Energetická náročnosť variantov obnovy bytového domu

Zvýšenie energetickej hospodárnosti budov je v Európskej únii prioritnou otázkou, keďže stavebný sektor tu má na celkovej spotrebe primárnej energie podiel až 40 %. Kľúčovou úlohou pri znižovaní energetickej náročnosti je obnova existujúcich budov na bývanie, ktorá je jedným z najdôležitejších riešení z hľadiska úspor energie.

Predmetná štúdia sa venuje posúdeniu vybraného referenčného bytového domu z hľadiska energetickej a ekonomickej efektívnosti a nákladov potrebných na jeho obnovu. Jednotlivé navrhnuté energeticky úsporné opatrenia sú posudzované metódou hodnotenia nákladov počas životného cyklu budovy.

Významná obnova existujúcich budov umožňuje dosiahnuť výrazné úspory celkovej spotreby energie a takisto aj emisií skleníkových plynov. Predstavuje tak jednu z hlavných možností, ako zvýšiť udržateľnosť v zastavanom území. Aj keď existuje široká škála renovačných možností, metódy, ktoré by pomohli pri identifikácii ekonomicky a energeticky najefektívnejších opatrení pri jednotlivých projektoch, sú stále v štádiu vývoja a skúmania.

Správne rozhodnutia vo všetkých fázach života budovy (obstaranie, prevádzka, údržba, opravy, likvidácia) majú svoje ekonomické dôsledky. Správna obnova zabezpečí zlepšenie celkovej úrovne bývania pri zachovaní prijateľnej kvality vnútorného prostredia pri rôznych prevádzkových obmedzeniach rôznych budov.  

Metóda hodnotenia životného cyklu (LCA) sa používa v stavebníctve už od roku 1990 a je dôležitým nástrojom na hodnotenie budov. Metodika LCA vychádza z medzinárodných noriem radu ISO 14040 a skladá sa zo štyroch samostatných analytických krokov: definovanie cieľa a rozsah, vytváranie zásob, posúdenie vplyvu a interpretácia výsledkov [1, 7]. Predstavuje následnosť prebiehajúcich fáz projektu od projektovej idey cez prípravu až po vytvorenie výsledného produktu (stavebné dielo), jeho užívanie a ukončenie projektu (likvidácia) [2, 6].

Náklady počas životného cyklu stavby (LCC)

Na komplexné posúdenie ekonomiky bytového domu je vždy nevyhnutné jeho hodnotenie z hľadiska celkových nákladov počas celého životného cyklu. Obdobie životného cyklu budovy je viazané na technickú životnosť stavebných materiálov, preto sa vo väčšine prípadov počíta s obdobím 20 alebo 30 rokov.

Riadenie hodnoty bytového domu
Riadenie hodnoty budovy je jedným z nástrojov prípravy a realizácie stavieb. Jeho základným cieľom je sústavné zlepšovanie pomeru hodnoty budovy k nákladom na jej prevádzku počas celého životného cyklu, teda nielen k investičným nákladom. Riadenie hodnoty bytového domu tak predstavuje komplexný proces optimalizácie nákladov, spoľahlivosti a výkonu budovy vo všetkých fázach jej životnosti [3].

Celkové náklady životného cyklu bytového domu
Analýza LCC bytového domu sa zameriava na optimalizáciu nákladov počas jeho životnosti, ktorá je limitovaná nielen jeho technickou, ale aj ekonomickou životnosťou.
Náklady spojené so životným cyklom budovy sa rozdeľujú do troch hlavných skupín, a to na náklady súvisiace s technickými parametrami budovy (nárazové vynaloženie prostriedkov), náklady spojené s prevádzkou budovy a na administratívne náklady (správa budovy…).

Výpočet nákladov životného cyklu bytového domu je súčtom nákladov súvisiacich s obstaraním budovy, investičnými nákladmi na jej obnovenie C_O, ďalej nákladov na údržbu a opravy MaR, nákladov na prevádzku budovy O a nákladov na likvidáciu budovy C_L vo všetkých fázach životného cyklu [3]:
        
LCC = C_O + O + M&R + C_L     (€)                                                   (1)

Pri výpočte jednotlivých nákladových položiek je nevyhnutné definovať hodnotu všetkých budúcich nákladov vztiahnutú na ich súčasnú hodnotu pri nastavení vhodnej diskontnej sadzby.

