečiť potrebu tepla na vykurovanie. Táto hodnota sa určí pomocou účinností podsystémov vykurovania. Budova má však viac energetických systémov, a teda „miest spotreby“. Pre každé miesto spotreby energie a pre každé energetické médium v budove sa určuje dodaná energia so zohľadnením systémov vykurovania, núteného vetrania a klimatizácie, prípravy teplej vody a zabudovaného vnútorného osvetlenia. Celková dodaná energia sa určí súčtom potrieb energií pre jednotlivé systémy. Celkovou dodanou energiou je všetka energia, ktorou zásobuje budovu trhový dodávateľ energie, a ktorá sa spotrebuje v priestore vymedzenom hranicami budovy; zahŕňa aj vlastnú spotrebu energie systémov vykurovania, klimatizácie, prípravy teplej vody, vetrania a osvetlenia potrebnú na transformáciu a prenos dodávanej energie na využiteľnú energiu, napríklad spotrebu energie ventilátorov, čerpadiel;
• potrebných palivovo-energetických zdrojov – sú to energetické médiá na realizáciu potrebnej dodanej energie. Tu sa má zhodnotiť aj možnosť využitia obnoviteľných zdrojov energií. Ukazovateľom je množstvo emisií oxidu uhličitého, ktorým budova zaťaží životné prostredie.

Kritériá hodnotenia energetickej hospodárnosti budov
Budova používa spravidla viac druhov energií, napríklad tepelnú a elektrickú (pri vykurovaní a príprave teplej vody). Pri výpočte charakteristík systémov vykurovania a prípravy teplej vody sa zahŕňajú ich tepelné straty. Tieto tepelné straty systémov vykurovania a prípravy teplej vody sa počítajú osobitne pre tepelnú energiu a elektrickú energiu, aby sa určila celková dodaná energia a následne sa mohla určiť primárna energia.

Princíp určovania primárnej energie je nevyhnutný, aby sa umožnila jednoduchá integrácia príspevkov jednotlivých druhov energií (napríklad tepelnej a elektrickej). Týmto sa integrujú tepelné straty pri toku energie od zdroja do budovy, a tým sa umožňuje porovnanie energetických požiadaviek rozličných druhov vykurovacích systémov a systémov prípravy teplej vody. Je tu zahrnutá aj tepelná strata mimo hranice budovy (napríklad pri sústavách CZT). Primárna energia sa určuje súčinom dodanej energie a primárneho energetického faktora.

Primárny energetický faktor zohľadňuje energiu na získanie primárneho energetického média, energiu na dopravu energetického média z miesta produkcie do miesta spotreby, energiu na transformáciu primárneho energetického média na dodaný palivovo-energetický zdroj. Teda zahrňuje energiu potrebnú na výrobu, akumuláciu, prenos, distribúciu a ďalšie úkony potrebné na dodanie do budovy, v ktorej sa dodaná energia použije. Primárna energia sa určí pomocou dodanej energie a exportovanej energie z budovy pre každý palivovo-energetický zdroj. Koncept primárnej energie umožňuje jednoduché spočítanie rozličných druhov energií, lebo integruje tepelné straty na celom toku energie od zdroja k užívateľovi, a to aj vtedy, ak sú tieto straty mimo hraníc budovy. Straty sú zahrnuté v primárnom energetickom faktore.

Najčastejšie sa ako kritérium hodnotenia používa primárna energia. Ako doplnenie hodnotenia sa udávajú emisie oxidu uhličitého. Takáto situácia je vo väčšine krajín EÚ, kde majú skúsenosti s energetických hodnotením budov. U nás zavedené kritérium hodnotenia vo vyhl. 625/2006 Z. z. [5] pre zaradenie budovy do energetickej triedy je tzv. globálny ukazovateľ budovy. Je to celková dodaná energia v kWh/m² podlahovej plochy. Teda v tomto kritériu nie sú zohľadnené palivovo-energetické zdroje. Neuralgickým problémom je aj zohľadnenie obnoviteľných zdrojov energií v budovách diaľkového vykurovania. V dodanej energii nie sú započítané obnoviteľné zdroje energií, napríklad v aktívnych solárnych systémoch.

Súčasné hodnotiace metódy energetickej hospodárnosti budov nerozlišujú medzi rozličnými kvalitami energetických tokov do budovy z rozličných energetických zdrojov. Pritom meradlom kvality energie je maximálna práca, ktorá môže byť produkovaná z daného množstva energie pri určitých referenčných podmienkach (teplota, tlak, vlhkosť).

Hodnotenie energetických tokov do budovy sa uskutočňuje v súčasnosti zvyčajne na konci analýzy na základe potreby na dodané množstvo energie. Hodnotenie energetických tokov do budovy z rozličných energetických zdrojov sa však má realizovať ako vážený súčet dodaných energií pomocou primárnych energetických faktorov. Takýto postup sa uplatňuje vo väčšine krajín EÚ a tento postup opisujú aj príslušné európske normy [3]. Teda opisuje sa tu postup transformácie energetických tokov do budovy na primárnu energiu. Primárne energetické faktory nie sú však odvodené od analytického základu alebo analýzy termodynamických procesov, ale sú odvodené zo štatistických materiálov ministerstiev, bilančných ukazovateľov v národnom hospodárstve danej krajiny.

Naznačený problém spočíva v tom, ktoré kritérium sa má zvoliť na určenie globálneho ukazovateľa budovy. Vývoj tu ide smerom k veličinám, ktoré zohľadňujú energetické toky do budovy. Teda nielen od hranice budovy k miestu „spotreby“, ako je to v znení vyhlášky MVRR SR č. 625/2006 Z. z. [5]. Takým ukazovateľom je primárna energia. To je však už problematika, ktorá sa môže riešiť len v rámci inovácií právnych predpisov v SR.

Hodnotenie tepelnej ochrany
Aj po nadobudnutí účinnosti zákona č. 555/2005 Z. z. [4] je energetické hodnotenie budov v stavebnom práve SR vymedzené postavením tepelnej ochrany budov vo vyhláške MŽP SR č. 532/2002 Z. z. [6]. Tu sa odvolávkami na nižšie stupne predpisov zozáväznili kritériá na navrhovanie a posudzovanie z STN 73 0540-2 formulované takto:

• kritérium minimálnych tepelnoizolačných vlastností stavebnej konštrukcie (maximálnej hodnoty súčiniteľa prechodu tepla U, resp. minimálnej hodnoty tepelného odporu),
• kritérium výmeny vzduchu (minimálnej priemernej výmeny vzduchu v miestnosti),
• hygienické kritérium (minimálnej teploty vnútorného povrchu tepelných mostov),
• energetické kritérium (maximálnej mernej potreby tepla na vykurovanie).

Ukazovateľom tepelnej ochrany v systéme konštrukcií budovy je potreba tepla na vykurovanie. Normalizované hodnoty potreby tepla na vykurovanie v STN 73 0540-2 sa vyjadrujú v závislosti od faktora tvaru (obr. 1). Faktor tvaru je podiel plochy teplovýmenného obalu a obostavaného objemu. Potreba tepla na vykurovanie zahŕňa vlastnosti všetkých konštrukcií na teplovýmennom obale budovy a rešpektuje aj tepelné zisky, ktoré môžu znižovať nároky na potrebný vykurovací výkon. Určuje sa z bilancie tepelných strát a ziskov. V našich klimatických podmienkach prevládajú v tepelnej bilancii tepelné straty. Na splnenie energetického kritéria v STN 73 0540-2 sa odporúča minimalizovať tepelnú stratu budovy.

Tepelná ochrana budovy v konečnom dôsledku môže ovplyvniť zaradenie budovy do energetickej triedy. Platí veľmi jednoduchý vzťah medzi tepelnou ochranou budovy a jej energetickou potrebou pre zariadenia vykurovacích systémov. Čím je úroveň tepelnej ochrany vyššia, tým nižšia je potreba tepla na vykurovanie. Takéto jednoduché a jednoznačné konštatácie si však už nemôžeme dovoliť vo vzťahu ku klimatizácii. Napríklad vysoká tepelná izolácia transparentných konštrukcií pri slabšej slnečnej ochrane transparentných konštrukcií tu, naopak, môže viesť k zvýšeným nárokom na chladiaci výkon a energetickú hospodárnosť klimatizácie. Teda postavenie tepelnej ochrany stavebných konštrukcií a budovy sa dostáva do tesnejších väzieb so zariadeniami techniky prostredia.