Výpočet nákladov bytového domu v životnom cykle

Cieľom štúdie je zistiť vplyv navrhovaných opatrení (v stavebných konštrukciách) na náklady životného cyklu budovy a overiť, či sú navrhované opatrenia nákladovo efektívnym zlepšením energetickej hospodárnosti budovy. Posudzovaný panelový bytový dom sa nachádza v Bratislave a je postavený v stavebnej sústave P 1.14 BA. Pôdorys typického podlažia bytového domu (2. – 13. NP) je na obr. 1.

Obr. 1 Pôdorys typického podlažia

Navrhované varianty obnovy
Opatrenia navrhnuté na obnovu bytového domu za účelom zvýšenia energetickej hospodárnosti vychádzaju zo súčasne platnej normy STN 730540-2/Z1 [5], ktorá určuje súčinitele prechodu tepla (U hodnoty) pri jednotlivých konštrukciách. Na základe týchto požiadaviek sa vypočítala hrúbka tepelnej izolácie, ktorá spĺňa úroveň U hodnôt v dvoch obdobiach, a to od roku 2016 a 2021.

Porovnávané varianty sa teda navzájom líšia úrovňou tepelnej ochrany stavebných konštrukcií. Navrhované kombinácie jednotlivých opatrení sú uvedené v tab. 2, ktorá konkretizuje s akým opatrením sa počítalo v danom variante a aký je návrh druhu a hrúbky použitého izolačného materiálu, príp. okennej konštrukcie.
Tepelnoizolačným materiálom v štúdii sú najčastejšie používané materiály, čiže expandovaný polystyrén (EPS) a minerálna vlna (MW).

Potreba energie bytového domu v pôvodnom stave
Potreba energie bytového domu v pôvodnom stave bola vyčíslená na základe simulácie zo softvéru EnergyPlus. Simulácia modelujúca potrebu energie prebiehala počas jedného roka. Výsledok ukázal, že najviac energie sa spotrebuje na vykurovanie, ide asi o 60 % z celkovej potreby energie bytového domu.

Ďalej nasleduje potreba energie na prípravu teplej vody na úrovni 20 % z celkovej energie, potom je to osvetlenie a potreba energie na chod elektrických spotrebičov. Rozdelenie potreby energie v bytovom dome vidieť na obr. 2.  

Obr. 2 Rozloženie potreby energie pri bytovom dome v pôvodnom stave

Energetické a ekonomické hodnotenie variantov obnovy
Energetická a ekonomická efektívnosť navrhnutých opatrení obnovy bytového domu bola posúdená na základe potreby energie a nákladov počas životného cyklu budovy. Zamerali sme sa na obdobie 30 rokov od realizácie obnovy, čo je predpokladaná ekonomická životnosť opatrení na zlepšenie tepelnej ochrany budovy [4]. Výpočet potreby primárnej energie sa vykonal následne pre jednotlivé varianty obnovy simuláciami v softvéri EnergyPlus (obr. 3).

Obr. 3 Potreba energie pri jednotlivých variantoch obnovy 

Výsledky simulácií ukázali, že správnou kombináciou hrúbky zateplenia jednotlivých konštrukcií a výmeny otvorových konštrukcií dokážeme ušetriť značné množstvo energie. Z hľadiska potreby primárnej energie možno ušetriť až 32 % energie, čo znamená potrebu energie na vykurovanie a prípravu teplej vody na úrovni 52,9 kWh/(m² . rok) (W2BR1BG2).

Do výpočtu nákladov budovy počas 30-ročného životného cyklu sa brali do úvahy investičné náklady na energeticky úsporné opatrenia, prevádzkové náklady na vykurovanie a náklady na opravy a údržbu bytového domu. Jednotlivé varianty aj s nákladmi sú uvedené v tab. 3.

Výsledky výpočtu LCC budovy sú zobrazené na obr. 4. Zatiaľ čo počiatočné náklady sú najvyššie pri variantoch s najvyššou úrovňou zateplenia, a to hlavne s použitím minerálnej vlny (W2BR1BG), na konci životného cyklu preukazujú budovy značné úspory v nákladoch.