Škály energetických tried pre vykurovanie vo vyhláške MVRR SR č. 625/2006 Z. z. [5] sú v tab. 2 pre vybrané kategórie budov (rodinné domy a bytové domy). Minimálne požiadavky tohto právneho predpisu tvoria hornú hranicu energetickej triedy B. V tab. 2 je uvedená hodnota potreby energie na vykurovanie, teda potreba tepla na vykurovanie zvýšená o energiu na krytie tepelných strát vykurovacieho systému.

Tab. 2: Škála energetických tried pre vykurovanie

Z pohľadu na údaje na obr. 1 a tab. 2 je zrejmé, že na to, aby budova bola v triede B nestačí splniť požiadavku energetického kritéria v STN 73 0540-2. Všimnime si situáciu pri rodinných domoch. Tie majú faktor tvaru od 0,60 do 1,2. Teda potrebu tepla na vykurovanie od 71,4 do 100 kWh/m².

Obr. 1: Normalizované hodnoty potreby tepla na vykurovanie v STN 73 0540-2 [2]

Príklad 1 – rodinný dom pri projektovom hodnotení
Rodinný dom s faktorom tvaru rovným 1 dosiahne v projektovej príprave hodnotu potreby tepla na vykurovanie 100 kWh/m². Teda vyhovuje požiadavke energetického kritéria v STN 73 0540-2: 2002. Steny, strechy, podlahy a okná vyhovujú požiadavke tepelnoizolačného kritéria. Pri energetickej certifikácii budovy rodinného domu sa k potrebe tepla na vykurovanie zohľadnia vlastnosti vykurovacieho systému z hľadiska odovzdávania tepla, rozvodov tepla, akumulácie, regulácie a účinnosti výroby tepla. Hodnota 100 kWh/m² sa zvýši.

Povedzme pri celkovej účinnosti vykurovacieho systému 85 % na hodnotu 118 kWh/m², čo je energetická trieda D pre vykurovanie. Teda niečo tu nie je v poriadku. Nastavenie energetických tried je nesprávne. Požiadavka na zaradenie do lepšej energetickej triedy by sa dala realizovať pomocou tepelného čerpadla. To však asi nebolo cieľom vyhlášky 625/2006 Z. z. Na to, aby sa rodinný dom dostal do energetickej triedy B, by sa vyžadoval vykurovací systém s tepelným čerpadlom.

Príklad 2 – rodinný dom, energetická certifikácia s faktorom tvaru 0,65 (obr. 3)
Kompaktný rodinný dom s obytným podkrovím má výborné tepelnoizolačné vlastnosti:

• steny U = 0,249 W/(m² . K)
• okná U = 1,4 W/(m² . K)

Pri energetickej certifikácii rodinného domu s potrebou energie na vykurovanie 69,7 kWh/m² sa zaradí do energetickej triedy B.

Príklad 3 – rodinný dom, energetická certifikácia s faktorom tvaru 1,03 (obr. 4)
Rodinný dom typu bungalov bez obytného podkrovia má dokonca ešte lepšie tepelnoizolačné vlastnosti ako rodinný dom z príkladu 2:

• steny U = 0,227 W/(m² . K)
• okná U = 1,4 W/(m² . K)

Pri energetickej certifikácii rodinného domu s potrebou energie na vykurovanie 104,5 kWh/m² sa zaradí do energetickej triedy D.

Podrobnejšie porovnanie vlastností rodinných domov z príkladu 2 a 3 je v tab. 3.

Z týchto príkladov vidíme, že faktor tvaru má veľký vplyv na potrebu tepla na vykurovanie. Faktor tvaru je zohľadnený pri hodnotení budov v projektovej príprave stavieb v STN 73 0540-2. Normalizované hodnoty potreby tepla na vykurovanie sú funkciou faktora tvaru. Pri energetickej certifikácii sa však už faktor tvaru nezohľadňuje. Je len limitná hodnota hornej hranice triedy B, ktorá je minimálnou požiadavkou, a ktorá je pre vykurovanie rodinných domov nastavená na potrebu energie na vykurovanie s hodnotou 71 kWh/m² [5]. Túto hodnotu však v princípe nemôžu mnohé rodinné domy s faktorom tvaru väčším napríklad ako 0,8 splniť. Teda pri energetickej certifikácii sa nezohľadňuje faktor tvaru a horná hranica triedy B je tak pre mnohé rodinné domy veľmi prísne nastavená a nedosiahnuteľná.

Táto situácia sa dá vysvetľovať a nakoniec uzavrieť dvoma spôsobmi:

• Rešpektuje sa daný stav – to znamená, že budovy s väčším faktorom tvaru aj pri nadštandardných tepelnoizolačných vlastnostiach a efektívnom spôsobe vykurovania budú pri energetickej certifikácii hodnotené v triede D alebo C. Tu by bolo minimálne korektné presadiť odporúčanie v právnych a technických predpisoch, že energeticky efektívny a úsporný dom by mal mať faktor tvaru nanajvýš 0,8 1/m. S týmto však mnohí architekti súhlasiť nebudú. Zjednodušene povedané, toto riešenie znamená, že dva domy s rozdielnym faktorom tvaru, ale s rovnakými tepelnoizolačnými vlastnosťami a rovnakým vykurovacím systémom budú hodnotené v rozličných energetických triedach.
• Zavedie sa hodnotenie rodinných domov pri energetickej certifikácii aj s ohľadom na faktor tvaru tak, ako sa to robí pri projektovom hodnotení. Tým sa zabráni príliš vysokým požiadavkám na potrebu energie na vykurovanie pri budovách rodinných domov s vyšším faktorom tvaru. Toto riešenie by znamenalo, že dva domy s rovnakými tepelnoizolačnými vlastnosťami a rovnakým vykurovacím systémom by aj pri rozličnom faktore tvaru boli v rovnakej energetickej triede.

Záver
Energetické triedy na vykurovanie pre rodinné domy v súčasnom nastavení podľa vyhl. 625/2006 Z. z. [5] nie sú určené šťastne a motivačne. Nedá sa splniť požiadavka, aby budova, ktorá vyhovuje energetickým kritériám STN 73 0540-2 v procese projektovej prípravy (teda pri projektovom hodnotení) neskôr v procese energetickej certifikácie bola zaradená do energetickej triedy B. Dôvodom je nerešpektovanie požiadavky STN EN 15 217 [7], aby sa neutralizoval (vyvážil, zohľadnil) faktor tvaru budovy. Teda, aby sa zabránilo príliš vysokým požiadavkám na samostatne stojace rodinné domy s vyšším faktorom tvaru. Riešenie tejto situácie je možné a dá sa nájsť v STN EN 15217:

• vyjadriť EPr hodnotu (teda hodnotu požadovanú v právnom predpise) ako funkciu faktora tvaru. Napríklad tak, že sa určia energetické triedy pre rodinné domy s faktorom tvaru ≤ 0,7; ≤ 0,9 a > 0,91, čo má za následok, že energetické triedy budú rešpektovať faktor tvaru budovy, alebo
• použitím princípu tzv. notional building, ktorá sa preložila v STN EN 15 217 ako referenčná budova. Ide o budovu s rovnakými plošnými a priestorovými parametrami (teda s rovnakým faktorom tvaru) a umiestnením, len jej tepelnotechnické vlastnosti (steny, strecha, podlahy a okná) sú na úrovni normalizovaných hodnôt. Tu sa získa hodnota EPr, ktorá sa potom použije pri tvorbe škály energetických tried. Nevýhodou je, že pre každý rodinný dom by si škálu energetických tried určila odborne spôsobilá osoba výpočtom, lebo pre každý faktor tvaru rodinného domu by existovala iná škála energetických tried.

prof. Ing. Ivan Chmúrny, PhD., Stavebná fakulta STU, Bratislava

Literatúra
[1] Directive of the European Parliament and of the Council on the energy performance of buildings. EPBD, COM(2001) 226 final, 2001.
[2] STN 73 0540: 2002 Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Tepelná ochrana budov. Časť 1 až 4. Brati­slava, SÚTN.
[3] prEN 15603 Energy performance of buildings – Overall energy use, CO₂ emissions and definition of energy ratings.
[4] Zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov.
[5] Vyhláška MVRR SR č. 625/2006 Z. z., ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
[6] Vyhláška MŽP SR č. 532/2002 Z. z. o všeobecných technických požiadavkách vo výstavbe.
[7] STN EN 15217 Energetická hospodárnosť budov. Metódy vyjadrovania energetickej hospodárnosti a energetickej certifikácie budov. 2008.

Článok bol uverejnený v knižnej publikácii Stavebnícka ročenka.