Obr. 4 Priebeh celkových nákladov počas 30 rokov pri bytovom dome v pôvodnom stave a pri variantoch obnovy

Najvyššie náklady po 30 rokoch sú pri pôvodnom stave, a to najmä v dôsledku vysokých prevádzkových nákladov a nákladov na opravy. Ekonomicky najefektívnejší variant obnovy je W1AR1AG2. Spĺňa požiadavky na U hodnoty, ktoré sú v súčasnosti platné, okrem okien, ktoré spĺňajú najprísnejšie požiadavky platné po roku 2021.

Záver

Investorovi sa odporúča pri posudzovaní investičných projektov hľadať optimálne riešenie z dlhodobého hľadiska. Okrem dôležitého technického riešenia treba brať ohľad aj na ekonomickú výhodnosť a efektívnosť vynaložených investícií, ktoré ovplyvňujú dlhodobú hodnotu prevádzkových nákladov. Cieľom obnovy bytového domu je odstrániť existujúce nedostatky, znížiť energetickú náročnosť a celkovo zvýšiť kvalitu bývania.

Na základe hodnotenia potreby primárnej energie sa ako najefektívnejšia kombinácia preukázalo zateplenie obvodového plášťa podľa najprísnejších požiadaviek po roku 2021, ktoré spĺňa požiadavky na tepelnú ochranu budov s takmer nulovou potrebou energie. Tento variant obnovy predstavuje zateplenie obvodovej steny aj strechy minerálnou vlnou s hrúbkou 20 cm a výmenu pôvodných okien za vysokoefektívne štvorsklá s U_w = 0,6.

Avšak toto je hodnota súčasnej potreby energie, bez zohľadnenia faktorov inflácie, diskontného faktora a budúceho nárastu ceny za energie. Na základe komplexnejšieho posúdenia z hľadiska výpočtu celkových nákladov na obdobie 30 rokov sme dospeli k výsledku, že najvýhodnejší variant zateplenia je W1AR1AG2, pri ktorom obvodový plášť a strecha spĺňajú požiadavky na tepelnú ochranu budovy platné v súčasnosti a okná spĺňajú požiadavky platné od roku 2021.

Hrúbka tepelnej izolácie obvodového plášťa je pri tomto variante 14 cm (EPS), strešnej konštrukcie 18 cm (EPS) a okná sú vymenené za efektívne štvorsklá s U_w = 0,6. Použitie správne stanovených energeticky úsporných opatrení povedie k hospodárnemu využívaniu energie na čo najnižšej úrovni počas celého životného cyklu budovy a k minimalizácii prevádzkových nákladov.

Literatúra
1. Eichhammer, W. – Fleiter, T. – Schlomann, B. – Faberi, S. – Fioretto, M. – Piccioni, N. – Lechtenböhmer, S. – Schüring, A. – Resch, G.: Study on the Energy Savings Potentials in EU Member States, Candidate Countries and EEA Countries. Final Report for the European Commission Directorate-General Energy and Transport, 2009.
2. Miške, R.: Implementácia facility managementu do prípravnej etapy investičného procesu. Nehnuteľnosti a Bývanie.
3 Petráková, Z. a kol.: Využitie projektového riadenia v stavebníctve a investičnej výstavbe. Bratislava: Stavebná fakulta STU, 2003.
4. Bartošová Kmeťková, J. – Petráš, D.: An assessment of the Renovation of Existing Residential Buildings Regarding Life Cycle. In: CLIMA 2016: proceedings of the 12th REHVA World Congress. Aalborg, Denmark, 22. – 25. 5. 2016. Aalborg: Aalborg University, Department of Civil Engineering, 2016, online,10 s.
5. STN 73 0540-2/Z1 Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky. 2016.
6 Smernica č. 2010/31/EÚ Európskeho parlamentu a rady z 19. mája 2010 o energetickej hospodárnosti budov (prepracované znenie). Úradný vestník Európskej únie.
7. International Standardization Organization (ISO). Environmental management – life cycle assessment – principles and framework, 2006. ISO 14040.

Text: Ing. Jana Bartošová Kmeťková
Autorka pôsobí na Katedre TZB SvF STU v Bratislave.
Recenzoval: prof. Ing. Dušan Petráš, PhD.
Obrázky: autorka

Ilustračné foto: Dano Veselský

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 1/2017.